鋼橋計(jì)算書(shū)鄒越（精編版）

1、土木工程專業(yè)交通土建方向鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)學(xué)生：鄒越學(xué)生班級(jí)：道橋141學(xué)號(hào)： 14442059指導(dǎo)教師：泗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)間： 2017 年 6月 16 日至 2017 年 6月 21日.6 / 17.1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)鋼結(jié)構(gòu)1.1 、課程設(shè)計(jì)性質(zhì)與目的鋼結(jié)構(gòu)是土木工程專業(yè)的一門主要專業(yè)課程，課程設(shè)計(jì)的目的是使學(xué)生綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生思考和解決問(wèn)題能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生學(xué)會(huì)鋼桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與其施工圖的繪制，為今后進(jìn)行復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研究等工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2 、課程設(shè)計(jì)的要求1、掌握鋼桁架荷載的計(jì)算；2、掌握桿件力的計(jì)算和組合，截面選擇與構(gòu)造要求；3、掌握桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)

2、計(jì)的原則和要求，主要節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與計(jì)算和構(gòu)造；4、掌握鋼結(jié)構(gòu)施工圖的容和繪制。1.3 、設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)資料1、設(shè)計(jì)任務(wù)某下承式公路桁架橋由兩榀主桁架組成，計(jì)算跨徑64m，主桁高度h=8m，節(jié)間長(zhǎng)度為 8m。主桁中距為17.5m。主桁立面布置圖如圖1 所示，上平聯(lián)與下平聯(lián)分別如圖 2,3 所示（圖 1-3 均為桿件軸線布置圖） 。各桿件均為工字型截面，設(shè)計(jì)該橋。圖 1.主桁架的計(jì)算圖示（單位：m）圖 2.上平聯(lián)計(jì)算圖示（單位：m）2、設(shè)計(jì)荷載圖 3.下平聯(lián)計(jì)算圖示（單位：m）車輛荷載：公路 - 級(jí)，雙向四車道； 橋面系荷載： 40kn/m；二期恒載（橋面板、人行道板、鋪裝 、 欄桿等 重量） ： （

3、 20+0.1n ） kn/m， n 為 學(xué) 號(hào) 后 兩 位 （ 25.9 kn/m）；3、主要材料鋼材：鋼桁架采用q345qe的鋼材，應(yīng)符合橋梁用結(jié)構(gòu)鋼 （ gb/t 714-2008 ） 中相關(guān)要求。螺栓與焊接材料：高強(qiáng)度螺栓、螺母、墊圈應(yīng)符合gb/t1231-2006 標(biāo)準(zhǔn)的 10.9s 級(jí)，摩擦系數(shù)0.4 。焊接材料應(yīng)根據(jù)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果確定。選定焊接材料應(yīng)保 證焊縫金屬與母材性能的匹配，并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。1.4 、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成成果課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成以下成果：1 、鋼桁架計(jì)算書(shū)一份，具體包括桁架荷載計(jì)算、力計(jì)算、桿件的選擇、各種連接的計(jì)算等。計(jì)算書(shū)以封面、正文的順序裝訂，手工書(shū)寫

4、，同任務(wù)書(shū)一同裝入袋中。計(jì)算書(shū)包括：（1） ） 封皮 封皮包括：課程設(shè)計(jì)名稱、班級(jí)、學(xué)號(hào)和（2） ）容設(shè)計(jì)資料；荷載分析、計(jì)算； 力分析、計(jì)算；截面設(shè)計(jì)（上、下弦桿，腹桿與聯(lián)結(jié)系桿件）； 連接計(jì)算；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（主桁一個(gè)節(jié)點(diǎn)） ；2 、桁架施工圖一份，具體包括桁架布置圖、桁架的重要節(jié)點(diǎn)詳圖。3、圖紙尺寸為 a3，微機(jī)出圖，要求嚴(yán)格按桁架施工圖標(biāo)準(zhǔn)繪制，保證圖幅清晰、表答清楚。4、編制規(guī)的材料表。1.5 、考核方法與成績(jī)?cè)u(píng)定課程設(shè)計(jì)成績(jī)分優(yōu)、良、中、與格、不與格五檔。成績(jī)采取綜合評(píng)定的方式給出，即：總成績(jī) =出勤（ 20%）+計(jì)算書(shū)（ 40%）+圖紙（ 40%）；1.6 、參考文獻(xiàn)1、公路橋涵設(shè)計(jì)通

