48米单线铁路下承式栓焊简支梁主桁设计姓名： 学号: 班级：土木0８0２班 学院：土木建筑工程学院 20１1年11月15日目录第一部分 设计说明书一、 设计资料 ——-—－--———-—－—-—----－-－－——--4二、 钢梁上部总体布置及尺寸拟定 -—--—－－－——-—---—-－—----——-41、钢桁架梁桥的优缺点 —－——-－－-—－-－－－-－——---—－-——４2、设计假定和计算方法 -—－——－—-————-—-——-－-—－－—-—－43、主桁杆件截面选择 －———-－--－－－-－-—-—-－——---—－－54、节点设计原则 —-－-－-——————-—-----——－-——－—55、设计思路和步骤 --——－-—---－-—————－--———--—--56、参考文献 -－——-－——－—-－--－－--—————--－——6第二部分 设计计算书一、打开软件 -－-——－-－—----—-—－-—－——--－－--－—－--—－７二、创建模型 —-——-—－-—--———-—-－—-—--—－－－—--－—-－—71。
设定造作环境 －—--－-—-—--—--－—-－-－－----—－－—--－—--72 定义材料和截面 －－——-—－－—-－－—－－———－-—－—－-—-———－—－—-73． 建立节点和单元 —－-－－-——－－—－—-——－——----－———-－——-—-—84. 输入边界条件 －———－-－-－-—－-———－———－－—-—－－————---—85 输入荷载（1）——加载自重---——-—-----—－-—-——-—－－—--－－－－－-96． 运行结构分析(１) ----———-—－--－—--—————-—-—－-——－-——－—1０７ 查看结果 －－-－——－－——-－-－-———－—-－-—－—---－—-－-－108． 输入荷载（2）—-活载添加-—－—－－——－－———－—--——--—--－-－-—--１29． 运行结构分析（２) －—-—－———－-————-——－—--－－－-—---———－-1310查看结果 ———－—－--——－-－—-—－-——－--———－-——－－－－－13三、主力求解 －----—－--—-—--－--——--———－－——－--——--141。
冲击系数 ———－－---—－-——－－-—-－－－--———－－————－-—１42. 活载发展均衡系数 --—－-——－----－—-—-——－-——－--—－-—-—－——143． 活载产生内力 ----—-－-----————－-——-——--－—-－—---－—1４四、横向附加力产生主桁内力计算—--－—-—－-－-－-——－—－—－－-——-—--——－—-１５1 由已知条件确定横向控制力－—－——－－－-－－-－－---－－——－-－－—--—－—－15２． 用软件计算横向力作用下的桁架杆件内－-－－－—--—-－-－-－－－－-—-—163 桥门架效应计算 ---—－——-—-－－-—-—----－-———-－—-—１7五、纵向荷载产生主桁内力计算 －—---－——-－—————－—--－—－—-—－—－－——-18六、内力组合 --—-－——－--——－-－-－—---—－－—－————－-－—19七、截面验算 —-－－——-—-—－—-—－－————--——-－————－-—－211．验算内容 -—－—－－－———－-－——-—－—-—-—-－—--—-—-——212。
