桥梁设计计算书.docx

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桥梁设计计算书

目录

一设计资料3

1.1桥址概况3

1.1.1气象资料3

1.1.2地震动参数3

1.2设计依据及技术标准3

1.2.1设计依据3

1.2.2技术标准3

1.2.3设计规范及规定4

1.3主要设计参数及指标4

1.3.1主要设计参数4

1.3.2主要设计指标5

1.4材料5

1.4.1结构用钢5

1.4.2高强螺栓5

1.4.3钢结构防腐涂装5

1.4.4支座6

1.5结构设计6

1.5.1桥跨结构及主桁形式6

1.5.2主桁杆件截面6

1.5.3桥面系6

1.5.4联结系7

1.5.5起顶点布置7

1.5.6防落梁措施7

1.5.7接触网支架7

1.6结构设计7

1.6.1静力计算7

1.6.2动力计算8

1.7钢梁制造、运输及安装8

1.7.1制造8

1.7.2运输8

1.7.3安装9

1.7.4钢梁制造、安装注意事项9

二建模过程9

2.1进行材料和截面特性设置10

2.2建立桥梁模型10

2.3加入边界条件11

2.4添加荷载11

2.5移动荷载分析11

2.6质量转换11

2.7分析控制12

2.8荷载组合12

2.9分析运行12

三图表13

3.1振型图13

3.2单元号图16

四验算17

4.1强度验算17

4.2稳定验算19

4.3疲劳验算23

一设计资料

1.1桥址概况

曲江大桥为玉溪至蒙自线的一座重点桥，桥址区曲江峡谷区位于红河哈尼族、彝族自治州建水县曲溪镇北东部，为线路必经之处，地形地质条件十分复杂。

本桥主桥采用95m下承式简支钢桁梁。

1.1.1气象资料

本桥桥址年平均气温约20℃；历史最高气温31.5℃；最低气温-3℃。

1.1.2地震动参数

根据2003年7月中国地震局地壳应力研究所所作《云南国际铁路通道昆河线玉溪南至蒙自北段工程场地地震安全性评价报告》，桥址地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱特征周期为0.40s。

1.2设计依据及技术标准

1.2.1设计依据

铁道部工程设计鉴定中心《关于玉蒙铁路曲江大桥有关桥式方案问题的复函》（鉴桥隧[2006]66号）。

1.2.2技术标准

1）线路等级：

国家I级铁路。

2）正线数目：

单线、直线、纵坡-4‰。

3）设计行车速度：

120km/h。

4）全桥位于平坡上，钢桁梁位于直线范围内，引桥最小曲线半径1200m。

5）牵引种类：

电力牵引。

6）桥梁限界：

桥限－2。

1.2.3设计规范及规定

1）主要设计规范

1．《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1－2005

2．《铁路桥梁钢结构设计规范》TB10002.2－2005

3．《铁路钢桥制造规范》TB10212-98

4．《铁路桥涵施工规范》TB1203－2002

2）参照规范

1.GB/T985-1988《气焊、焊条电弧焊及气体保护焊缝坡口的基本形式与尺寸》

2.GB/T1986-1988《埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》

1.3主要设计参数及指标

1.3.1主要设计参数

1.设计活载：

铁路单线“中－活载”。

2.动力系数

按《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1-2005和《铁路桥梁钢结构设计规范》TB10002.2-2005条办理，动力系数采用1+µ=1+28/（40+L）=1.209

3.制动力、离心力、列车横向摇摆力按《铁路桥涵设计基本规范》办理。

4.二期恒载：

二期恒载包括钢轨、枕木、护木、螺栓、栏杆等及桥面上设备重，取11kN/m。

5.人行道竖向静活载：

采用4.0kPa；设计主桁时，不与列车活载同时计算。

6.风荷载：

桥上无车时风荷载强度按W=K1K2K3W0计，桥上有车时按0.8W计，基本风压W0=500Pa。

7.设计温度：

最低温度-50C，最高温度+450C（根据气象资料数据，历史极端最高气温31.50C，多年极端最低气温-30C）。

8．地震基本烈度：

八度。

9.活动支座由于温度产生的位移按±25℃考虑。

10.桥梁主体结构钢材采用Q345qD钢，其基本容许应力：

轴向应力[

]=

=200MPa；弯曲应力[

]=

=210MPa；

剪切应力[

]=120MPa；弹性模量E=210GPa

由于板的厚度影响，屈服点有减小时，容许应力应按屈服点的比例予以调整。

1.3.2主要设计指标

（1）《铁路桥梁钢结构设计规范》规定，在中－活载静力作用下，梁体竖向挠度

限值：

。

（2）在列车横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，梁体的水平挠度应小于或等于梁体的计算跨度的1/4000。

