钢桁架桥计算报告书毕业设计方案.doc

目录1.设计资料11.1基本资料11.2构件截面尺寸11.3单元编号31.4荷载52.内力计算72.1荷载组合72.2内力83.主桁杆件设计103.1验算内容103.2截面几何特性计算113.3刚度验算143.4强度验算153.5疲劳强度验算163.6总体稳定验算173.7局部稳定验算174.挠度及预拱度验算184.1挠度验算184.2预拱度195.节点应力验算205.1节点板撕破强度检算205.2节点板中心竖直截面法向应力验算215.3腹杆与弦杆间节点板水平截面剪应力检算226.课程设计心得221. 设计资料1.1 基本资料(1) 设计规范公路桥涵设计通用规范（JTG D60-）；公路桥涵钢构造及木构造设计规范（JTJ 025-86）；(2) 工程概况该桥为48m下承式公路简支钢桁架梁桥，共8个节间，节间长度为6m，主桁高10m，主桁中心距为7.00m，纵梁中心距为3m，桥面布置2行车道，行车道宽度为7m。(3) 选用材料主桁杆件材料采用A3钢材。(4) 活载级别采用公路I级荷载。1.2 构件截面尺寸各构件截面对照图各构件截面尺寸记录状况见表1-1：表1-1 构件截面尺寸登记表编号名称类型截面形状HB1(B)twtf1(tf)B2tf2C1下弦杆E0E2顾客H型0.460.460.010.0120.460.0122下弦杆E2E4顾客H型0.460.460.0120.020.460.023上弦杆A1A3顾客H型0.460.460.0120.020.460.024上弦杆A3A3顾客H型0.460.460.020.0240.460.0245斜杆E0A1顾客H型0.460.60.0120.020.60.026斜杆A1E2顾客H型0.460.440.010.0120.440.0127斜杆E2A3顾客H型0.460.460.010.0160.460.0168斜杆A3E4顾客H型0.460.440.010.0120.440.0129竖杆顾客H型0.460.260.010.0120.260.01210横梁顾客H型1.290.240.0120.0240.240.02411纵梁顾客H型1.290.240.010.0160.240.01612下平联顾客T型0.160.180.010.0113桥门架上下横撑和短斜撑顾客双角0.080.1250.010.010.0114桥门架长斜撑顾客双角0.10.160.010.010.0115横联上横撑顾客双角0.10.10.010.010.0116横联下横撑和斜杆顾客双角0.080.1250.010.010.0117上平联顾客T型0.2520.240.0120.01218纵梁间水平斜杆顾客角钢0.10.10.010.0119纵梁间横向连接顾客角钢0.090.090.0090.00920制动撑架顾客T型0.160.180.010.011.3 单元编号(1) 主桁单元编号(2) 桥面系单元编号(3) 主桁纵向联结系单元编号(4) 主桁横向联结系单元编号1.4 荷载(1) 钢桥自重按A3钢材程序自动添加。(2) 桥面板自重桥面板采用C55混凝土，厚度为250mm，宽度为7m，取容重。假设桥面板不参加受力，将其视为恒载施加在纵梁上，两纵梁各自承担50%。那么，每片纵梁承担21.875kN/m荷载。(3) 桥面铺装不计外侧护墙和内侧护栏基座作用，沥青混凝土容重，防水混凝土容重。则二期恒载集度为：(4) 汽车活载依照公路桥涵设计通用规范，取公路I级荷载。其中，车道荷载均布荷载原则值，集中荷载原则值，计算剪力效应时，上述集中荷载原则值应乘以1.2系数。在Midas中，定义了2个车道，并定义冲击系数。(5) 汽车荷载制动力依照公路桥涵设计通用规范第4.3.6条，汽车荷载制动力原则值为：但公路I级荷载制动力原则值不得不大于165kN，因此取原则值为165kN。(6) 横向风荷载依照公路桥涵设计通用规范第4.3.7条，横桥向风荷载假定水平地垂直作用于桥梁各某些迎风面形心上，其原则值按下式计算：式中：横桥向风荷载原则值（）；基本风压（），查表取南京市50年一遇风压0.4；设计基准风压；横向迎风面积（），按桥跨构造各某些实际尺寸计算；桥梁所在地区设计基本风速（），查表取27.1）；高度Z处设计基准风速（）；距地面或水面高度（）；空气重力密度（）；设计风速重现期换算系数，此处取0.9；地形、地理条件系数，查表取为1.00；阵风风速系数，按B类地表取1.70；考虑地面粗糙度类别和梯度风风速高度变化修正系数，查表取为1.19；风载阻力系数，查表取1.8；重力加速度，取9.81。