主桁杆件截面几何特征计算 ——----——－－---——-—-——－————-——－－———213．主桁杆件截面验算 —---—----—----—-－-－-——－－———－－——－--24八、节点设计计算与验算 —-——-－———--—-－——--———---—－-—-—－--2７第一部分 设计说明书一、设计资料1. 设计规范：《铁路桥梁设计规范》2. 活载等级：中—活载3. 结构轮廓尺寸：计算跨度48米，桥全长４8.6米，桁高11米，主桁中距57５米，节间长度８米，倾斜角４．材料：主桁采用16Ｍnｑ钢，板厚限于２4mm,高强螺栓用40B钢5连接：工厂焊接,工地栓接，基本参数为：栓直径23ｍm,预紧力20０KN,摩擦系数0.456．恒载:钢桥桥面为明桥面，双侧人行道，自重按３4KN/ｍ计，风力为1000KN/ｍ*m二、钢梁上部总体布置及尺寸拟定一、钢桁架梁桥的优缺点钢桁架梁桥具有自重轻、跨度大，结构形式更趋于合理,形成更多优美、实用的体系等优点钢结构的构件适合于工业化制造与标准设计,便于运输和安装,施工期限短，不受季节限制如果意外遭到破坏，可以更换损坏构件,容易修复。
钢桁架梁桥的主要缺点是:构件容易锈蚀，需要定期检查、除锈、油漆，维护费用高；列车过桥时,钢桥发出的噪音大，而且随着车速的提高更加明显二、设计假定和计算方法由于本设计中所有干见的高度不超过其长度的十分之一，根据《桥规》规定，不考虑节点刚性次应力.所有杆件按照桁架单元建立模型，不考虑杆件的压弯、拉弯效应三、主桁杆件截面选择根据相关同类设计资料，如下选择杆件杆件类型截面编号单元（号码）截面组成（mm＊mm)上弦1上弦边杆7、102□44０＊１８；１□４00＊102上弦中杆8、9２□44０*2２；1□400*18下弦3．下弦边杆1、2、5、６２□４40＊22；1□42０＊８４．下弦中杆3、4２□44０*18；1□400*１０端斜杆5．端斜杆１１、2１２□560*18；１□400*10中间斜杆6.中斜杆一13、192□４20＊１0；1□42０*87.中斜杆二15、17２□４4０＊1４；1□400＊８竖杆8．竖杆1２、14、1６、18、202□260*1２；1□420＊10四、节点设计原则钢桁梁的节点构造和受理相当复杂，它连接了位于主桁平面、平纵联平面和横联平面三个正交平面的杆件，这些杆件的内力通过节点取得平衡。
节点将不同受力类型的杆件联结成一个空间稳定的结构，它是钢桁梁不可缺省的部分.在设计节点时,应注意：各杆件截面中心线应尽量在节点处交于一点，杆端连接螺栓群的合力线尽量与杆件截面重心线重合.主桁杆件的杆端螺栓数用等强度法计算,联结系杆件杆端螺栓数用内力法计算弦杆拼接处,节点板强度一般不够,需要设置内拼接板加强所有杆件应尽量向节点中心靠拢，连接螺栓应布置紧凑五、设计思路和步骤１ 初步选定截面;2． 桁架节点单元编号或者用软件建模；3. 分析受力情况；４． 用软件求解主力作用下主桁内力；5． 求解附加力作用下主桁内力；６ 内力组合，求解出控制内力；7 计算各杆件的几何尺寸并且根据杆件受力特性分别验算强度、刚度、稳定性等；8 计算设计要求的螺栓数量及布置，绘制节点图六、参考文献1．《现代钢桥》 吴冲主编 人民交通出版社 2006２《桥梁工程》 夏禾主编 高等教育出版社 2０1１3．《桥梁工程》裘伯永等 中国铁道出版社 2０044.《钢桥》李富文等 中国铁道出版社 199３５《钢桥》徐君兰等 人民交通出版社第二部分 设计计算书一、荷载计算一、打开软件二、创建模型 １. 设定造作环境文件／新项目文件/保存（钢桥) 2．定义材料和截面材料/添加〉类型〉钢材;钢材规范>GＢ(S）;数据库〉１6Mnｑ截面/添加〉用户定义；并按下列拟定截面输入一片梁模型创建单元编号:杆件类型截面编号单元(号码)截面组成(ｍm＊mｍ)上弦1．上弦边杆７、1０2□440*18;1□4０0＊10２．上弦中杆8、92□4４０＊２2;1□400＊18下弦3．下弦边杆1、2、5、６２□４４0＊22；1□420*8４.下弦中杆３、４2□４４0＊1８；1□400＊10端斜杆５．端斜杆11、212□5６０＊18；1□４00*1０中间斜杆6.中斜杆一1３、192□42０*10；1□420*８7．中斜杆二15、172□44０＊14;１□4０0*8竖杆8.竖杆12、14、16、18、202□260＊12；１□４20＊1０3．建立节点和单元建立节点输入第一点（0，0，0)且复制 ６次间距 ８, ０， ０输入下一点（８，１１，0)且复制4 次间距 8， 0， 0；建立单元按要求创建，并且使每一个单元的截面材料属性与前面定义的保持一致4、 输入边界条件1定义Ｘ、Ｚ的平动约束,7定义Ｚ的平动约束，见下图５.输入荷载(1）——加载自重（A）选择：荷载/自重静力荷载工况:名称〉桁架杆件自重;类型〉恒荷载（D）自重系数:ｚ=—1操作:添加（Ｂ）其他恒载：参照已有的设计资料，估计取值联结系2.8kN/m桥面系7。