减隔震支座。

1.4材料

1.4.1结构用钢

根据桥梁用钢的发展和《铁路桥钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）要求，结合本桥的具体设计情况，主结构钢材采用Q345qD，其技术标准应符合《桥梁用结构钢》（GB714-2000），实物交货技术条件见《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2－2005）附录A；其他作业通道、检查设备等辅助结构采用Q235-B.Z，其技术标准应符合《碳素结构钢》（GB700-88）规定。

1.4.2高强螺栓

工地连接采用高强度螺栓连接

主桁构件采用：

材料35VB；规格M27,φ29孔，10.9S符合《高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈和技术条件》（GB/T1228～1231-91）规定；设计有效预拉力290kN；设计抗滑移系数：

f≥0.45。

桥面系、联结系：

材料35VB；规格：

M24,φ26孔,10.9S符合《高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈和技术条件》（GB/T1228～1231-91）规定；设计有效预拉力：

240kN；设计抗滑移系数：

f≥0.45。

1.4.3钢结构防腐涂装

本桥位于云南省红河哈尼族、彝族自治州建水县，属山地气候，为了减小钢结构的腐蚀，延长钢结构的使用寿命，将采用长效防腐技术，使用年限为25年。

参照《铁路钢桥保护涂装》（TB/T1527-2004）涂装体系并结合桥址气候，考虑景观要求，本桥主结构采用防腐涂装体系为：

特制环氧富锌防绣底漆：

2道，干膜厚度2×40μm

棕红云铁环氧中间漆：

1道，干膜厚度1×40μm

JHRF氟碳面漆：

2道，干膜厚度2×30μm（工厂一道，工地一道）

纵梁上盖板应采用电弧喷铝200μm，环氧类封孔剂1×20μm，棕黄聚氨酯盖板底漆2×50μm，灰聚氨酯盖板面漆4×40μm（工厂二道，工地二道）。

结构各部位的涂装应严格按照有关涂装工艺的要求进行。

箱形杆件内部端隔板以外部分的涂装同上，端隔板以内的防腐采用封闭式措施，即端隔板的所有缝隙、孔洞需用HM106腻子封堵严密，以防水汽进入引起钢板锈蚀，该腻子必须有良好的粘结性能，抗老化性能，并且有一定的弹性及强度。

结构各部位的涂装应严格按照有关涂装工艺的要求进行。

1.4.4支座

本桥位于八度地震区，主桥采用双曲面

1.5结构设计

1.5.1桥跨结构及主桁形式

本桥为玉蒙铁路跨越曲江峡谷的一座单线大桥，主桥采用95m下承式简支钢桁梁。

主桥位于八度地震区，支座采用球形减隔震支座。

钢桁梁主桁结构形式结合跨度、线路高程、桥址地形、工厂制造、运输、安装、行车条件和维修养护等因素进行技术、经济综合比较而确定。

采用无竖杆平行弦三角桁，桁高12.8m，节间长度11.875m，主桁中心距为7.5m。

1.5.2主桁杆件截面

主桁上、下弦杆均采用H形截面，其宽700mm，高度为720mm，板厚20～36mm；腹杆除端斜杆采用箱形截面外，余均采用H形截面，宽700mm，端斜杆高700mm，余均为640mm，板厚20～32mm。

主桁节点板的最大厚度为32mm。

1.5.3桥面系

两片纵梁间距2m，纵梁高1480mm，采用工字型截面。

为减少与主桁弦杆共

同作用，每跨设置一套纵梁断开装置。

端横梁及中间横梁均采用工字型截面，横梁梁高1787mm。

1.5.4联结系

1．平纵联

上、下平纵联采用交叉式结构，其交叉斜杆采用2-□350×16mm，1-□288×12mm工字型截面，上平纵联横撑均采用2-□350×16mm，1-□288×12mm工字型截面；下平纵联横撑以横梁代替。