5、用規(guī) （jtgd60-2004）2、公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)與木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī) （ jtj 025-86 ）3、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)（gb50017-2003）4、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī) （tb10002.2-2005 ）5、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，葉見(jiàn)曙，人民交通6、現(xiàn)代鋼橋，吳沖，人民交通2、截面性質(zhì)根據(jù)已有的設(shè)計(jì)圖紙，擬選定截面形式、面積、慣性矩如表2-1所示：表 2-1幾何性質(zhì)上、下弦桿斜桿豎桿截面形式截面積 a（ m2） 慣性矩 i（ m4）0.0350000.026580.02538ix= 1.3273e-03 iy= 0.ix= 0.9915e-03 iy=0ix= 0.9360e-03 iy=03、力計(jì)算3.1

6、 恒荷載計(jì)算3.1.1 已知條件：已知橋面系荷載：40kn/m；弦桿： a=0.035000m2、斜腹桿： a=0.026580 m2、 豎腹桿：a=0.025380 m2。3.1.2 程序修改： d 文 件 ： sectiony=-11a=0.035000q=2.7475e=2.1e8: 弦桿2a=0.026580q=2.08653: 斜腹桿3a=0.025380q=1.99233: 豎腹桿pfr2 恒載計(jì)算d.in 輸入數(shù)據(jù)的輸出，以供核對(duì)數(shù)據(jù)用d.f 桿件力d.u 桿件位移3.1.3 主桁各單元恒荷載數(shù)據(jù)表 3-1主桁編號(hào)123456891011恒載力-2071.62071.62765.

7、92765.92071.62071.6主桁編號(hào)12131415212223242526（ kn）-1203.91203.92592.32592.3恒載力（ kn）2592.32592.31203.91203.9301.5-22.0301.5-22.0301.5-22.0主桁編號(hào)273132333435363738301.5-1235.5-728.0253.8253.8-728.01235.5-1694.21694.2恒載力（ kn）3.2 、汽車荷載計(jì)算3.2.1 、已知條件：車輛荷載：公路 - 級(jí)，雙向四車道；3.2.2 、程序輸入：inl6 影響線計(jì)算load 活載計(jì)算load dqf.o

8、ut3.2.3 、主桁各單元汽車荷載數(shù)據(jù)1234568910110000001242.71242.72662.82662.8-00002130.32130.32840.42840.42130.32130.3121314152122232425262662.82662.81242.71242.7954.20954.20954.200000000000273132333435363738954.201412.2345.2815.9815.9345.21412.200-156.9-564.8-564.8-156.9-1757.41098.41098.41757.4主桁編號(hào)車載 max（ kn） 車載

9、 min（ kn） 主桁編號(hào)車載 max（ kn） 車載 min（ kn） 主桁編號(hào)車載 max（ kn） 車載 min（ kn）.表 3-27 / 17.4、荷載組合公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)第 2.1.2條設(shè)計(jì)橋涵時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能同時(shí)出現(xiàn)的作用荷載選擇以下荷載組合。組合：基本可變荷載的一種或幾種與永久荷載的一種或幾種相組合。 =2 70mpa8 / 174.1 、組合+1.4汽車）（1.2恒載表 4-1主桁編號(hào)1234568910112485.92485.93319.12485.97-7295.6-5468.31444.71444.73110.83110.max恒載 +汽車（ kn）- min-33

10、19.1-2485.93184.53184.56838.76838.（ kn）5468.35468.37295.65468.38主桁編號(hào)12131415212223242526max恒載 +汽車（ kn）6838.76838.73184.53184.51697.7-26.41697.7-26.41697.7-26.4min（ kn）3110.8311081444.71444.7361.8-26.4361.8-26.4361.8-26.4主桁編號(hào)2731323334353637381697.7-2033.03459.7-390.31446.81446.8-390.33459.7361.8- 44