1kN/m高强螺栓0．5kＮ/ｍ检查设备1.0kＮ/ｍ桥面重5kN/m所以,每片主桁除了桁架杆件自重以外,承受恒载强度为p=0．5＊（２1+0.5＋10)+5=10７ ｋN/m选择：荷载/梁单元荷载（标准)静力荷载工况:名称〉桁架其他恒载；类型>恒荷载（D)如下图：5、运行结构分析６、查看结果选择结果〉输出文本结果，截取桁架杆架在自重作用下的内力列表如下：查看桁架在自重作用下的变形和杆件内力图：8、输入荷载（2)—-活载添加选择：荷载/移动荷载分析数据／移动荷载规范／Cｈinａ选择：荷载／移动荷载分析数据/车道/添加车道名称〉０1车道荷载分布>车道单元车辆移动方向〉往返偏心距离〉2.875 米桥梁跨度〉4８ 米选择〉两点，输入坐标选择：荷载/移动荷载分析数据／车辆/用户定义荷载类型〉列车特殊车辆〉铁路普通活载类型车辆荷载〉车辆荷载名称〉中-活载列车荷载>（以中—荷载的一半的值进行加载)选择：荷载/移动荷载分析数据/移动荷载工况9、运行结构分析（2）10、查看结果选择结果〉输出文本结果,截取桁架杆架在活载下的内力列表如下：按默认形式打印桁架单元的内力 单位体系: kN , m _____＿_______＿＿＿___＿＿＿_＿___＿__单元 材料 截面 工况 内力-I 内力－J-—－——- —－—-－— ————-- --－--－-- －-—— —-—－—－—---— —－-——-－－——－ 1 1 3 桁架００1 162.２ １６2。
２２ 1 3 桁架0０1 １６22 1622 ３ 1 4 桁架0０１ 28５．5 ２855 ４ 1 4 桁架00１ 2８5５ 2８55 5 １ ３ 桁架0０1 1６22 16２２6 1 ３ 桁架001 １６2．2 16２.2 7 1 1 桁架０0１ -253.8 -253.8 8 1 2 桁架0０1 —25３．8 —２53.89 1 2 桁架０01 -２53.8 －25３.8 1０ 1 1 桁架001 —２５3.8 —２５３８ １1 1 5 桁架００１ —275。
８ —2７5８ 12 1 8 桁架001 9７１ 97．11３ １ ６ 桁架０01 １55.７ 1557１4 1 8 桁架001 ０.0 0.０1５ 1 ７ 桁架０0１ -５39 -５3．916 １ 8 桁架０01 ８7.２ 872 １7 1 7 桁架001 —539 —53.918 1 ８ 桁架00１ 00 00 19 1 6 桁架00１ 1557 1５５.7 20 1 8 桁架0０１ ９71 ９７.１２1 1 5 桁架0０１ -2７５.8 —2７5．8（将上列值填入表二第 １ 项)三、主力求解 １、冲击系数 根据《桥规》，冲击系数上弦杆，下弦杆,斜杆，L取跨度将１。
318填入表二第2项2、活载发展均衡系数根据《桥规》,所有杆件因活载产生的轴向力、弯矩、剪力在计算主力组合时，均应乘以活载发展局衡系数，其中为全部杆件中中的最大值＋０．3０46计算结果填入表二第四项3、活载产生内力将计算了均衡系数的活载内力填入表二第８项表二 主桁杆件主力结果列表杆件名称(取左半部分）活载要素均衡系数主力值静活载内力冲击系数动活载内力恒载内力活载 内力项次123（1＊2）45678单位ｋNkＮkNkＮ上弦杆7—2５3.8１318—334．5+０.26230008７1.0０３4-14439－3３5.648—253．８１．３１8-334５＋0．２6230０08７1．0０34-1443９—３35.6４下弦杆1+162.2131８＋21３.8＋0２4１5０0２351．0025+8926+２1４.33２+16２318＋2１３.8+0.24150.02３５１.002５+８9.２6+2１4．33３+28５.51３１8+3763+0.2975０.00351.0０0７+１63.48+37６.5６斜杆11—275．８131８－363．5+０2４350．０2５6１.０03２-１６1.８4—364。