假设钢桁架桥下弦杆高度Z=30m，分别计算上弦杆、下弦杆、腹杆等横向风荷载。计算成果如下表：迎风杆件挡风有效宽度(m)横向风荷载(kN/m)上弦杆0.461.416下弦杆0.461.417竖杆0.260.821端斜杆0.61.824中间斜杆0.461.3672. 内力计算2.1 荷载组合依照公路桥涵设计通用规范第4.1.5-4.1.6条规定进行荷载效应组合，依照不同效应组合分别进行包络可得到各类组合下最不利效应值。组合状况如下表：编号组合极限状态类型阐明1cLCB1承载能力相加基本组合(永久荷载)：1.2D2cLCB2承载能力相加基本组合：1.2D+1.4M3cLCB3承载能力相加基本组合：1.2D+1.1W4cLCB4承载能力相加基本组合：1.2D-1.1W5cLCB5承载能力相加基本组合：1.2D+1.4M+0.784BRK6cLCB6承载能力相加基本组合：1.2D+1.4M+0.88W7cLCB7承载能力相加基本组合：1.2D+1.4M-0.88W8cLCB8承载能力相加基本组合：1.2D+1.4M+0.686BRK+0.77W9cLCB9承载能力相加基本组合：1.2D+1.4M+0.686BRK-0.77W10cLCB10承载能力相加基本组合(永久荷载)：1.0D11cLCB11承载能力相加基本组合：1.0D+1.4M12cLCB12承载能力相加基本组合：1.0D+1.1W13cLCB13承载能力相加基本组合：1.0D-1.1W14cLCB14承载能力相加基本组合：1.0D+1.4M+0.784BRK15cLCB15承载能力相加基本组合：1.0D+1.4M+0.88W16cLCB16承载能力相加基本组合：1.0D+1.4M-0.88W17cLCB17承载能力相加基本组合：1.0D+1.4M+0.686BRK+0.77W18cLCB18承载能力相加基本组合：1.0D+1.4M+0.686BRK-0.77W19cLCB19使用性能相加短期组合：1.0D+0.7M20cLCB20使用性能相加短期组合：1.0D+0.75W21cLCB21使用性能相加短期组合：1.0D-0.75W22cLCB22使用性能相加短期组合：1.0D+0.7M+0.7BRK23cLCB23使用性能相加短期组合：1.0D+0.7M+0.75W24cLCB24使用性能相加短期组合：1.0D+0.7M-0.75W25cLCB25使用性能相加短期组合：1.0D+0.7M+0.7BRK+0.75W26cLCB26使用性能相加短期组合：1.0D+0.7M+0.7BRK-0.75W27cLCB27使用性能相加长期组合：1.0D+0.4M28cLCB28使用性能相加长期组合：1.0D+0.4M+0.7BRK29cLCB29使用性能相加长期组合：1.0D+0.4M+0.75W30cLCB30使用性能相加长期组合：1.0D+0.4M-0.75W31cLCB31使用性能相加长期组合：1.0D+0.4M+0.7BRK+0.75W32cLCB32使用性能相加长期组合：1.0D+0.4M+0.7BRK-0.75W33cLCB33使用性能相加弹性阶段应力验算组合：1.0D+1.0M34cLCB34使用性能相加弹性阶段应力验算组合：1.0D+1.0W35cLCB35使用性能相加弹性阶段应力验算组合：1.0D-1.0W36cLCB36使用性能相加弹性阶段应力验算组合：1.0D+1.0M+0.7BRK37cLCB37使用性能相加弹性阶段应力验算组合：1.0D+1.0M+1.0W38cLCB38使用性能相加弹性阶段应力验算组合：1.0D+1.0M-1.0W39cLCB39使用性能相加弹性阶段应力验算组合：1.0D+1.0M+0.7BRK+1.0W40cLCB40使用性能相加弹性阶段应力验算组合：1.0D+1.0M+0.7BRK-1.0W41基本组合包络承载能力包络cLCB1-1842短期组合包络使用性能包络cLCB19-2643长期组合包络使用性能包络cLCB27-3244弹性验算包络使用性能包络cLCB33-402.2 内力内力计算均采用Midas/civil 计算。