钢结构课程设计计算书(完整).doc
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1、钢桥课程设计设计任务书 简支上承式焊接双主梁钢桥设计(题目)学生姓名 学号 班级 成绩指导教师 土木工程系 目录1 设计题目与基本资料11.1 设计题目11.1.1设计资料11.2 设计内容及步骤21.2.1 设计内容21.2.2 设计步骤22 内纵梁设计32.1 永久作用效应计算32.2 可变作用效应计算42.3 内纵梁和横梁的连接53 外纵梁设计63.1 永久作用效应计算63.2 可变作用效应计算63.3 外纵梁与横梁连接84 中横梁设计84.1 主跨部分的弯矩和剪力94.1.1 永久作用效应94.1.2 可变作用效应104.2 主跨截面124.2.1 最大弯曲应力验算134.2.2 最大
2、剪应力验算134.2.3 折算应力验算134.2.4 横梁整体稳定验算144.2.5 刚度验算144.2.6 疲劳验算144.2.7 加劲肋设置154.2.8 横梁与主梁连接154.2.9 翼板与腹板的焊接154.3 横梁悬臂部分设计164.3.1 最大弯曲应力验算174.3.2 最大剪应力验算174.3.3 整体稳定验算174.3.4 疲劳验算174.3.5 悬臂部分加劲肋设计184.3.6 横梁与主梁的连接184.3.7 翼缘与腹板焊接184.4 横梁在主梁出的拼接185主梁的设计195.1 主梁上的永久作用效应195.2主梁上的可变作用效应205.2.1 计算横向分布系数205.2.2
3、计算可变作用效应215.3 截面尺寸拟定245.4 主梁验算245.4.1 跨中最大弯曲应力验算245.4.2 支点最大剪应力255.4.3 折算应力验算265.5 横梁整体稳定性验算275.6 刚度验算285.7 疲劳验算285.8 加劲肋设置295.9 翼缘与腹板焊接315.10 局部稳定验算326 水平纵联的设计326.1 设计基准风压计算326.2 水平纵联杆件内力及验算336.2.1 水平纵联斜杆336.2.2 水平纵联直杆验算346.3 水平纵联连接356.3.1 水平纵联斜杆356.3.2 水平纵联直杆351 设计题目与基本资料1.1 设计题目简支上承式焊接双主梁钢桥设计1.1.
4、1设计资料:1)桥梁跨径及桥宽:桥梁跨径:34m 梁长:33.96m 计算跨径:33.6m 桥宽:净9m+21.0m2)设计荷载公路I级,人群荷载3.0kN/m23.5kN/m2,,每侧的栏杆及人行道构件的自重作用力为5kN/m;计算风荷载时,按照桥梁建于河北省刑台市进行考虑3)材料 设计用钢板:型号16Mnq,即Q345qD,其技术标准应符合桥梁用结构钢GB/T 714-2008Q345qD的设计参数为:弹性模量Es=2.1105MPa,热膨胀系数为1.2105/,拉、抗压及抗弯强度f=295MPa,剪应力fv=170MPa,剪切模量G=0.81105MPa;型号为A3,即Q235qD,其技
5、术标准应符合桥梁用结构钢GB/T 714-2008本设计中用A3钢(2) 其他普通钢筋:采用热轧R235、HRB335钢筋,凡钢筋直径12mm,均采用HRB335钢筋;凡钢筋直径12mm,均采用R235钢筋(3) 桥面板混凝土:C50微膨胀钢纤维混凝土,容重取25kN/m34)设计依据参考书:现代钢桥(上册),吴冲主编,人民交通出版社,2006年9月第一版,P117P163钢桥(第二版),徐君兰,孙淑红主编,人民交通出版社,2011年4月第二版,P9P21钢桥构造与设计,苏彦江主编,西南交通大学出版社,2006年12月第一版,P12P28设计规范:公路桥涵设计通用规范JTJ 021-89公路桥
