毕业设计（论文）铁路简支钢板梁桥设计.doc

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1、第1章 绪 论1.1 简支钢板梁桥的优点及其在国内外的发展简支钢板梁桥具有构造简单、强度高、自重轻、工厂化生产程度高、施工速度快等优点，早在20世纪50年代起，在日本、德国等发达国家得到了广泛应用。我国由于钢材产量原因，20世纪90年代以前钢桥的应用仅限于铁路桥梁，公路钢桥的极少。20世纪90年代以后，由于大跨度桥梁建设的需要，钢结构桥梁有了很大的发展，特别是在大跨度悬索桥、斜拉桥和钢管混凝土拱桥中得到广泛应用。但是，除城市高架桥、立交桥等特殊情况外，在中小跨径桥梁中还是很少采用钢桥。1.1.1 国内钢桥的发展史我国钢桥的建设已经有100多年的历史，就铁路钢桥而言，解放前由于材料、设计水平、制

2、造水平、施工技术等条件的限制，当时所建的钢桥多是跨度很小的钢板梁桥。解放后，经过几十年的发展，我国铁路钢桥的整体技术水平有了长足的进步，使结构型式多样化、桥梁规模大型化、钢桥连接全焊化，这表现在钢桥材料的不断开发利用，设计理论、设计理念、设计手段的更新和提高，科研工作的不断深化并及时应用于设计、施工，同时施工、制造水平的提高。特别是近10年来，整体节点的出现使得焊接不但用于构件组成，而且用于构件的联接，节省了钢材用量并使结构整体质量更加易于保障，结合梁的采用使钢桥的应用空间得到进一步的拓展，主跨312m的芜湖长江公铁两用大桥的建成标志着我国铁路大跨度钢桥的建设达到了一个新的高度。就公路桥梁而言

3、，20世纪80年代中期以前，由于国家钢材缺乏，加之公路桥梁的中小跨度可以采用RC梁或PC梁予以解决，使得公路钢桥极少采用钢梁，20世纪80年代中期以后，尤其是近十年来，我国公路大跨度钢桥得到了飞速的发展，无论是跨度还是设计制造技术都正在迅速向世界水平接近，其中已经建成采用全焊钢箱梁悬索桥的江阴长江大桥主跨达1385m，居世界第4位，采用全焊钢箱梁斜拉桥的南京长江二桥南汊桥主跨达628m，居世界第3位。可以说，20世纪世界焊接钢桥技术有了很大的发展，而20世纪的后10年，也是我国焊接钢桥技术飞速发展并接近世界水平的黄金发展阶段。1.1.2 国内钢桥的建设情况新中国成立后，建设面貌为之一新，各项建

4、设蓬勃发展，桥梁事业亦不例外，推动我国铁路钢桥发展决定性作用的有武汉、南京、九江、芜湖四座长江上的桥梁。这四座大桥都是公铁两用桥，铁路为双线，公路为四车道。 武汉长江大桥，新中国成立后的1950年即着手兴建，正桥长1156m，三联三等跨128m的连续钢桁梁，公铁两用桥。钢梁的钢材是进口苏联的CT3M(三号桥梁钢，屈服强度240Mpa)技术有苏联专家援助，主要的还是我国自己设计和建造，是我国自力更生建设现代化桥梁的开端。 南京长江大桥，1958年规划兴建，1968年建成通车。正桥全长1576m，计10孔，三联3160m连续钢桁梁加一孔128m简支梁，钢材为屈服强度350MPa低合金钢。新中国成立

5、后，我国被封锁禁运，初期还有苏联的援助，上世纪50年代末，苏联也停止了对我国的援助，完完全全在独立自主自力更生条件下建成的，建设这座大桥在材料方面遇到最困难是钢材。 在旧中国，钢的年产量不到100万吨，新中国成立后的短短几年内，在钢材的底子很薄弱情况下，为本桥开发出屈服强度350MPa的16锰桥梁钢(16Mnq) ，的确是件重大的成就。武汉、南京两桥钢梁均是铆接的。我国栓焊钢梁在上世纪50年代开始研制。1961年湘桂线雒容江桥换梁时，用了一孔41.62m栓焊梁。在三线建设时大量推广应用，跨度大多在40m以下，最大跨度112m，当时的16锰桥梁钢(16Mnq)，铆接梁是可以的，用在栓焊梁，材质是