(1) 主桁内力对荷载组合进行包络，承载能力极限状态基本组合下计算成果如下图：承载能力极限状态基本组合轴力包络承载能力极限状态基本组合弯矩-y包络包络承载能力极限状态基本组合弯矩-z包络包络基本组合短期组合长期组合弹性验算轴向 (kN)轴向 (kN)轴向 (kN)轴向 (kN)单元最大最小最大最小最大最小最大最小1755.47414.86656.08441.70441.70441.70675.25422.532666.75464.53565.42466.24466.24466.24566.64465.0231456.391016.701237.531041.891041.891041.891255.531023.8941416.05951.251203.03986.38986.38986.381228.12961.295664.53434.97548.56455.59455.59455.59563.28440.876667.37369.89549.07402.21402.21402.21572.16379.1271444.53969.091197.081009.821009.821009.821226.17980.7281404.05933.241181.74974.34974.34974.341211.10944.999-918.10-1189.36-929.98-985.10-985.10-985.10-920.93-994.1510-951.83-1175.55-955.89-977.33-977.33-977.33-952.44-980.7811-966.48-1163.48-966.87-969.94-969.94-969.94-966.59-970.2212-945.18-1163.70-949.44-969.12-969.12-969.12-946.40-972.1613-1293.07-1561.35-1294.47-1300.74-1300.74-1300.74-1293.47-1301.7314-1292.00-1562.47-1293.74-1301.72-1301.72-1301.72-1292.50-1302.9730-1024.75-1465.54-1057.29-1205.04-1205.04-1205.04-1032.92-1229.40311015.94761.24839.56775.58775.58775.58850.15764.9932-459.75-584.35-463.43-484.71-484.71-484.71-460.06-488.0933228.19173.79191.57176.58176.58176.58193.57174.5934-1074.04-1421.49-1093.22-1176.65-1176.65-1176.65-1079.52-1190.3635987.17789.35821.79795.13795.13795.13825.92791.0036-471.49-571.89-472.37-476.61-476.61-476.61-471.74-477.2437221.12178.29183.89178.29178.29178.29184.45177.7280278.19221.79230.99222.42222.42222.42232.24221.1781-6.91-34.74-10.73-27.18-27.18-27.18-8.00-29.9182243.63197.53202.80197.49197.49197.49203.14197.1583-24.89-30.08-24.91-25.10-25.10-25.10-24.90-25.1184244.76201.59204.24201.64201.64201.64204.27201.6085-11.95-29.73-14.17-23.82-23.82-23.82-12.58-25.4186274.26225.13228.27225.28225.28225.28228.69224.85疲劳荷载组合涉及设计载荷中恒载和活载(涉及冲击力、离心力，但不考虑活载发展系数)。列车竖向活载涉及竖向动力作用时，应将列车竖向静活载乘以运营动力系数(1+f)。同步，焊接及非焊接(栓接)构件及连接均需进行疲劳强度检算，当疲劳应力均为压应力时，可不检算疲劳。疲劳计算采用动力运营系数。其值按下式计算：式中： L桥梁跨度（m），承受局部活载杆件为影响线加载长度；活载冲击力动力系数。3. 主桁杆件设计3.1 验算内容依照主桁杆件受力性质不同，分别对相应杆件进行下表所列项目检算。