66１3+155７１.31８+２05．2+02２160.０37６1.004９+8８.81+20６.211５—53．91.318—71０4＋021040.0８52１.0２９1-３８.95－7３．11竖杆12+97５00+145.65+０.1８０50.177910５37＋1３．77＋153.４7140１.５000——－———-——－-———-－—2256-－——－-1687.21.５０0+13０１５76 01674１.０486+２063+1３71６四、横向附加力产生主桁内力计算1、由已知条件确定横向控制力任务书给定风力为,横联尺寸如上图:则上平纵联所受风荷载:下平纵联所受风荷载：根据《桥规》,上平纵联摇摆力下平纵联摇摆力故上平纵联按风力计算内力，下平纵联按列车摇摆力计算内力2、由midas计算横向力作用下的桁架杆件内力下平纵联计算图式:将下平纵联当作水平放置的简支铰接桁架来计算:计算结果：（只需取1－3号杆件,４-6号对称)上平纵联计算图式：将上平纵联当作水平放置的简支铰接桁架来计算：计算结果：（只需取７—8号杆件，９—１０号对称）3、桥门架效应计算 由倾斜角，得,上平纵联作用于桥门架顶部的反力：所以 桥门架腿杆反弯点距支座的距离：反力在端斜杆中产生的轴力 填入表三第２项反力通过支座斜反力R在下弦产生的轴力，填入表三第２项桥门架示意图如下:五、纵向荷载产生的主桁内力计算根据《桥规》，制动力与冲击力同时计算时，制动力按竖向静活载重量的7％计算。
静活载的位置分别与各杆件产生最大活载内力时的实际活载位置一致.为了简化计算,近似按下图加载位置计算:制动力在弦杆中产生的轴力：由于本设计中弦杆中线与支座较中心间距离较小,因而忽略该项影响，即：加载长度,静活载： 制动力 ：下弦杆产生轴力：表三 主桁杆件附加力结果列表杆件名称附加力纵联风力桥门架效应制动力内力项次123单位ｋNkNkN上弦杆件７-28.19８—５９46下弦杆件1+90．98+905+１64.52+21６９1+９０．5＋164．５3+280.53+９05+164．5端斜杆11—100．０六、内力组合——见下表26 / 26表四 内力组合杆件名称主力列值附加力列值主力值 1+2组合值(主+附)控制内力恒载内力活载内力纵联风力N w桥门架效应N w制动力内力NｔN IN ＩIN IＩIN项次1２３4５6７8９单位ｋNkＮkＮkＮkＮｋNkNkＮｋN上弦杆7—144３9—335．６4—28．19-48003—423．5－4８0.0３8—1４4．39—33５64－59.46-4800３—449．58－480.０3下弦杆1+89．２6＋214.33＋90.98＋90.5+１６4.５+3０3。
５９+4０4．２２＋374．4６+４０4２22＋８9.26+214．33+２1691+90．5+１6４.５+303．5９+509１７+3744６＋509．1７３+16３48+３7656+28053+90.５+164．５＋54004+75９２3＋５６３.6３+7５9．23斜杆１１—1６184—３６46６－1００0－52６.５—522．０８-５26．５１3＋8881+２06.2+２９50１+２950115-3８.95—73.11—1３2．06-1３2．0６竖杆12+1３.７７+153．47+167．２4+１67．