6、欠缺的，我国栓焊梁的跨度长期停留在双线铁路桥80m，单线铁路桥112m。所有附连件都是栓接的，是少焊多栓的栓焊梁。 九江长江大桥正桥全长1806.7m，主跨180m+216m+180m的刚性梁柔性拱，专门开发了15锰钒氮桥梁钢(15MnVNq)，焊接构件最大板厚达56mm及材质35VB的大直径高强度螺栓，建成了双线铁路、四车道公路最大跨度达216m的栓焊梁，也是少焊多栓，从此铆接钢桥退出新建铁路钢桥的历史舞台。芜湖长江大桥正桥全长2193.7m，主跨为180m+312m+180m矮塔斜拉桥，加劲梁为钢筋混凝土板与钢桁梁结合共同受力的结合钢桁梁，开发了综合性能优异的14锰铌桥梁钢(14MnNbq

7、)，实现了厚板(50mm)焊接整体节点的栓焊梁，达到了多焊少栓的焊接桥梁，为全焊无栓的铁路桥梁打下基础。 因受飞行净空的限制，桥塔高度受到限制，如果是高塔，跨度可以增大。所以这种体系的桥梁，增大跨度留有很大空间。 在封锁禁运，独立自主，自力更生条件下，中国桥梁工程师奋斗了几十年，初步实现了上世纪70年代初期制订的铁路桥梁发展目标“高强、大跨、轻型、整体”的技术政策。1.2 中国钢桥技术最新进展1.2.1 新一代桥梁用钢的研制 钢桥的发展离不开桥梁用钢的不断开发，但是相对于桥梁技术的发展而言，桥梁钢材的发展虽然起步早，但由于产量、用量的限制，在一定时期内发展较为缓慢，16Mn、16Mnq钢在铁路

8、、公路钢桥的应用相当广泛，并占据了相当长的时间，但也反映出钢桥设计选材上的局限性，而且16Mnq钢的板厚效应明显，限制了铁路钢桥一般桥式跨度的进一步发展。为了改变这一被动局面，铁道部与原冶金部联合进行了适应钢桥发展新钢种的研制，在铁路研制并应用了15MnNbq、14MnNbq钢种，其中典型的是14MnNbq，以16Mnq为基础，适当降低碳当量并加入Nb等微量元素，采用先进的控温控轧和钢液炉外精炼技术，进行正火处理，细化晶粒并降低有害元素和气体的含量，大大降低板厚效应，在钢板使用厚度上达到50mm，针对YB/168-70和YB(T)10-81中U型缺口冲击要求难以满足桥梁设计要求的实际情况，这一

9、钢种采用与国际接轨的V型缺口冲击韧性作为交货条件，并具有良好的缺口冲击韧性和焊接性能。芜湖长江大桥的冲击韧性交货条件为-40C的V型缺口冲击韧性值为120J，实际供货的-40C的V型缺口冲击韧性值的平均值达234J。南京长江二桥要求采用WQ490E热轧钢板，其冲击韧性交货条件为-40C的V型缺口冲击韧性值为30J，其实际供货的-40C的V型缺口冲击韧性值的平均值达158J。可以看出，我国桥梁用钢由于采用了先进的冶炼、轧制及热处理等技术，保证了钢板的抗断裂性能和焊接性能要求。 1.2.2 新结构形式 (1)芜湖长江大桥 芜湖长江大桥是国内首次采用板桁组合结构建造的一座公铁两用桥梁，其中铁路全长1

10、0521m，公路全长5681m，正桥主航采用主跨312m的低塔、斜拉索加劲的连续钢桁梁结构，该桥的低塔是由于受附近机场静空限制，在总体布置和方案选取上具有相当难度和复杂性，因而在设计上采用了一系列新材料、新结构和新工艺，并针对设计、制造和施工进行了一系列科研攻关，对荷载等级、刚度标准、钢材选型、构造细节疲劳设计、焊接韧性标准等进行了理论和试验研究，为该桥的设计、制造和施工提供了保证。(2) SRC梁、结合梁应用于铁路桥梁 SRC梁是将钢梁作为劲性骨架并外包混凝土的桥梁形式，适用于跨线桥等对施工或梁高等有特殊要求的地段，一般使用在中小跨度的桥梁，钢梁一般为焊接工字梁，施工时可以不必采用施工鹰架，