11、93.41262.9-2411.4-486.2-486.2-2411.41262.9max恒載 +汽車（ kn） min（ kn）- 2033.0- 4493.4.5、強(qiáng)度驗(yàn)算5.1 驗(yàn)算項(xiàng)目由 4.1 、4.2 的荷載組合可知，主桁各桿的受力狀況：上弦桿（單元號(hào) 1-6）受壓， 下弦桿（單元號(hào) 8-15 ）受拉，斜桿（單元號(hào) 31-38 ）拉壓、腹桿（單元號(hào) 21- 27）拉 壓?，F(xiàn)進(jìn)行在荷載組合和荷載組合下的強(qiáng)度驗(yàn)算。對(duì)于有孔洞削弱的軸心受拉、受壓構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算n a式中： n 構(gòu)件的計(jì)算軸心力a構(gòu)件的截面面積 鋼材的基本容許應(yīng)力，當(dāng)構(gòu)件承受動(dòng)力荷載作用時(shí)，則計(jì)算應(yīng)力?不 得超過(guò)容許疲勞應(yīng)

12、力 。在本例中， 對(duì)于荷載， 取 =270mpa5.2 驗(yàn)算結(jié)果表 5-117 / 17受力狀況上弦桿受壓上弦桿受拉斜桿拉壓腹桿拉壓截面面積（ m2）組合最大荷載0.0294006838.7232.6092700.0294007295.6248.1402700.0224804493.4199.8842700.0212801697.779.779270（kn）組合最大應(yīng)力（mpa）組合容許應(yīng)力 ?（mpa）故各桿件的強(qiáng)度滿足要求。6、穩(wěn)定性驗(yàn)算6.1 驗(yàn)算項(xiàng)目對(duì)于軸心壓桿，要進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算與局部穩(wěn)定性驗(yàn)算。即對(duì)上弦桿（單元號(hào) 1-6 ）、斜桿（單元號(hào)31、33、36、38）、腹桿（單元號(hào)22

13、、24、26）進(jìn)行穩(wěn)定性 驗(yàn)算。6.1.1 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算為保持構(gòu)件整體穩(wěn)定條件：截面應(yīng)力不超過(guò)截面應(yīng)力。?am因此，整體穩(wěn)定性計(jì)算公式為：nnam式中n軸心受壓桿的計(jì)算壓力am毛截面面積縱向彎曲系數(shù)（穩(wěn)定系數(shù)） 鋼材的軸向容許應(yīng)力6.1.2 局部穩(wěn)定性驗(yàn)算為保證構(gòu)件的局部穩(wěn)定性：保證實(shí)腹式截面的板件的局部穩(wěn)定承載整體穩(wěn)定：故限制板的寬厚比。即：bb6.2 驗(yàn)算結(jié)果6.2.1 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）截面性質(zhì)計(jì)算表表 6-1截面面積 a構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)慣性矩 iy回轉(zhuǎn)半徑長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)（m2)度 lo（m）（m4）il oyi（ m）yai y上弦桿0.03500080.6564e-030.136958

14、.4370.8230斜桿0.02658011.310.3688e-030.117876.8080.6861腹桿0.02538080.3039e-030.109458.5010.7877（2） ）構(gòu)件的平面外整體穩(wěn)定上弦桿斜桿腹桿組合最大荷載-7295.6253.28270-4493.4246.39270-26.41.25270（kn）組合表 6-2n (mpa)組合限值a mpa故各桿件的強(qiáng)度滿足要求。（3） ）局部穩(wěn)定性驗(yàn)算表 6-3幾何性質(zhì)上、下弦桿斜桿豎桿截面形式58.43776.80858.501b10.4011.5510.80t主要桿件不大于 1212 0.2=8.1518、0.2=