项目验算内容验算杆件类型12345刚度局部稳定整体稳定强度疲劳各类杆件压杆压杆各类杆件浮现拉应力受循环荷载杆件用试算法设计各类杆件环节：a) 参照性质相近（只内力性质及大小，杆长及截面式样，材料和连接方式）已有设计资料，初步拟定截面尺寸；b) 依照初步拟定截面尺寸，算出进行各类检算所需截面几何特性数据；c) 按上表规定进行各项检算。如初选截面不适当，则进行修改，重新计算，直至符合规定；d) 为了减少杆件类型，以简化制造，同类杆件内力相差不大者应尽量采用相似截面。3.2 截面几何特性计算(1) 下弦杆E2E4选用腹板1-43612，翼缘2-46020；每侧有4排栓孔，孔径d23cm；毛截面栓孔削弱面积净截面面积(2) 下弦杆E0E2选用腹板1-43612，翼缘2-46012；每侧有4排栓孔，孔径d23cm；毛截面栓孔削弱面积净截面面积(3) 上弦杆A1A3选用腹板1-43612，翼缘2-46020；每侧有4排栓孔，孔径d23cm；毛截面栓孔削弱面积净截面面积(4) 上弦杆A3A3选用腹板1-41220，翼缘2-46024；每侧有4排栓孔，孔径d23cm；毛截面栓孔削弱面积净截面面积(5) 斜腹杆E0A1选用腹板1-42012，翼缘2-60020；每侧有4排栓孔，孔径d23cm；毛截面栓孔削弱面积净截面面积(6) 斜腹杆A1E2选用腹板1-43610，翼缘2-44012；每侧有4排栓孔，孔径d23cm；毛截面栓孔削弱面积净截面面积(7) 斜腹杆E2A3选用腹板1-42810，翼缘2-46016；每侧有4排栓孔，孔径d23cm；毛截面栓孔削弱面积净截面面积(8) 斜腹杆A3E4选用腹板1-43610，翼缘2-44012；每侧有4排栓孔，孔径d23cm；毛截面栓孔削弱面积净截面面积(9) 竖杆选用腹板1-43610，翼缘2-26012；每侧有4排栓孔，孔径d23cm；毛截面栓孔削弱面积净截面面积运用Midas计算截面特性，如下表：特性值下弦杆E0E2下弦杆E2E4上弦杆A1A3上弦杆A3A3斜腹杆E0A1斜腹杆A1E2斜腹杆E2A3斜腹杆A3E4竖杆154234.4272.24343.76333.84183.04226.08183.04132.6467.9270.7382.63723.57482.01110.99213.24110.9978.0662314.496526.1120510.10143130.80152838.6079179.81101007.3079179.8151809.9219470.832451.440560.3747961.1887396.9022718.2433183.9922718.245128.643.3 刚度验算(1) 下弦杆E2E4运用迈达斯计算截面特性有杆件自由长度验算通过。由于，无需验算。(2) 下弦杆E0E2运用迈达斯计算截面特性有杆件自由长度验算通过。由于，无需验算。同理，可计算其她杆件稳定性，成果如下表：杆件下弦杆E0E2下弦杆E2E4上弦杆A1A3上弦杆A3A3斜腹杆E0A1斜腹杆A1E2斜腹杆E2A3斜腹杆A3E4竖杆154234.4234.4343.76333.84183.04226.08183.04132.6482220.91120510.10120510.10143130.8152838.679179.81101007.3079179.8151809.9225811.3140560.3740560.3747961.1887396.9022718.2433183.9922718.245128.646006006006001166.21166.21166.21166.2100020.8821.0421.0420.4121.40 20.80 21.14 20.80 19.7611.7012.2112.2111.8116.18 11.14 12.12 11.14 6.2228.7428.5228.5229.4028.04 28.85 28.39 28.85 30.3651.2949.1649.1650.8056.98 82.76 76.10 82.76 112.57钢桥规范规定仅受拉力且长度16m腹杆容许最大长细比为180，因此竖杆验算通过，所有杆件均能满足刚度规定。3.4 强度验算承载能力极限状态基本组合应力图计算成果表白，最大拉应力为68.13MPa，最大压应力51.75MPa，不超过各板厚相应抗拉、压强度设计值。3.5 疲劳强度验算依照公路桥涵钢构造及木构造设计规范（JTJ 025-86）规定，对于只受压构件可不进行疲劳强度验算，对浮现拉应力受循环荷载杆件进行疲劳强度验算。