上平纵联节点板与主桁节点板为螺栓连接，下平纵联节点板与主桁节点板为焊缝连接，平联节点板两端头要求工厂焊后打磨匀顺并锤击，以减少应力集中提高疲劳强度。

2.制动联结系

根据纵梁断开位置设置制动联结系。

在两边各设1套。

3.桥门架与横联

端支点处两端斜杆平面设斜桥门架，采用交叉杆式，工字型截面，杆件翼缘宽350mm，杆件高度400mm。

顺桥向在A2、A4、A4’、及A2’处设置一道横向联结系，采用交叉干式，杆件翼缘宽350mm，杆件高度320mm。

1.5.5起顶点布置

为安装及运营维修的需要，端横梁两侧各设置2个起顶点。

1.5.6防落梁措施

本桥位于八度地震区，主桥均设置了横向防落梁措施。

1.5.7接触网支架

与电化专业商定，桥门架处设置接触网支架，其构造见电化专业设计图。

1.6结构设计

1.6.1静力计算

运营阶段各杆件内力均按弹性受力阶段确定，变形按毛载面计算，内力分析

按三维模型计算，假定主桁节点刚接。

计算荷载考虑了恒载、列车活载、制动力等。

计算时主桁杆件自重由程序自动计入，其余恒载按均布荷载输入。

列车活载由程序自动进行影响线加载。

计算出内力后检算杆件的强度、疲劳、稳定及刚度等。

主桁平面内杆件节点次弯矩较大，不同部位杆件节点次应力比例不同。

主桁大部分上弦杆由稳定控制，下弦杆主要由强度控制，腹杆由构造控制。

1.6.2动力计算

本桥采用桥梁专用分析程序MIDAS建立钢桁梁空间模型及主桥空间模型，进行动力分析。

钢桁梁第一横向自振周期0.58s，主桥的宽跨比分别为1/12.5，均满规范要求。

1.7钢梁制造、运输及安装

1.7.1制造

钢梁制造工艺及质量应符合《铁路钢桥制造规范》（TB10212-98）的要求。

本桥钢梁具有板件厚，杆件截面大，焊缝多的特点，因此工厂在制造中一定要优化焊接工艺，严格执行经

评定、审批的焊接标准及焊接工艺、探伤及机加工的精度要求，按设计要求做好打磨、锤击等工艺，确保质量。

弦杆和箱形斜杆的隔板焊接为隐蔽工程，在封焊最后一块水平板组成箱体前，需对焊缝进行严格检查，弧坑及超限的缺陷都必需修磨平整，方可封盖最后一块水平板，为防止端隔板的开裂，改焊封为胶封。

消除弧坑，修磨缺陷，平顺过渡和必要的锤击是提高焊接疲劳强度的要诀，工厂必需严格执行《铁路桥梁钢结构设计规范》TB10002.2－2005中规定的“加工及其他要求”。

本桥钢梁在制造完成后，应在全部试拼后方可发送工地。

1.7.2运输

本桥钢梁各节段划分以尽可能减少工地焊接、制造方便、便于运输及安装为原则，并结合结构自身特点设计，制造单位原则上按设计办理，若要调整节段长度等必须取得设计单位同意后方可实施。

施工单位根据各单元的尺寸、重量、运输条件，选择适当的运输工具，在运输过程中要注意对钢结构表面、高强螺栓的摩擦面等的防护，吊装时要正确使用吊具，严防钢结构发生扭转、翘曲和侧倾。