11、在跨线施工时可以不影响线下运营。这种桥梁形式充分发挥了钢与混凝土各自在力学性能上的优势，在欧洲、日本铁路已经使用几十年，经过铁道科学研究院的理论和试验研究，已经在京九线等新建线路和既有线改造中采用了SRC简支梁(跨度12m)、连续梁(两跨24m)和斜梁(45跨度27.6米斜梁)。在我国第一条客运专线秦沈线建设中采用了结合梁的结构形式，其中钢梁有工字梁和箱形梁两种形式，在厂内焊接制造，运至施工现场进行混凝土部分及桥面板的灌注，共有24m、32m、48m和50m几种跨度。 (3)钢管拱桥水柏线北盘江大桥 水柏线北盘江大桥主桥为上承式钢管混凝土拱桥，为我国第一座铁路钢管混凝土拱桥，是目前世界上最大跨

12、度的上承式铁路钢管混凝土拱桥，其跨度达236m，桥面距江面高差达280米，也是目前国内最高的铁路拱桥，钢管采用厂内预制，现场节段间焊接，拱圈施工采用两岸半拱平转法合拢，转体重量达上万吨。 1.2.3 新构造及联接形式 (1)整体节点 整体节点是焊接代替栓接一个重要进步，节约钢材并保证连接的可靠性，这一进步也是在厚板性能和焊接工艺得到保证的前提下取得的。京九铁路的孙口黄河大桥正桥4m108m无竖杆三角形双线桁梁首次采用了整体节点、节点外拼接新技术，杆件为箱形截面，在工厂焊接制造成节段，采用整体节点使高强度螺栓节省30%，钢材节省4%。芜湖长江大桥主桥也普遍采用了整体节点。(2)锚箱结构 南京长江

13、二桥和芜湖长江大桥的斜拉索与桥梁连接均采用了锚箱结构形式，锚箱结构由于其整体性好、刚度大因而具有很高的可靠性。南京长江二桥的锚箱由承压板、纵锚板、盖板组成，并与钢箱梁腹板依斜拉索角度焊接成整体。芜湖长江大桥锚箱则采用双室箱，并与钢桁梁高强度螺栓连接，锚箱的特点是钢板厚、钢板立体连接、几何精度要求高、焊接难度大且焊接变形难以控制。采用了空间组装工艺、立体连接的高强度螺栓孔钻制、焊接顺序选择及焊接变形控制等保证质量要求。(3)钢桥现场全断面焊接 秦沈客运专线是我国第一条接近高速的客运专线，对基础设施建设的标准和施工质量要求很高。在我国铁路桥梁史上首次使用钢混凝土结合全焊工型板梁。其主要优点是全桥整

14、体性强，传力明确，省料，施工简单，造型美观，但同时，也提出了现场焊、手工焊、厚板对接焊三大技术难题。铁道部专门列科研课题进行研究，通过科研攻关、相应试验研究及焊接工艺评定，解决了上述问题，实现了现场的全断面焊接，为铁路钢桥的现场断面焊接打下了良好的基础。 1.2.4 科研成果及相关标准 (1)钢桥设计理论我国钢桥的设计长期采用容许应力理论和极限强度理论，其中大跨度铁路钢桥设计采用容许应力理论。铁道部从上世纪八十年代开始研究可靠度理论用于桥梁设计规范，并已取得实质性进展，现在上部结构的规改工作已经完成，预计基于可靠度理论的桥梁设计规范的颁布执行将会使钢桥设计迈上一个新台阶。 (2)针对钢桥建设的

15、试验研究对于新的钢桥结构和构造形式，需要相应的理论和试验研究加以保证，为此，针对H形压杆残余应力和极限承载能力、整体节点受力性能、大型钢箱梁节段间焊栓受力性能、锚箱结构板材抗层状撕裂及整体性能、实桥模型力学性能等方面做了深入的理论分析和试验研究，取得的成果为钢桥设计和制造提供了可靠依据。 (3)铁路钢桥疲劳设计方法研究铁路钢桥承受的荷载为循环往复荷载，因而既有钢桥的疲劳问题比较突出，为了解决这一问题，铁道部科学研究院结合新线建设芜湖长江大桥和高速铁路研究进行了有针对性的铁路钢桥疲劳设计研究。根据芜湖长江大桥采用新材料、整体节点等特点，做了9组大尺寸构造细节的疲劳试验并回归分析得到疲劳试验曲线，

