钢桥课程设计。
设计任务书。
土木工程系 2011 —2012 学年春季学期。
2023年7月2日。
1.1 设计题目。
简支上承式焊接双主梁钢桥设计。
1.1.1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+2×1.0m
2）设计荷载。
公路—i级，人群荷载3.0kn/m2~3.5kn/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 714-2008
q345qd的设计参数为：弹性模量es=2.1×105mpa，热膨胀系数为1.
2×105/°，拉、抗压及抗弯强度f=295mpa，剪应力fv=170mpa，剪切模量g=0.81×105mpa；
型号为a3，即q235qd，其技术标准应符合《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/m3
4）设计依据。
参考书：现代钢桥》（上册），吴冲主编，人民交通出版社，2023年9月第一版，p117~p163
钢桥》（第二版），徐君兰，孙淑红主编，人民交通出版社，2023年4月第二版，p9~p21
钢桥构造与设计》，苏彦江主编，西南交通大学出版社，2023年12月第一版，p12~p28
设计规范：公路桥涵设计通用规范》jtj 021-89
公路桥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24~25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1.2.10中的提高系数。
4. 荷载组合时，取用标准值。
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)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，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。
内部纵梁间距为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（）
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：
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。
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。
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。
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（）
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：
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。
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。
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。
中横梁跨径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）
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）
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