1.7.3安装

本次钢桁梁安装方案结合实际工期要求与桥址处施工场地的情况，以及目前施工的实际进度确定拼装方案为：

从主桥4、5号主墩对称悬拼，合拢4～5墩第二孔梁体后，第一孔与第三孔采用吊索塔架悬臂拼装。

吊索塔架高36m，吊索下锚点距支点55m，伸臂94m到达前方桥墩时吊索张力为6500kN/桁，具体步骤详见架设方案意图。

1.7.4钢梁制造、安装注意事项

（1）造前应对本桥所用不同材质的各种厚度的板进行化学成分、力学性能等指标复验，应满足技术条件。

（2）根据焊接接头技术标准对各种焊接接头形式进行工艺性试验。

（3）根据本桥设计的各类构件进行工厂设计制造。

（4）严格执行有关的制造工艺，做好放样、下料、机加工、焊接、钻孔、组装、矫正、试拼、涂装等工序，并针对本桥杆件的结构形式、构造细节编织制造工艺流程。

（5）采用精密焰切时应严格按照有关工艺要求及成熟的经验执行。

（6）钢桁梁施工时吊索架吊索的初张拉及伸臂过程中索力及杆力的大小，须随时进行实测校核与监控，以保证质量与安全。

（7）钢桁梁做好墩顶的布置及临时支座锁定，以及4、5号墩临时支座的设置。

（8）准备好钢梁的横移及纵移调整的设备并制定移梁与支座的调整程序。

二建模过程

利用MIDAS软件建立95m单线铁路半穿栓焊钢桁梁桥模型。

钢桁桥概况：

总跨度95米，梁高12.8米，共165个单元和391个节点。

2.1进行材料和截面特性设置

单击右键—材料和截面特性—材料—添加，设计类型为钢材，标准规范GB（S），数据库选Grade（3），然后点适用。

添加截面时，同样单击右键—材料和截面特性—截面—添加，截面参数如图纸所示。

2.2建立桥梁模型

点击右键，节点，建立，输入坐标0，0，0。

然后选中该节点，右键，节点，复制与移动，x轴方向距离11.875m，复制8次，所以桥梁总长度为95m。

然后建立单元，把九个节点相连，全部选中，右键，单元，复制，y方向距离为7.5m。

建立横梁，连接每个节点。

选上视图，选中上面的下弦杆，右键，单元，复制，y轴方向-2.75m，这里要选中分割单元节点。

同理选中下面的下弦杆，向y轴正方向复制2.75m，纵梁就建立完毕了，然后建立下平联，右键，单元，建立，把分割单元节点的对钩去掉，连接节点，然后选中建立的这个单元，右键，单元，分割，等间距分两份，连接中间的节点就可以建立下平联而且不与纵梁相交。

在建立单元的同时要记得赋予截面属性。

下面把纵梁激活出来，在每个节间分割下弦杆，从上视图中选中第一个节间上下两个单元，右键，单元，分割，选任意分割，距离写2.17708，[email protected]然后确定。

按照图纸连接这些节点，赋截面属性为平联。

选中这些平联，向右复制七次，间距为11.875m。

下面就是要进行单元分割，右键，单元，分割，选择被节点分割，在下面的框中点一下，然后一次点被分割的单元和节点，点适用就行了。

然后建立制动撑，赋截面属性。

至此下弦杆建立完毕。

右键，节点，建立，坐标为11.875/2，12.5，0确定。

选中这个节点，向右复制七次，间距为11.875m。

连接各个节点，为上弦杆，然后在从侧视图中建立腹杆，给上弦杆和腹杆赋予截面属性，选中上弦杆和腹杆，y方向复制一次间距7.5m。

侧视图选中上弦杆并激活，从上视图建立上平联。

点击消隐，看看工字钢是否需要旋转，发现上弦杆，腹杆，下弦杆需要选中并旋转90度。

最后建立桥门架，这里要用到用户坐标系，否则复制的节点不能确保在单元上，建立好桥门架之后，选中，并向右复制两次，间距为35.625m。

同理在右边也建立桥门架，向左边在复制两次。

赋予截面属性。

点全部激活，到此为止，模型就已经全部建立完成了。

最后的节点数为165，单元数为391。

2.3加入边界条件

点右键—边界条件—一般支撑。

节点10选D-ALL，节点18：

Dy和Dz，节点1：

Dx和Dz，节点9：

Dz，然后关闭。

2.4添加荷载

1）打开菜单栏中的荷载，选择静力荷载工况。

输入名称分别为自重，二期恒载，风荷载，其类型均为用户定义的荷载。

2）打开荷载中的自重选项，在自重对话框中自重系数一栏中z为-1，单击添加，关闭。

3）打开荷载中的连续梁单元荷载，在梁单元荷载对话框中荷载工况名称选择二期恒载，w值为-4.0，将其添加到纵梁和横梁单元上。

单击关闭。

4）选择左视，将右侧单元激活出来，右键，打开荷载中的连续梁单元荷载，在梁单元荷载对话框中荷载工况名称选择风荷载，方向选择整体坐标系y,w值为0.2，将其添加到每个梁单元上。

单击关闭。

2.5移动荷载分析

1）打开移动荷载规范，选择china。

2）打开移动荷载分析中的车道对车道进行定义，单击添加，命名车道名称，将桥梁跨度设置为10000m，将车道添加到纵梁上。

建立两个车道。

3）打开移动荷载分析中的车辆对车辆进行定义，单击添加标准车辆，在定义标准车辆荷载对话框中，规范名称选择中国铁路桥涵荷载（TB10002.1-99），车辆荷载类型为CH-NL,单击确认。

4）打开移动荷载分析中的移动荷载工况，单击添加，在移动荷载工况对话框中输入荷载工况名称，组合选项为组合，单击添加，在最大加载车道数处输入2，在子荷载工况对话框中将车道列表中的车道名称添加到选择的车道方框中，单击确认，在移动荷载工况中也单击确认。