15、11.507次要桿件不大于20h400/20=20.00410/18=22.78410/18=22.78t長(zhǎng)細(xì)比翼緣寬度比限值b t腹板高度比限值h t300.5+5=34但不大于 45 30故構(gòu)件的局部穩(wěn)定性滿足要求7、剛度驗(yàn)算7.1 桿件的剛度驗(yàn)算軸心受力構(gòu)件的剛度以其長(zhǎng)細(xì)比來(lái)衡量：l oxxyi xl oyi y式中l(wèi) oxl oy 相應(yīng)方向的構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度：公路橋規(guī)規(guī)定，對(duì)于桁架的腹桿平面彎曲長(zhǎng)度的計(jì)算長(zhǎng)度為0.8 l o ：平面外的彎曲為l o 。i xi yix iy 相應(yīng)方向的截面回轉(zhuǎn)半徑：i xa iya受拉或受壓構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比。表 7-1下弦桿 上弦桿 受拉斜桿受壓斜桿受拉腹

16、桿受壓腹桿截面面積a（m2 ）構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度 l00.03500081.3273e-0.6564e-030.194741.0890.136958.4371300.0350008030.6564e-030.194741.0890.136958.4371000.02658011.31030.9915e-0.3688e-030.193158.5710.117876.8081300.02658011.31030.9915e-0.3688e-030.193158.5710.117876.8081000.0253808030.3039e-030.192041.6670.109441.6671300.0253

17、80803030.3039e-030.192041.6670.109441.667100（ m）慣性矩 i x（ m4）1.3273e-0.9360e-0.9360e-慣性矩 i y（ m4）平面回轉(zhuǎn)半徑(m)l oxxix平面外回轉(zhuǎn)半徑（ m）l oyyiy容許長(zhǎng)細(xì)比故該桁架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的剛度滿足要求。7.2 整體剛度驗(yàn)算為防止結(jié)構(gòu)的變形過(guò)大而造成損壞，應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的變形。即： 式中結(jié)構(gòu)在可變荷載作用下產(chǎn)生的最大撓度 規(guī)定的容許度。程序輸入：（1） ）、更改 d 文件中的 m=1；（2） ）、inl6 影響線計(jì)算；（ 3、） load 活載計(jì)算， loaddqf.out。輸出文件：nodeuvc

18、eta10.0129-09720.0110530.0091240.006650.00409760.0021570.0002490.00109100.00202110.00472120.00662130.00855140.0111150.01211690.016880-00.03104-00.04073-00.04464-00.04073-00.03104-00.01688-00.01711-00.03104-00.04196-00.04464-00.04196-00.03104-0.01711000可以得出，跨中節(jié)點(diǎn)（ 4、12）的豎向位移 v=4464=0.044641l8001* 6480

19、00.08mm8、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與計(jì)算8.1 桿端連接螺栓個(gè)數(shù)計(jì)算桿件的承載力要大于其力。對(duì)于承受活荷載的桿件，為保證活載發(fā)展或遇到特種超重列車時(shí)，桿件的承載力能充分發(fā)揮，應(yīng)使其連接部分與桿件有同等的承載力，即按承載力計(jì)算的等強(qiáng)原則，這適合于主桁桿件設(shè)計(jì)。nan對(duì)于受拉桿件：nnan1對(duì)于受壓桿件：n式中 an 、am分別為桿件凈截面、毛截面面積；n單栓的容許承載力，對(duì)于摩擦性高強(qiáng)螺栓，選用10.9級(jí) m24， 孔徑為26mm， = 0.4，1 軸心壓桿的容許應(yīng)力折減系數(shù)。弦桿設(shè)計(jì)兩個(gè)摩擦面，設(shè)拼接板，則nrknfp0.91.020.4225162kn腹桿設(shè)一個(gè)摩擦面，則nrknfp0.91.010

20、.422581kn對(duì)于腹桿橋規(guī)容許其連接螺栓數(shù)可按1.1倍的桿件力與 75%的桿件凈面積強(qiáng)度二者取較大值進(jìn)行計(jì)算。由毛截面面積可粗略布置弦桿單側(cè)螺栓個(gè)數(shù)：4*9=36個(gè)； 斜桿單側(cè)螺栓數(shù)： 4*7=28個(gè) ；腹桿單側(cè)螺栓數(shù)： 4*7=28個(gè)。由凈截面面積計(jì)算的螺栓個(gè)數(shù)如下表所示。毛截面凈截面單栓容許受拉：表 8-1受力桿件狀態(tài)面積amm2m面 積an mm2承載力n kn穩(wěn)定系nan容許應(yīng)n螺栓個(gè)數(shù)力受壓：數(shù) 取nan1用值n下弦桿受拉35000294001620.823027070.97172斜桿受壓42658022480810.686127052.48356腹桿受壓253802128081

