JTJ 025-1986(条文说明) 公路桥涵钢结构及木结构设计规范.pdf
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1、附件公路桥酒钢结构及木结构设计规范JTJ 025-86 条文说明前吉公路桥洒钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)是在1915年公路桥福设计规范钢结构和木结构的条文基础土修订而成,在规范的修订现明中已概略地介绍了修订的主要内容。由于钢木结构桥囊在公路上应用不多,从科研和实践中取得的资料也很少,所以这本规范沿用了过去的容许应力设计能.今后应开展钢木结构的可靠庭研究,将规范改用近似概率理论为基础的极限状态设计,以提高设计水平。为了使广大桥梁科技人员对规范条文有较深入的了解,在实践中总结经验和飘累资料,以便为规范的改造提出意见,特编写了这本规范条文说明。在编写的过程中,引用了国内外一些科研资料
2、,也许有理解不当之处,恳请读者批怦和指正。本说明提供规范以外的一些数据和方棒,不作为提计的依据,仅供工作时番考。本说明由以下同志执笔编写B钢结构第一节、第二节第三节、第四节第五节木结构曹先式郑绍垃苏兽根正越华、杨高中支通部公路规划设计院 73 目录第-章钢结构.川.川.川. 川. 川. 川.川.川.第-节A总a刷.川.川.川.川.川.川.川.川. 75 第二节一般规定. . 76 (l) 材料.76 (JI 材料的容许应力及其提高系数.78 (11 1) 横向刚度与抗倾覆稳定蕉数.82(JV) 结构内力计算原则和构件的基本计算公式.83联合,艇庭. 川.川.川. 川. . 川.叫.川.川.川.
3、 墨叫. .0. . . 川川.0.154衔架. . .川川键.160(V 吊桥. .川.川川.170第二章木结构. . .吨73第一节一般规定.:t.川.178第二节构件的计算. 川.川.川.川.川.川. 川.川.川. 川.川.川.川.川.川. 川.川.川.川.川.190第三节构件连撞和t讲+算川.川. 川. 川. 川. 川. 川. 川.川. 川川.193第四节木桥的构造和计算川. .198 附录开口式主忻或主梁的自由长度计算.199第-章钢结构篇-节总则篝1.1.1艇本章杂文主要是根据我国建桥生产实践经验编写的。对于踌径为50m以下的板梁和联合梁,蹄径112m以下的桂焊梁,踌径200m以下
4、的吊桥以及临时性结构等,采用本规范选行设计是适宜的。对于豆大踌径或特殊型式的桥梁结构,应作专门研究。第1.1.3民钢结构设计时,应全面考虑,统筹兼顾,既要验算桥梁在运营状态下结构的强度及稳定,又要考虑构件在架设过程中的受力情况。同时,还要结合工厂制造工艺和接备,设计构件形式及结构细部,应以易于制造加工和方便运输架设为准。构件形式、节点lt连接布置等尽可能标准化,使同类型构件在跨径相等或相近的其他桥上能互换通用,以减少钢材规格和构件类型。篝1.1.4条桥梁结构应优先考虑采用栓焊结构,即构件般宜采用工厂焊接、工地拼装果用高强度螺捷连接的方式。第1.1.5艇为保证结构在外力作用下不载有过大的变形,桥
5、梁设计要对其竖向刚度加以验算。衡量竖向刚度的标志是挠度。挠庭分为结构重力挠度与静活载弹性挠度,前者是结构重力所引起的竖向变形,后者是由静活载所引起的竖向变形,且当静活载离去,后者变形捎失。结构重力挠度一般由施工预拱度来消除。桥梁的静括载弹性挠度必须有所限制,因为z-、挠皮大,杆件变形大,因而构件的改应力犬。二、挠度大,在桥梁上形成凹形坚曲线,尤其在多蹄桥面上形成披浪起伏,高速行车会引起颠簸和冲击。 75 三、挠度大,上部结构在端部转角大,各跨邻接处的桥面会突然隆起,易受到行车的冲击,破坏伸缩缝及两端的桥面,不利于行车和养护。本条所列容许弹性挠度是参考国内外资料并结合以往设计经验以及结构的性能而