2.6质量转换

打开模型下拉菜单中的结构类型，选择按集中质量法转换。

打开模型下拉菜单中的质量，选择将荷载转换成质量，在将荷载转换成质量对话框中选择荷载工况为二期恒载，单击添加，确认。

2.7分析控制

1）打开分析下拉菜单中的特征值分析控制，在特征值分析控制对话框中选择振型数量为5。

2）打开分析下拉菜单中的移动荷载分析控制，在移动荷载分析控制数据对话框中杆系单元内力;冲击系数中规范类型为其他规范，跨度计算方法为按定义车道时输入的跨度，桥梁类型为钢材，单击确认。

2.8荷载组合

打开结果下拉菜单中的荷载组合选项，在荷载组合对话框中选择钢结构设计，将自重，二期恒载，风荷载和车辆荷载进行组合。

2.9分析运行

打开分析下拉菜单中的分析运行就行运行分析。

三图表

3.1振型图

图1计算模型图

图2第1阶振型图

图3第2阶振型图

图4第3阶阵形图

图5第4阶阵形图

图6第5阶阵形图

3.2单元号图

图7上弦杆及上平联单元号（一半）

四验算

4.1强度验算

强度计算公式为：

式中：

-----验算截面上的计算截面轴力，弯矩；

-----验算截面计算截面毛面积；

-----验算截面计算截面抵抗矩；

-----截面材料基本允许应力。

纵梁部分的强度验算结果见下表

表4-1纵梁主力强度验算表

截面

单元

荷载

轴向

（kN）

弯矩-y（kN*m）

弯矩-z（kN*m）

面积（m²）

Wy

Wz

max（M/W）

（kPa）

[N/A]

（kPa）

计算应力

（kPa）

纵梁

389

组合一（无风荷载）

124.356

396.318

7.068

0.031

0.014

0.001

29037.185

4063.935

33101.120

纵梁

189

组合一（无风荷载）

124.392

838.103

-1.564

0.031

0.014

0.001

61405.588

4065.113

65470.701

纵梁

190

组合一（无风荷载）

124.392

1008.790

0.372

0.031

0.014

0.001

73911.381

4065.113

77976.494

纵梁

191

组合一（无风荷载）

124.543

919.984

-0.27

0.031

0.014

0.001

67404.752

4070.020

71474.772

纵梁

192

组合一（无风荷载）

124.549

613.934

1.786

0.031

0.014

0.001

44981.321

4070.218

49051.539

纵梁

188

组合一（无风荷载）

124.879

143.190

6.305

0.031

0.014

0.001

10491.133

4081.013

14572.147

纵梁

46

组合一（无风荷载）

254.674

155.300

6.243

0.031

0.014

0.001

11378.437

8322.679

19701.116

纵梁

376

组合一（无风荷载）

254.210

590.450

1.496

0.031

0.014

0.001

43260.685

8307.505

51568.190

纵梁

375

组合一（无风荷载）

254.612

816.540

0.316

0.031

0.014

0.001

59825.706

8320.662

68146.368

纵梁

372

组合一（无风荷载）

254.887

821.986

0.124

0.031

0.014

0.001

60224.695

8329.626

68554.321

纵梁

328

组合一（无风荷载）

255.239

606.037

-0.69

0.031

0.014

0.001

44402.683

8341.138

52743.821

纵梁

39

组合一（无风荷载）

255.311

188.331

3.482

0.031

0.014

0.001

13798.487

8343.504

22141.992

纵梁

369

组合一（无风荷载）

736.074

193.236

3.508

0.031

0.014

0.001

14157.918

24054.721

38212.639

纵梁

367

组合一（无风荷载）

736.443

619.644

-0.85

0.031

0.014

0.001

45399.691

24066.762

69466.453

纵梁

365

组合一（无风荷载）

736.443

842.793

0.202

0.031

0.014

0.001

61749.185

24066.762

85815.947

纵梁

363

组合一（无风荷载）

736.497

847.484

-0.0634

0.031

0.014

0.001

62092.863

24068.531

86161.394

纵梁

361

组合一（无风荷载）

736.497

632.717

0.485

0.031

0.014

0.001

46357.463

24068.531

70425.994

纵梁

339

组合一（无风荷载）

736.181

211.222

2.264

0.031

0.014

0.001

15475.674

24058.192

39533.866

纵梁

359

组合一（无风荷载）

777.696

212.618

2.280

0.031

0.014

0.001

15577.934

25414.894

40992.829

纵梁

341

组合一（无风荷载）

778.120

637.723

-0.499

0.031

0.014

0.001

46724.266

25428.767

72153.032

纵梁

343

组合一（无风荷载）

778.120

856.566

0.12