16、结合以往数据得到芜湖桥钢梁14种构造细节的疲劳强度，为设计提供了可靠依据。(4)焊缝强度及断裂韧性准则的变迁钢桥的焊缝存在初始缺陷并处于应力集中的位置，因而是结构的薄弱环节，以往我国钢桥的防断裂设计采用常规U型缺口冲击值来确定韧性指标，这难以反映钢材和相应焊缝的实际情况，近年来的钢桥设计开始采用V型缺口冲击值作为韧性指标，同时将焊缝强度(韧性值)与基材强度(韧性值)匹配考虑，从而桥梁结构的整体力学性能达到最优化。芜湖长江大桥焊接接头质量标准如下：(1)焊缝强度对接焊缝屈服强度、极限强度不低于基材标准，并不超过基材标准100Mpa；角接焊缝屈服强度、极限强度不低于基材标准，并不超过基材标准120

17、Mpa；(2)焊缝韧性(包括焊缝、熔合线、热影响区)对接焊缝及受拉的开坡口的角接焊缝各部位-30C时的V型缺口冲击功不低于48J；角接焊缝及棱角焊缝各部位-30C时的V型缺口冲击功不低于34J。1.3 本设计主要完成的内容 (1)铁路简支板梁桥主要尺寸的拟定，包括主梁高度的选取和主梁中心距的选取；(2)主梁内力的计算，包括主截面的选择，变截面设计，翼缘与腹板的连接焊缝计算，梁总体稳定性和局部稳定性的验算以及腹板中加劲肋的布置和顶梁的设计；(3)平纵联的设计计算，上承式板梁桥的倾覆稳定性计算；(4)计算部分完成后需要绘制的结构图包括：主梁结构总图，主梁翼缘和腹板的结构总图，上下平纵联设计图，中间

18、横联和端横联设计图，顶梁设计图。第2章 主梁的计算2.1 板梁主要尺寸拟定(1)按照主梁主要尺寸拟定的原则，以及钢厂轧制钢板的规格选定梁高 h=2.0m。(2)为使桥跨结构具有必要横向钢度铁路桥梁结构设计规范(TB 10002.22005)要求主梁中心距不得小于跨度的1/15且不小于2.2m所以中心距取2.2m。(3)主梁截面的选择按铁路桥梁钢结构设计规定(TB10002.2005)规定腹板高度厚度。2.2 主梁内力计算2.2.1 恒载作用下的内力计算(1)为计算桥跨沿跨度每米的重量(KN/m)因此取翼缘板的截面积为mm所以桥面重 KN/m所以每片主梁所受恒载KN/m将主梁沿跨度以每7m为一单

19、位长度分为4等份(如图21)，计算各截面在恒载作用下的弯矩和剪力。图21 主梁沿跨度等份图(单位：m)A B O C D KN 2.2.2 活载作用下的内力计算活载：同样将桥分为4等份运营动力系数 根据右侧各截面的剪力和弯矩的影响线图分别求各截面的最大弯矩和剪力(1)B截面剪力和弯矩计算B截面的剪力和弯矩影响线如图22、23图22 B截面剪力影响线(单位：KN)3/41/4 图23 B截面弯矩影响线(单位：KNm)21/4 此时 计算：查表得，表中无此值，估需按直线内插法求值。当 时： 当 时： 故当，时，k值应为从而求得：计算：此时 表中无此值，故需由直线内差法求K值当 时 当 时 故当 时

20、，K值应为从而得到： (2)O截面的弯矩和剪力计算O 截面的剪力和弯矩影响线如图24、251/21/2图24 O截面剪力影响线(单位：KNm)7图25 O截面弯矩影响线(单位：KNm)此时 查表得： 此时 查表得：表中无此值 需由直线内差发求值：当 时 当 时 故当 时，K值应为 从而得到： (3)C截面的弯矩剪力计算C截面的剪力和弯矩影响线如图26、271/43/4图26 C截面剪力影响线(单位：KN)21/4图27 C截面弯矩影响线(单位：KNm)此时 查表得： 此时 查表得： KN(4)计算A截面的剪力A截面的剪力影响线如图28此时 查表得：表中无此值 需由直线内差发求值：当 时 当 时