轴向 (kN)疲劳荷载（kN）杆件恒载恒+汽1497.49920.08497.49987.69188.64 162.88 30.54 60.64 0.50 978.04 51.85 1402486.81885.95486.81949.81188.64 162.88 29.89 58.31 0.51 895.38 47.47 14031087.651998.891087.652144.69272.24 231.76 46.93 92.54 0.51 2048.26 75.24 14041064.061946.741064.062087.97272.24 231.76 45.91 90.09 0.51 2021.48 74.25 1405497.81918.27497.81985.54188.64 162.88 30.56 60.51 0.51 949.42 50.33 1406487.18885.03487.18948.69188.64 162.88 29.91 58.24 0.51 958.81 50.83 14071087.821998.621087.822144.35272.24 231.76 46.94 92.52 0.51 2074.41 76.20 14081064.251947.121064.252088.38272.24 231.76 45.92 90.11 0.51 2031.08 74.61 14080132.89512.79132.89573.57132.64 106.88 12.43 53.67 0.23 517.21 38.99 14086132.41511.75132.41572.44132.64 106.88 12.39 53.56 0.23 519.68 39.18 14031590.301160.75590.301252.02183.04 157.28 37.53 79.60 0.47 1164.08 63.60 14033126.14484.12126.14541.40183.04 157.28 8.02 34.42 0.23 485.25 26.51 14035590.171160.13590.171251.32183.04 157.28 37.52 79.56 0.47 1176.25 64.26 14037125.91483.27125.91540.45183.04 157.28 8.01 34.36 0.23 486.82 26.60 14082123.85483.65123.85541.22132.64 106.88 11.59 50.64 0.23 493.56 37.21 14084123.73483.67123.73541.26132.64 106.88 11.58 50.64 0.23 496.52 37.43 140依照公路桥涵钢构造及木构造设计规范（JTJ 025-86）表1.2.17-1，按轴向受力杆件，计算疲劳强度。下面以杆件单元1为例阐明：由上表可知Nmin497.49kN、Nmax920.08kN得：查公路桥涵钢构造及木构造设计规范（JTJ 025-86）表1.2.17-4，鉴定杆件验算截面为第C类容许应力类别，依照表1.2.17-2所列公式计算疲劳容许应力：因而，满足规范规定。其她需进行疲劳强度验算杆件也都满足规定，计算成果列于上表。3.6 总体稳定验算依照公路桥涵钢构造及木构造设计规范（JTJ 025-86）规定，对于受压构件需进行总体稳定验算。单元(kN)9-2196.6649.160.781272.24-80.6884109.3410-2231.8749.160.781272.24-81.9817109.3411-2249.2549.160.781272.24-82.6201109.3412-2223.3849.160.781272.24-81.6699109.3413-3006.2850.80.77343.76-87.4529107.814-3013.0650.80.77343.76-87.6501107.830-2061.2756.980.726333.84-61.7442101.6434-2028.856.980.726333.84-60.7716101.6432-1078.1376.10.579226.08-47.68881.0636-1084.4576.10.579226.08-47.967581.0681-32.02112.570.364132.64-2.4140550.9683-33.2112.570.364132.64-2.5030250.9685-30112.570.364132.64-2.2617650.96以14号单元为例，即中间上弦杆为例阐明：由z50.8，查公路桥涵钢构造及木构造设计规范（JTJ 025-86）表1.2.16-2，内插求得10.77。