桁架式钢引桥设计计算书

桁架式钢引桥设计计算书

市港航监督所港航工程股

二OO三年六月十日

一、设计资料：

1、引桥型式：桁架式。

2、跨度：30m。

3、设计荷载：①皮带机荷载3KN/m2；②人群荷载2KN/m2；③风雪荷载：

0.5KN/m2。

4、结构用材：①所有型钢：A3；②焊条：T422；③滚轮：ZG-35；④轮轴：45#圆钢。

二、结构选型及空间布置：

（一）主梁型式：因跨度达到30m，故采用平行弦桁架式双主梁。

（二）基本尺度：如下简图；

3.5m

4.5

m

12×2.5=30m

3.5

桥面系下纵联

1、桥长30m 是根据设计水位（枯水期）最大落差码头最前端至囤船间工作距离必须满足生产须要。注皮带机斜角≤20°

2、桥宽4.5m 是按800mm 皮带机双线作业最小宽度。

3、桁架高3.5m 是按1/8t-1/12t 之间取用，且满足净空工作要求。

4、桁架节间长度2.5m 满足三个条件：一是节间数为偶数，二是节间长为1/12t ，三是斜杆倾角35°~55°之间。 （三）、桥面系及格梁布置；

1、桥面系采用复式格梁构造，布置有纵梁和横梁，采用上平面等高连接。

2、拱梁为主承重梁，跨度等于两片主桁架之间距离4.5m ，纵向间距按主桁

架的节间长度2.5m 布设并支承于两片主桁架内侧。

3、纵梁为付承重梁，跨度为主横梁间距2.5.m ，水平间距按0.5m 等距布置。（四）联结系的布设；

1、下弦纵向联结系-------为增强钢引桥的横向抗扭强度，在两片主桁架下弦杆之间内布设下弦纵向联结系，成X 型交叉腹杆，简称下平纵联。

2、上弦纵向联结系-------为保证钢引桥工作状态下的上弦横向稳定性，在两主桁架上弦杆之间布设上弦纵向联结系，成X 型交叉腹杆，简称下平纵联。 （五）、本桥两端支座分别采用两种形式；靠囤船一端采用弧形滑动铰支座，靠码头一端采用有轨滚轮行走支座。 三、桥面系设计 （一）、桥面板

两纵梁间距m l 5.01= ，两横梁间距离m l 5.22=。 当355

.05.212>===

l l a

b 时，为单向受力板。 设板厚mm 8=δ时，则荷载4.130********.0?+?=?+=）（K ）g （g g 皮带机自重

=508Kg/m 2=508×10-4Kg/cm 2

由cm Kg gl m .88.155010508)125.0(125.02411=???===-表ββ 则cm kg m m m m x .94.75.0)1.1(5.011max =?=+=

.96.1196.01700

94

.766max

mm cm m ==?=

=

σ

δ即可。 考虑到该钢引桥主要用于化肥进出口，工作中腐蚀性较大，对面板锈蚀快，

B A

2.5m

故取用面板厚度mm m 96.16>=δ。 （二）、纵梁设计 1、内力计算；

纵梁上荷载主要由面板传来荷载及纵梁自重，当初选纵梁为Ⅰ16时；则

m kg g /7.2644.15.205.0508=?+?=。

由计算简图： m kg g /7.264=

m kg g t m .8.2068

5.27.2648122

max =?=

= kg g t Q 9.33025.27.26421max =?==

2、截面选择

)141(16.121700

8

.206][3163cm W I cm m W X =<==∑=

δ 注：m kg g mm d S I cm I cm W I X X X X /5.20,6,8.13,1130,141:4316=====。

3、截面验算； （1）、强度验算： 弯应力22max /1700][/67.14614120680

cm kg cm kg W M x =<===δδ。 剪应力22/1000][/96.396

.08.131

9.330cm kg cm kg d I QS X X =<=??==

ττ （2）、整体稳定性验算：因纵梁两端支承于主横梁并与主横梁上口平齐，且与6mm 的面板满焊，整体稳定性极好，故可省略不计。 （3）、挠度验算：

cm L f EI gt f 1250][0058.011075

101.2384250107.264538456424==<=??????==-。

B

A

2.5m

（三）横梁设计 1、内力计算

由纵梁支座传来反力kg R 75.6615.27.264=?= 转换成均布荷载 cm kg m kg g /26.13/5.13255

.075

.6611===

。 初选横梁为25I 自重 cm kg m kf g /535.054.534.1/1.382==?=。 人群及风雪荷载 cm kg m kg g /25.6/6255.2)50200(3==?+=。

cm kg g g g

g /05.20321

=++=∑。

作计算简图3 m kg g /7.264=

cm kg g t m .6.5075158

45005.208122

max =?== kg g t Q 25.45112

45005.2021max =?==

2、截面选择：

3253

88.40153.2981700

6.507515]

[cm W I cm

m W X =<===

∑δ

今选用

)

/1.38,8,

58.21,

54.5023,88.401(425m kg g mm cm S I cm I W I X

X

X X =====δ

3、截面验算 （1）、强度验算：

弯应力22max /1700][/85.126288.4016

.507515cm kg cm kg W M x =<===δδ。 剪应力22/1000][/31.2618

.058.2125

.4511cm kg cm kg d I QS X X =<=?==

ττ。 （2）、稳定性验算：考虑到横梁（25I ）上翼缘与纵梁及面板为同层满焊，稳

G=gBL

定性极好，方不予验算。 （四）、端横梁设计：

考虑到钢引桥施工过程中，从支墩上整体卸落时用千斤顶落梁，对端横梁产生局部集中荷载引起结构变形，故按千斤顶支于两端0.75m 处时的端梁强度是否满足工作要求。 1、千斤顶受力时简图