21、 128 A截面的剪力影响线(单位：KN)故当 时，K值应为 KN2.2.3 恒载和活载共同作用下的内力计算A截面： KNB截面： KN O截面： KN C截面： KN 由上得：跨中弯矩值最大，左端剪力最大2.3 主梁截面的选择2.3.1 翼缘截面尺寸的拟定按照主梁主要尺寸拟定的原则，选定腹板高度m腹板厚度mm计算翼缘截面积根据资料规定得： 得 翼缘板宽度b取480mm厚度取60mm利用2块30mm的钢板根据上面计算得主梁的截面尺寸如图29480200020图29 主梁截面尺寸(单位：mm)2.3.2 截面应力的计算(1)验算弯曲应力截面中性轴距受压翼缘的距离对截面中性轴主截面的惯性矩式中，M

22、跨中最大弯矩；W跨中截面抵抗，验算受拉翼缘时，W用净截面抵抗矩验算受压翼缘时W用毛截面抵抗矩；钢材的容许应力。(2)验算剪应力 符合要求式中，V梁端最大剪力； S梁端截面中性轴以上的截面积对中性轴的面积矩；I梁端截面的毛截面惯性矩；梁端处腹板厚度；考虑截面上剪应力分布不均匀而引用的系数；许容剪应力；腹板高度。2.4 变截面梁设计由于在本设计中，钢板梁的跨度为28m，且翼缘用两块钢板，因此，要对翼缘板进行便界面设计。方法是：在离支座大约1/6跨度处作为变截面点(本题取离支座5m处)，并将板端沿板宽度方向加工成不陡于14的斜边，厚度方向加工成不陡于18的斜坡，末端宽度取100mm。变截面设计图如图

23、2-10所示。50009000480230160401004035001105图2-10 半跨主梁翼缘截面设计尺寸(单位：mm)2.4.1 翼缘板的变截面设计由上面计算得：在梁的1/4截面处梁的法向应力和剪应力较大，故取1/4截面进行换算应力验算截面检算处的法向应力(即弯曲应力)截面检算处的剪应力2.4.2 换算应力的验算式中，截面检算处的法向应力(即弯曲应力)；h腹板高度；截面检算处的剪应力；S翼缘截面积对中性轴的面积矩。2.5 翼缘与腹板的连接焊缝计算(1)求单位长度水平剪力根据铁路桥梁钢机构设计规范(TB10002.22005)中关于角焊缝最小尺寸的规定，本桥焊角尺寸取12mm式中，V梁

24、所受的最大剪力；S一个翼缘截面对中性轴的面积矩；梁毛截面惯性矩；焊角尺寸。沿梁跨度单位长度(1mm)内剪应力的总和为(2)求最大轮压P产生的竖向剪力沿跨长1mm内的竖向剪力按铁路标准活载最大轮压故所以(3)求单位长度1mm内翼缘焊缝承受的总剪力水平剪力和竖向剪力的合力(按向量相加)为：(4)1mm长的焊缝(包括左右两侧焊缝)截面所能承受的剪力为：式中 ，A焊缝工作截面的面积；焊缝的焊脚尺寸；焊缝容许剪力(与基本钢材的容许应力相同)。(5)翼缘焊缝的验算公式1mm长度内的总剪力应不大于相应的焊缝承载能力。即故得： 符合要求2.6 梁的总体稳定性计算根据以往设计资料，上(下)平纵联两相邻节点间距2

25、mm，计算主梁截面绕y轴的惯性矩和回转半径：主梁受压翼缘两相邻节点的距离等于上平纵联两相邻节点间距L=2.0m而主梁截面高h=2120mm换算长细比为：式中，系数，焊接梁用1.8，铆接板梁用2.0；L上平纵联两相邻接点间间距；主梁截面对xx，yy轴的回转半径；h主梁高度。查表310得：梁的总体稳定性满足要求式中，M计算弯矩(上平纵联相邻点的中央1/3范围内的最大弯矩)；毛截面抵抗矩；构件只在一个平面内受弯时的容许应力折减系数，其值可按换算长细比查表310得。2.7 梁的局部稳定性和加劲肋的计算(1)梁的局部稳定性计算钢板梁受压翼缘板局部稳定应满足： 满足要求(2)腹板中加劲肋的布置因为 ，应设