满足规定。其她需进行总体稳定验算杆件也都满足规定，计算成果列于上表。3.7 局部稳定验算单元HBtwtf腹板翼缘板（m）（m）（m）（m）限值限值90.460.460.0120.0231.1449.1635.0010.5928.5214.00100.460.460.0120.0231.1449.1635.0010.5928.5214.00110.460.460.0120.0231.1449.1635.0010.5928.5214.00120.460.460.0120.0231.1449.1635.0010.5928.5214.00130.460.460.020.02419.4550.8035.488.8129.4014.00140.460.460.020.02419.4550.8035.488.8129.4014.00300.460.600.0120.0231.1455.6238.3713.7728.0414.00340.460.600.0120.0231.1455.6238.3713.7728.0414.00320.460.460.010.01637.0074.2949.5713.0028.3914.00360.460.460.010.01637.0074.2949.5713.0028.3914.00810.460.260.010.01237.67112.5750.009.5730.3614.00830.460.260.010.01237.67112.5750.009.5730.3614.00850.460.260.010.01237.67112.5750.009.5730.3614.00下面以19号单元为例阐明：对翼缘板，依照公路桥涵钢构造及木构造设计规范（JTJ 025-86）表1.2.22，当，板宽厚比。，翼缘板局部稳定满足规定。对腹板，依照公路桥涵钢构造及木构造设计规范（JTJ 025-86）表1.2.22，当，板宽厚比。腹板局部稳定满足规定。4. 挠度及预拱度验算4.1 挠度验算为保证行车安全平稳，应保证一定竖向刚度。依照公路桥涵钢构造及木构造实际规范（JTG 025-86）第1.1.5条，汽车荷载（不计冲击力）所引起竖向挠度，对于简支梁不应超过。活载作用（不计冲击力）下桁架位移图桁架在活载作用（不计冲击力）下，竖向最大挠度为1.65cm，简支梁挠度限制，桁架竖向刚度满足规定。4.2 预拱度依照公路桥涵钢构造及木构造设计规范（JTG 025-86）第1.1.6条，桥跨构造应设立预拱度，其值等于构造重力与1/2静活载所产生竖向挠度和；起拱应做成平顺曲线。如桥面在竖曲线上，预拱度应与竖曲线纵坡一致。当构造重力和静活载所产生挠度不超过跨径1/1600时，可不设预拱度。恒载+活载作用下桁架位移图桁架在恒载+活载共同作用下，跨中挠度为4.97cm。，本桥需设立预拱度：。5. 节点应力验算5.1 节点板撕破强度检算由设计图量得各截面长度：各截面强度：1234截面撕破强度=1235截面撕破强度=12367截面撕破强度=主桁节点板几种也许撕破方式已知32号单元杆件截面净面积故以上三个截面撕破强度均不不大于连接32号单元杆件强度1.1倍，故撕破强度无问题。5.2 节点板中心竖直截面法向应力验算节点板竖直最弱截面法向应力检算节点中心面积已知节点板：内拼接板：；：毛截面积扣孔净截面积节点中心书截面形心对x轴距离：对x轴毛截面惯性矩：对形心轴毛截面惯性矩：对形心轴净截面惯性矩：节点板边沿对形心轴距离：外缘：内缘：作用在节点中心拉力为（由主桁架设计计算得到）法向应力、均不不不大于，安全。5.3 腹杆与弦杆间节点板水平截面剪应力检算斜杆在基本组合伙用下内力分别为：651.82kN(拉)，(由主桁架设计计算得到)作用在节点上水平力：节点板水平最弱截面剪应力检算承受此水平力最危险断面全长196cm，其毛截面积，安全。6. 课程设计心得本设计依照题目规定，完毕了截面尺寸拟定、荷载定义、荷载组合、内力计算等工作，依照作用效应和构造规定，对桁架进行强度、刚度、疲劳和稳定性方面验算。以正常使用极限状态对挠度进行了验算。最后，以中间节点为例对节点进行设计和验算。计算成果满足规范规定各项限值。下面是本课程设计后关于JTJ025-86