２414-22.56－２256－225616+２063+1３7.16+1５７79+15779注: 七、截面验算 １、验算内容表５ 各杆件验算内容项目验算内容验算杆件1强度各类杆件2刚度各类杆件3局部稳定压杆４整体稳定压杆２主桁杆件截面几何特征计算根据已有的设计资料，本设计已在前面初步选定了截面,均为钢板拼装H 型截面,现以11号截面为例,例举计算步骤，(2□560＊18；1□40０*10)顶板与底板布置螺栓孔,每板6孔，对称布置毛截面面积：扣孔面积：净面积：毛惯性矩:扣孔惯性矩： 净惯性矩: 回转半径: 端斜杆实际长度 故 主桁平面内自由长度：主桁平面外自由长度:长细比: 将上述计算结果列于表六,其余杆件计算方式相同＼表六 主桁杆件截面几何特性计算列表杆件名称栓孔布置截面组成毛截面净截面毛惯性矩净惯性矩回转半径自由长度长细比项次1２３45６789单位mmcｍｃｍ上弦杆7号每板 4 孔对称布置2□440*18；１□400*10１98.４161．625558２０56211.348007０.5574567686421９．３８80０4１．27８ 号2□44０＊２2；1□4００*１8265。
62２8836４６２287６３1１45800７98７8６58275６２４20４68003923下弦杆1 号、2 号2□440*22;1□420*822721904３34５３２567４1１．４4８00６9．９３57３5950５7320４780０3９．0８3 号2□440*18；1□4０0*10198.4161.62５5５8２0５62１１6380068．797456768６４221４580０37．2９端斜杆１1 号每板 6 孔对称布置2□560*18；1□4０0＊10241.618６.45268８3４35614．7７12248２８79３4４９66７14１９.67１３60６914中间斜杆１３ 号每板 4 孔对称布置2□420＊10;1□4２０*8１１７6８0．81345611345１1．49１０8894.69４26５43865420.０４136０67.8615 号２□４40*１4；1□４０0*8155２1１8417５４３15６93１1４2１08895.２7713８56２４５５20.8113６0653５竖杆１2、14、1６ 号每板 ２ 孔对称布置2□２６０*１2 ;1□４36*１０1０68７6２65７2４355．0088017６2９４56254631６.69110065．913.主桁杆件截面验算［1］受拉杆件验算(以1号杆件为例） （1）刚度验算 （２）强度验算 ［2］受压杆件验算(以7号杆件为例) (1）刚度验算（２）强度验算（3）整体稳定验算 ,查《桥规》，得稳定系数则(4）局部稳定验算按照《桥规》规定,焊接 H 型杆件竖板伸出肢与水平板的容许宽厚比 竖板时，，且不大于18平板时，，且不大于45故现：竖板 , 满足要求横板 , 满足要求其余各杆分别按照上面的方法填入表七中表六 主桁内力计算表主要控制内力刚度局部稳定整体稳定强度竖板横板计算应力容许应力容许应力 项次1234567单位上弦杆7-480。
０3－24.2－125２4.28-48０.０3—1８—11618下弦杆1+4０4.221７8２＋５0９.172243＋759.2３38．4端斜杆11-5２6.5－21．8-1３38中间斜杆１3+２95.０1252１5—132.０6—8.5-9768.5竖杆12＋１67．２4１581４—2２.56—２－4３.6216+15７.７914．８八、节点设计计算与验算根据《桥规》规定,主桁杆件杆端高墙螺栓连接,按被连接杆件的承载力计算式中,n —所需但摩擦面高强螺栓数，一个双摩擦面高强螺栓按两个单摩擦面高强螺栓计---—按一个摩擦面计算的单个高强螺栓的承载力，由《桥规》知:其中其中 Ｐ -高强螺栓预拉力， 螺栓为 200 kＮｆ —摩擦系数,根据《设计任务书》取 ０.45［ Ｎ ］ -杆件的承载力，对于主桁杆件：受拉杆件 受压杆件 现计算１号杆件：杆件承载力:最少螺栓数：实际螺栓数：见节点图现计算3号杆件：杆件承载力： 最少螺栓数: 实际螺栓数:见节点图文中如有不足，请您见谅！。