21、0.787727054.598568.2 節(jié)點(diǎn)螺栓的布置與節(jié)點(diǎn)板的設(shè)計(jì)詳見(jiàn)附圖 1經(jīng)計(jì)算，桿件的凈面積：a480760445087725401112431226 2449636.6cm2節(jié)點(diǎn)板凈面積：an2244143722339339312426260825.9cm21.1a54600 .3cm 28.3 、節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度計(jì)算8.3.1 節(jié)點(diǎn)板撕破強(qiáng)度驗(yàn)算如下圖節(jié)點(diǎn)板，在腹桿外力作用下的撕破方式?？裳?-2-3-4、1-2-3-5 、1-2-3-6-7截面撕破，故要對(duì)這些撕破截面進(jìn)行撕破強(qiáng)度驗(yàn)算。由于節(jié)點(diǎn)板的應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜與計(jì)算方法的近似性，公路橋規(guī)規(guī)定，節(jié)點(diǎn) 板的撕破強(qiáng)度應(yīng)較被連接桿件至少大1

22、0%，撕破截面的容許應(yīng)力為：垂直于被連接桿件軸線的截面為基本容許應(yīng)力 ；斜交或平行于被連接桿件軸線的截面為0.75 。l12=53.7、l23=32.0、l34=68.0l35=53.7、l36=28.7、l67=38.0各截面的強(qiáng)度：n12 = 2× (53.7-0.5× 2.6)× 1.8× 0.75 = 141.48n23 = 2× (32.0-3× 2.6)× 1.8 = 87.12n34 = 2× (68.0-6.5× 2.6)× 1.8× 0.75 = 137.97n35

23、= 2× (53.7-0.5× 2.6)× 1.8× 0.75 = 141.48n36 = 2× (28.7-1× 2.6)× 1.8× 0.75 = 70.47n67 = 2× (38.0-3.5× 2.6)× 1.8× 0.75 = 78.031-2-3-4截面的撕破強(qiáng)度 =(141.48+87.12+137.97) =366.571-2-3-5截面的撕破強(qiáng)度 =(141.48+87.12+141.48) =370.081-2-3-6-7截面的撕破強(qiáng)度 =(141.48+

24、87.12+70.47+78.03) =377.1已知斜桿的凈截面面積為a=(480× 20-26× 20× 4)× 2 =150.40cm2故:1.1a ? = 1.1× 150.40 = 165.44以上三個(gè)截面的撕破強(qiáng)度均不小于所連接桿件強(qiáng)度的1.1倍。故撕破強(qiáng)度無(wú)問(wèn)題。8.3.2 節(jié)點(diǎn)板中心豎直截面的法向應(yīng)力驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)中心截面已知節(jié)點(diǎn)板： 22244×18×1437拼接板： 4 2244× 18×240節(jié)點(diǎn)板中心豎直截面，在其一側(cè)桿件外力的作用下，產(chǎn)生法向力n 和剪力 q，節(jié)點(diǎn)板可能沿中部數(shù)字最薄弱

25、截面8-8或 10-10破壞。由于弦桿在該截面處已中斷， 故其面積均只包括節(jié)點(diǎn)板與拼接板的面積，但截面8-8與 10-10所受的剪力 q 不一樣，對(duì)于 e10節(jié)點(diǎn)，顯然應(yīng)驗(yàn)算所受剪力較大的8-8截面，根據(jù)平衡條件，采用組 合 i的荷載值，該截面的法向力n為n = n2 + n4×cos = 6838.7390.3 × cos45 ° = 6562.7kn?毛截面面積： ?= 1.8× 145× 2 + 4× 24× 1.8 = 694.8cm2扣孔： ? a = 2× 2.6× 11× 1.8 + 4× 24× 1.8 = 140.4cm2凈截面面積： aj = am -? a = 694.8-140.4 = 554.4 cm2節(jié)點(diǎn)中心豎截面的形心對(duì)節(jié)點(diǎn)板底面的距離：21.814514521.824(1.5542.5)21.8