26、置中间加劲肋由于肋板所受剪力沿主梁跨长变化，间支梁端区段剪力较大跨中段剪力较小，故在梁端段竖向加劲肋布置间距较小，而在跨中段布置间距较大。本算例在主梁与主梁连接构造上考虑竖向加劲肋与上、下纵向联结系或横向联结系之间的关系。先按等间距(a=2m)布置竖向加劲肋，然后根据计算结果进行调整。将半跨主梁划分，以2m为单位的8个板段，根据直线内差法求各段中点处的剪力V，计算值如表211表211 根据直线内差法求各段中点处的剪力(单位：KN)板段编号12345672307.392061.361815.321569.31323.271077.242831.21457.68551.53445.38339.23

27、233.08126.93120.780加劲肋间距计算值2500264728203033330336614168实际值2000200020002000200020002000其中 按表中计算结果取竖向加劲肋间距a=2m进行布置满足要求。为了保证加劲肋不丧失局部稳定，如同受压翼缘一样，对其伸出肢的宽厚比应加以限制，除端加劲肋外，其伸出肢的宽厚比应不大于15，且其宽度不得小于，为腹板的高度 得 取每对竖向加劲肋绕腹板水平截面中线的惯性矩为 满足要求(3)竖向加劲肋与翼缘及腹板的焊接设计根据铁路刚结构设计规范(TB1002.2005)中规定：加劲肋与腹板焊接的焊缝的两端至翼缘角焊缝的距离为90mm加劲

28、肋与上翼缘相连的焊缝其端头至翼缘角焊缝的距离为70mm。依据以上尺寸可以得出竖向加劲肋切出的斜角边长为，如图2119070图211 加劲肋焊接尺寸(单位：mm)(4)端加劲肋的计算由于板梁端部竖向加劲肋的主要作用是承受并传递支座反力，可采用一对较厚的板做成，取=180mm，mm，(满足)中心受压杆件验算端加劲肋在垂直于腹板平面的稳定性根据主梁1/4处的横载及活载共同作用下产生的弯矩求主梁A端的最大支座反力：由式查铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)表3.2.6得：,则：式中，支座最大反力；加劲肋的全部截面积加每侧不大于15倍板厚的腹板长度截面积；压杆容许应力折减系数。按长细比

29、查铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)表3.2.6求得，其中为自由长度，其值可取横向联结系上下两节点间距的0.7为计算截面绕x-x轴的回转半径算端加劲肋端部面积的承压强度同竖向加劲肋一样，端加劲肋切去斜角的尺寸也为90mm70mm，端加劲肋与下翼缘磨光顶紧的面积为：则： (不满足)所以，应把斜角尺寸改为90 mm50 mm。则： 满足要求式中，支座反力；端加劲肋与下翼缘磨光顶紧的面积；端部承压(磨光顶紧)容许应力。(3)端加劲肋与腹板连接焊缝计算由，得：式中，焊缝高度(亦称焊缝的计算厚度)；焊缝数目，如用一对端加劲肋则n=4；焊缝长度；焊缝容许剪应力。2.8 疲劳强度的验算根

30、据焊接结构的特性，现主要对下翼缘底面与腹板的焊接处进行验算。跨中截面下翼缘底面为拉应力最大处。则： (疲劳强度满足要求)式中，最大、最小应力，拉力为正，压力为负；疲劳容许应力幅(见铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)表3.2.7-1中的规定，这里取110.3)；双线桥的双线系数，见铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)表4.3.2，双线桥横梁及相应的挂杆和单线桥均取1；损伤修正系数(见铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)表4.3.5-1)；板厚修正系数，板厚mm，mm，。图 2-12 顶梁设计图(单位：mm)20030017447540200