6、涵钢结构及木结构设计规范JTJ 025-86公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004公路工程技术标准JTG B01-2003桥梁用结构钢GB/T 714-2008钢结构设计规范GB50017-2003 其他相关规范注:1.可变荷载中的汽车荷载(包括车道荷载和车辆荷载)取用公路桥涵设计通 用规范JTG D60-2004第2425页的数值及尺寸。 2. 计算汽车荷载冲击力时,冲击系数取用公路桥涵设计通用规范JTJ 021-89 第23页 表2.3.2-2中的相关公式进行计算。 3. 进行强度及稳定性验算时,容许应力应乘以公路桥涵钢结构及木结构设 计规范JTJ 025-86 第6页的表1.2.1
7、0中的提高系数。 4. 荷载组合时,取用标准值。1.2 设计内容及步骤1.2.1 设计内容:1)主要承重构件的设计荷载计算:包括内纵梁、外纵梁、中横梁、主梁、联接系 等;2)根据设计荷载选择适合的构件截面及型式;3)相关的强度及稳定性验算;4)设计图纸的绘制:包括钢板梁桥的平面布置图,横梁的断面布置图,连接件的 细部构造图等。1.2.2 设计步骤:荷载传递路径:桥面板纵梁横梁主梁1)混凝土桥面板:板厚为15cm;设计为支承于纵梁之间的简支板;2)内纵梁S2:中到中的间距为2.5m,两端简支;承受的荷载主要有:恒载(桥面板)+活载(汽车荷载+冲击力);根据计算出的荷载值选择合适的构件截面型式;3
8、)外纵梁S1:两端简支,承受人行道、桥面板等的恒载及汽车荷载;根据计算出的荷载值选择合适的构件截面型式;4)中横梁B2:按照简支梁进行设计,两边还有对称的悬臂。 B2承受自重和混凝土桥面自重引起的均布荷载,同时还承受纵梁S1上传来的集中荷载以及和从几个支于其上的纵梁S2上传来的集中荷载;根据计算出的荷载值选择合适的构件截面型式;对选定的构件进行相关的焊缝或螺栓连接的验算;1)中横梁B2的悬臂部分设计:一般设计为变截面,从悬臂根部向外,腹板高度递 减;根据悬臂部分承受的负弯矩设计悬臂部分和横梁的连接;根据悬臂部分承受的剪力设计悬臂部分和主梁的连接;对设计的尺寸进行相关的验算;2)主梁:两端简支,
9、承受的荷载大部分是由横梁通过集中力的形式传递过来的。计算时,可视为直接从桥面板传来的均布荷载,以简化计算;取车道荷载,按最不利位 置加载;根据计算出的荷载值选择合适的构件截面型式,要确定主梁的腹板尺寸、翼缘的尺寸、横向加劲肋等;支座处还要进行支承加劲肋的设计;3)联结系水平纵联:主梁的每块翼缘板都各承受一半的横向风荷载;桥面板协同上翼缘共同抵抗风荷载,故上缘不需要水平纵联。需进行下翼缘水平纵联的设计;将风荷载视为均布可变荷载,垂直作用在主梁上;根据计算出的荷载值选择合适的构件截面型式;对选定的构件进行水平方向屈曲和竖直方向屈曲的验算;纵联的连接验算2 内纵梁设计2.1 永久作用效应计算内部纵梁
10、间距为2.5m。两端简支,内纵梁跨度为5.6m,内纵梁的布置见图2-1图2-1 内纵梁布置图(单位:cm)内纵梁的恒载值见表2-1。表2-1 内纵梁上的恒载()桥面板梗肋(假定)纵梁(假定)每根纵梁上的恒载由恒载引起的最大弯矩位于跨中:由恒载引起的最大剪力位于支承处:2.2 可变作用效应计算1、冲击系数:2、计算横向分布系数,布载图式见图2-2图2-2 横向分布系数简图(单位:cm)由布载图式得横向分布系数为:3、纵向布载图式见图2-3,经分析知:最大弯矩发生在跨中截面,最大剪力发生在支承截面处。图2-3 最不利荷载布置图(单位:cm)(左弯矩,右剪力)可变作用(汽车)引起的跨中最大弯矩:可变