查港口设计规范，钢引桥自重2/2.0m t g =，（近似）

当桥宽m B 5.4=，桥长m L 7.30=（0.7m 为支座增长）时63.277.305.42.0=??=G 吨

每个千斤顶支承的荷载3.141?=G Q （不平衡系数）98.8=吨，则

=?=75.098.8M 6.75

[]5336.7510397.06410.881700

m

W cm cm σ?===<

采用25,410.88x I W cm =大于397.06，是安全的。 四、主桁架梁设计 （一）、计算简图

计算跨长：30L m =

节间长度： 2.5d m = 桁架高度： 3.5h m =

钢引桥自重

2.5×6×2=30/2

3.5m

桥面宽度： 4.5B m =

（二）、节点荷载

（1）恒载：引桥自重21200/g kg m = 产生节点荷载110.2 2.5 4.5

1 1.12522

p g dB T ??=== （2）皮带机荷载：22300/g kg m =

产生节点荷载：210.3 2.5 4.5 1.68752p T =???= （3）荷载作用代数和1 1.2p p ∑=?和2 1.4 1.344p ?=和2.363T=3.707T (三)杆件内力计算：（内图中受拉为正，受压杆为负）

（1）

桁架每个节点作用

力P 时的杆件内力

分配图

（2）内力组合：（将力P 代入分配图） 各个杆件内力计算结果见下表：

内 力 组 合 计 算 表

3.5m

(四)杆件截面选择

（1）上弦杆：查表最大内力为FG 杆的N=-47.67T 。 设60π=，查表0.842?=。

则[]3

247.671033.30.8421700

M

A cm ?σ?===?

今选用210010L ?的2238.633.3A cm cm =>（可行） （2）下弦杆：最大内力为fg 杆的N=46.33T 。 设60π=，d=1

则3246.331027.24[]11700

N

A cm σ?===? 今选用1002200L ?的截面积2238.632.37A cm cm =>（可行） （3）斜腹杆：当压杆A

B 的max

25.06N

T =-时

则：3

225.061017.5[]0.8421700

N A cm ?σ?=

==? 今选用210010L ?（与上弦杆同有利于制作）2238.617.5A cm cm =>。 当拉杆Bc 的max 20.50N T =时

则：3

220.501012.06[]11700

N A cm d σ?=

==? 1今选用2758L ?的截面积2223.012.06A cm cm =>(可行) (4)竖腹杆：当压杆Cc 的max 12.97N T =-时

则：3

212.97109.06[]0.8421700

N A cm ?σ?=

==? 今选用7528L ?的2223.09.06A cm cm =>（可行） （5）各杆件截的选择图（略） 五、纵向联结系计算

（一）下平纵联

1、风荷载 1201.4W K K W = 式中21201, 1.5,50/K K W kg m === 故21.41 1.550105/W kg m =???= 设迎风面

50%面积的风压作用在下平纵联上，则

11105 3.5183.75/22

Wh kg m =??= 转化成节点荷载1183.75 2.5459.38P kg =?=

若上弦杆失稳，则下弦产生的侧向节点荷载为2max 2%2%47670955.4P M kg ==?=。 2、则节点荷载121374.4P p p kg =+= 作用在下弦杆中的最大横向拉力为：

1/81231374.430

137444.5 4.52

M PL N kg B ???=

===? 对于下弦杆产生最大应力：

221374446330

1556.3/[]1700/38.6

kg cm kg cm σσ+=

=<=（满足）

3、考虑到下弦杆横向受力一旦失稳，不利整个结构安全，故在两桁架下弦仍设交叉腹杆来抵抗横向风荷载；其斜腹杆最大拉力为：

1115116.4

110.50.52260711303.722sin 4.5/6.73

P N kg d =?==?=?= 211303.7

6.65[]1700

N A cm d σ=

== 选用63L b ? 227.29 6.65A cm cm => （二）上平纵联：

计算方法与下平纵联相同（略） 选用L63?b 交叉腹杆。

六、挠度验算

1、作用荷载（验算荷载） （1）自重引起节点荷载1.125T (2)皮带机节点荷载1.6875T

11216

2812.5 3.85[]7.52.110400

P P S S P t S S t L f cm f cm EA A =∑

=?∑=<==?(满足) 七、节点连接焊缝计算；（略） 八、支座设计

（一）支座最大反力 max (1.125 1.6875)616.875R T =+?=

（二）弧面滑动支座；与囤船内弦钢牛腿接触最大挤压应力按下式计算

max σ=式中：弧宽212.5126,b cm =?+= 25γ=

则22max

3086.39/[]4000/kg cm jj kg cm σσ==<=

（三）滚轮支座

（1）滚轮采用ZG-35铸钢制作，法向容许应力2[]65/kg cm σ?= 径向承压应力按下式计：[]k k

P

d L σσ?=

≤ 式中：轮径：25cm ，轮宽16875

10.38;[]2565

K k P L cm d σ?=

==?仍采用25cm=K L (2)轮轴：采用45#圆钢，轴套为表铜套，容许压应力[]

[]P

g g dBLB

≤，式中25B K L L cm ==

故16875

3.375[]20025

B P d cm g LB =

==? 今采用10dB cm =