31、402.9 顶梁的设计计算顶梁所用钢材仍选用Q370qE型号的一块钢板，板厚选用10mm，其余尺寸如图2-12所示(图中虚线与虚线的交点为安装螺栓处)。在距离左端200mm处设置一对竖向加劲肋焊接于顶梁板上，其尺寸为180mm10mm，在竖向加劲肋底部设置一块截面尺为180mm10mm的钢板。FNF1LF1F1Hx387Ty图 2-13 螺栓强度计算图(单位：mm)FNO顶梁与端加劲肋连接所用螺栓为35VB的高强螺栓，故螺栓的直径D=35mm。螺栓承压强度计算(如图2-13所示)：在通过螺栓组截面形心的力作用下，每个螺栓上所受的力相等，即： 将外力向转动中心点简化，得力和扭矩：在扭矩作用下，其

32、所承受的力与其到转动中心的距离成正比。 , ,， 根据平衡条件 ，得：将式代入上式，得：由此解出： 其中，； ； 。将以上这些数据代入得： 则由矢量相加可得螺栓1所受剪力为：所以，螺栓1剪切面上的切应力为： 满足要求式中，各个螺栓至O点的距离；螺栓的截面积。第3章 平纵联的设计和上承式板梁桥的倾覆稳定性计算3.1 平纵联的设计计算作用在上平纵联的横向力包括：列车、桥面、主梁上半部所受的风力，作用在下平纵联的横向力只有主梁下半部的风力。kN/mkN/m上平纵联斜杆的内力计算(斜杆内力影响线如图3-1所示)： m11y图 3-1 斜杆的内力影响线所以，斜杆的内力为：其他斜杆影响线类似，故其他斜杆的

33、内力大小见表3-1。表31 各斜杆的内力计算值斜杆(上)内力(KN)斜杆(上)内力(KN)平纵联中斜杆截面尺寸选择：依据铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)的规定，连接性杆件易采用Q345c工字型钢材。xy100174图 3-2 斜杆截面尺寸(单位：mm)从强度条件入手，初步拟定截面尺寸如图3-2所示，竖板2块：100mm12mm，腹板1块：150mm12mm。截面特性：mm2根据经验，杆件的净截面积大致为毛截面积的0.85倍。mm2mm4mm4mmmm刚度验算：自由长度：mm (是从相交点至杆端节点较长的一段长度) (满足) (满足)强度验算：对上下平纵联中所涉及的所有杆件

34、，只需验算内力最大的杆件即可，若其满足要求，则其余斜杆均满足。对下平纵联斜杆，其所受内力kN,则：疲劳强度验算：对于下平纵联斜杆： 满足要求3.2 上承式板梁桥的横向倾覆稳定性验算按铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)的规定，桥跨结构在计算荷载可能的最不利组合作用下，横向倾覆稳定系数不小于1.3，板梁桥的横向倾覆稳定性按桥上有车和无车两种情况验算。(如图33)3.2.1 板梁桥上有车时的倾覆稳定性由风力所产生的倾覆力矩：kNm由桥跨结构、车辆重产生的稳定力矩：kNm稳定系数： (满足)3.2.2 板梁桥上无车时的倾覆稳定性稳定系数： (满足)式中，主梁所受的风力；桥面所受的风

35、力；车辆所受的风力，合力作用于3m高度火车风带上，作用点位于轨顶以上2m；横载重；空车重量(10kN/m)。G2m3m图 3-3 板梁桥倾覆稳定性验算示意图列车P结 论经过两个月的时间终于完成了对跨径为28m的简支钢板梁的设计，通过对主梁的计算及平纵联的设计和上承式板梁桥的倾覆稳定性计算对简支钢板梁的整体组成和其各个组成部分的受力情况有了更为具体和准确的了解。经过对本桥的设计计算，首先：对钢板梁桥的空间受力结构有了更好更为准确的理解；其次：把以前所学影响线计算内力的方法由理论变为实践；再次：对某些铁路规范有了更为具体的了解；最后：通过这次设计把以前所学的知识进行了一次综合应用，提升了自己各方面

36、的综合能力。致 谢忠心的感谢在本设计中学院领导、各科老师以及同学们的大力支持和热情帮助，最后特别感谢指导老师向敏精心指导和热心的帮助。参考文献1 铁路桥涵设计基本规范S002 .1-20052 铁路桥梁钢结构设计规范S002 .2-20053 钢结构设计规范S0017-20034 李富文，伏魁先.铁路钢桥M.中国铁道出版社，1992(2)5 陈绍蕃.钢结构M.西安建筑科技大学6 向敏. 桥梁工程下M.中国铁道出版社，20077 沈祖炎.钢结构设计原理M.中国建筑工业出版社8 李廉锟.结构力学M.高等教育出版社附录A英文文献(31-34)中文翻译(35-38)附录：C阶形法兰的侧向扭转阻力强度在