11、作用(汽车)引起的支承处最大剪力:内纵梁的最大弯矩及剪力见表2-2表2-2 内纵梁上的最大弯矩及最大剪力内力恒载活载总计弯矩()42.57259.43402剪力()30.41303.33333.74A3钢制成的纵梁,其容许弯曲应力为,所需截面模量为:A3钢制成的纵梁,其容许剪应力为,所需腹板面积为:选用的H型钢,其提供的截面模量为,腹板面积为。2.3 内纵梁和横梁的连接M24单个高强螺栓抗剪承载力为,表面采用喷砂的处理方法,单个摩擦型连接高强螺栓抗剪容许承载力为:k为系数,根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ 025-86第1.2.6条取1.7故所需螺栓个数为:,取6个螺栓。3 外纵梁设计
12、3.1 永久作用效应计算外纵梁两端简支,跨度为5.6m,承受人行道荷载以及汽车荷载。假定板梁和桥面板之间以简支相连,外纵梁和板梁之间2.2m宽范围内的恒载将按比例进行分配。外纵梁上的恒载集度见表3-1.表3-1 外纵梁上的恒载()栏杆及人行道桥面板纵梁、挑梁及横向联系的假定每根纵梁上的恒载跨中由恒载引起的最大弯矩:支承处由恒载引起的最大剪力:3.2 可变作用效应计算1、冲击系数:2、横向分布系数计算,横向布载简图见图3-1图3-1 横向分布系数计算简图(单位:cm) 3、经分析知:最大弯矩发生在跨中截面,最大剪力发生在支承处。最不利荷载布载图见图3-2图3-2 最不利荷载布置图(单位:cm)可
13、变作用(汽车)标准效应:可变作用(汽车)冲击效应: 可变作用(人群)标准效应: 外纵梁的最大剪力见表3-2表3-2 外纵梁上的最大弯矩和剪力内力恒载活载冲击作用总计弯矩()116.68剪力()A3钢制成的纵梁,其容许弯曲应力为,所需截面模量为:A3钢制成的纵梁,其容许剪应力为,所需腹板面积为:选用的H型钢,其提供的截面模量为,腹板面积为。3.3 外纵梁与横梁连接M24单个高强螺栓抗剪承载力为,表面采用喷砂的处理方法,单个摩擦型连接高强螺栓抗剪容许承载力为:,k为系数,根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ 025-86第1.2.6条取1.7故所需螺栓个数为:,取4个螺栓。4 中横梁设计中横梁
14、跨径5米,悬挑长度两边各3米。假设悬臂部分自重和混凝土以及梗肋自重引起均布荷载3.06kN/m,外纵梁上传来集中荷载:,内纵梁上传来集中荷载: ,自重恒载及集中荷载布置如图4-1图4-1 上承式桥横梁上的恒载(单位:cm)4.1 主跨部分的弯矩和剪力4.1.1 永久作用效应由于悬臂部分的存在,支撑处将产生负弯矩并达到最大值。由恒载引起的最大负弯矩为:对称荷载下每个支座反力:悬臂部分恒载引起的最大剪力为:横梁中间段引起最大剪力:悬臂部分引起的最大正弯矩发生在跨中,其值: 横梁上的最大活载在纵梁上的荷载位置 见图4-2图4-2 横梁上最大活载在纵梁上的荷载位置(单位:cm)作用于中横梁的车轮荷载大
15、小为:4.1.2 可变作用效应可变作用效应活载在中横梁中产生的最大弯矩发生在跨中(考虑布载的车道数,通过试算计算确定):两车道布载见图4-3图4-3 横梁中正弯矩荷载位置(单位:cm)计算所得弯矩为:,故活载引起的最大正弯矩为:。活载在横梁中引起的最大剪力发生在支承处(考虑布置荷载的车道数,通过试算确定,其中引起最大剪力的布载,两车道(图 4-4),三车道(图4-5)图4-4 横梁中两车道剪力荷载位置(单位:cm)两车道:图4-5 横梁中三车道剪力荷载位置(单位:cm)三车道:,故活载引起的最大剪力为:在上述荷载作用的情况下,扣除悬臂部分剪力的影响将给出中横梁中间梁段由活载引起的最大剪力,其值
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