37、文章6.10.8.2.3中指出当放松长度包括一个转移过度截面，这个截面位于从支撑点起小于等于20%放松长度的范围内时，侧向扭转阻力强度（LTB）可以认为微小的转移过渡是不存在的。在超过一个过渡法兰的情况下，任何位于20%放松长度范围内的小的弯矩都可以忽略，并且棱柱的放松长度的侧向扭转阻力强度可以按存在截面的最小阻力强度计算。当所有的过渡法兰均定位于从支撑点起大于放松长度时，侧向扭转阻力强度可以认为是放松长度内的最小阻力强度。当这样的近似方法被应用时应注意：斜度弯矩修正值,，应当取1.0，并且不应按弹性有效长度来修正。实际的图样设计(在IE中的第2-2部分)，当过渡法兰因微小的弯矩移动到0.2倍

38、的时这个近似的做法将导致预测的侧向阻力强度出现重大的间断。在这个特殊的例子中，放松长度出现了一个增量,临近的支架的由17.00feet移动到20.00feet，一个基础法兰移动到离支架15.00feet的位置，这导致了侧向扭转阻力强度从68.19ksi降到57.11ksi（减少了16%）。为了确定该预测的弯曲抵抗的下落是否合理，一个更加严谨的在包含唯一的过渡法兰的放松长度之内的过渡法兰的侧向扭转阻力强度的方法被提出了。这个假设是有曾经试图证明一般情况的侧向扭转阻力强度的Carskaddan和Schiling在1974年提出的，这个报告的演算是根据以下公式： (C1)这里是一个对阶形柱体有重要轴

39、向弹性压缩的荷载。这个比率是由公式得到的，也就是由Carskaddan和Schilling在1974年提出的公式3，这个数字是由公式2进一步改编得到的，但是在国际上有所改变，这里： (C2) (C3)在第一部分，上述比喻栏是对应侧向扭曲压缩法兰，然而： (C4)根据公式（C1）压缩法兰在侧向扭转阻力强度跨步的放松长度和最大弯矩处加强，压缩法兰在最大弯矩处可用如下公式表示： (C5)这里梯度弯矩修正值，是根据文章6.10.8.2.3中假设放松长度是棱柱并且较大截面位于放松长度内，x是由公式C1近似的。如果可用，其他的可以用方程C5中得到的数值代替。Carkaddan和Schilling证明，方程

40、C5中的与其他计算相比是相对保守的。在存在轴向压缩的柱体或者是在轴向压缩的柱体端点有较大的抗弯矩强度的情况下X总是比实际值要小。实际弹性压力，位于放松长度内的较小截面。当实际弹性压力，达到最大弯矩位置时可以按以下公式计算： (C6)在方程C6的右端中括号中的式子是由放松长度内的弯矩和等效线性变化得到的。中括号中的表达式乘以，即是由放松长度内的弯矩经等效线性变化得到的。一旦实际弹性扭曲加强到相应力的比率确定在地点2且位于转移法兰的较小截面时，在上面地点中相应的值。可以按以下计算。如果 (C7)如果 (C8)如果 (C9)公式C7到C9是通过公式6.10.8.2.3-1至6.10.8.2.3-3中

41、侧向弯曲阻力强度中的比率（计算中Rb近似取1.0）。公式C7至C9给出与公式6.10.8.2.3-1至6.10.8.2.3-3中关于棱柱组合体均匀弯曲力矩的同样准确的计算结果。这些方程给出了一个保守的有代表性的在交叉部分的无弹性侧向扭曲阻力强度的放松长度的计算。这里的所有公式从根本上基于棱柱组合体中均匀的压缩法兰在阶形放松长度中不是沿着它的长度均匀增加的，但是到是相对稳定的无弹性的刚度的减小要比压缩法兰均匀减小要少。因为阶形棱柱的存在，较小的交叉部分将会在放松长度的中心地区出现显著的增加。为了确保阶形组合体经显著增加而提前达到最大的侧向扭转阻力强度的计算结果仍正确，公式C7到C9全都被应用与2和S中。这个