6、分别规定的。悬臂梁的悬臂端容许挠度值较简支或连续的析架、板梁放宽了许多,这是因为在悬臂端与挂梁衔接处挠度曲线的切线方向-致,而简支梁在支点处相邻两黯挠度曲线的切线方向相反。吊桥的最大弹性挠度在踏度1/4处,当车辆荷载仅在左半孔肘,左孔1/4处向下挠度值最大,右孔1/4处向上挠度值最大,当车辆仅在右半孔时则反之。计算挠度值应为其正负挠度的最大绝对值之和。第1.1.6条桥梁上部结构设置预棋度是为了补偿结构重力挠度,同时要求在无荷载时仍略有拱度,以增加舒适感和美观,所以采用结构重力挠度加1/2静活载挠度。对于连续梁的预拱度,应在结构重力作用下足以抵消结构重力产生的挠度,使桥面保持平顺。篝1.1.7来
7、钢梁在安装或支座维修时,常需将梁顶起,故在操端或架中应预设可供超顶用的附属结构如牛腿、顶梁等。考虑到顶起时着力的不平衡及其它偶然因素,起顶结构应按顶起重量超载30%验算。布置千斤顶位置时,需考虑更换支座等必须的操作净空。连续果各支点起顶高度不同时,起顶中应考虑支点反力变化对主椅主梁杆件的影响。第二节-般规定(1)材料第1.2.1条制做公路钢桥主体结构使用的钢号,常见的有16Mn普通低合金钢和A3普通碳萦结构钢。16Mn钢具有强度高, 76 塑性、韧性比较适宜和可焊性能良好等优点。但16Mn钢强度较高这特点,在受戒劳、稳定等控制的构件中,以及用于临时修复、施工架设设备和加固构件等,往往得不到发挥
8、,此时采用A3钢具有更好的技术、经济效果。支座通常承受较大的冲击力,采用强度较低、塑性和焊补性能好、制造工艺简单的铸钢ZG25II比较适宜。如生产单位具有浇铸、焊补的经验和手段,亦可采用铸钢ZG3511或ZG45II。关于辘轴,为了与铸钢ZG25II配套起见,辘轴选用35号锻钢。5号锻钢因其热处理工艺及其相应的机械性能缺乏可资遵循的标准,故予删除。第1.2.2条高强度螺栓用的钢号现增列了20锺铁珊(20MnTi酌,该钢号作为高强度螺栓专用钢是可靠的,较之45号钢和40珊(40B)钢优点多,不易产生延迟断裂,其强度级别与40珊相同。制造高强度螺拴用的40砌钢,困在实践中曾发现螺栓经热处理后,有的
9、迫不到规定的机械性能要求,因此,规范要求除按冶金工业部现行的合金结构钢技术条件验收外,热处理后的机械性能还应符合现行的国标钢结构用高强度大六角头螺栓技术条件的各项有关规定。锄钉采用普通碳亲结构钢,是因为它的塑性能够适应连接的要求,故锦钉所用的材质仍推荐常用的柳螺2(ML2)号钢。当使用普通低合金钢作为基材,而连接柳钉仍用强度较低的拂螺2号钢,这似不相称,连接处会因布置柳钉较多而使节点过于庞大。但考虑到今后锄接结构终将被栓焊结构所代替,目前只是过渡阶段,因此没有要求用强度更高的钢材制造柳钉。第1.2.3来自动焊或半自动焊用的焊丝、焊剂和手工焊用的焊条,可参照铁路钢桥制造规则的规定进行试验及鉴定。
10、第1.2.4条由于本规范仍采用容许应力战计算,故给出了钢材的弹性模量,并沿用旧规范的数值,即E取2.1x 105MPao 剪切模量G=动可 77 泊桑比郎。.3时,则2.1 X 106 = 0.81 x 106MPa Z( 1 + 0.8) (11) 柑料的容许应为及其提高数篝1.2.5黛各种材料的容许轴向拉、压应力的选定,均以屈服强度为依据,即以屈服强度除以某一安全系数儿安全系数h系由材料的匀质系数、超载系数和工作条件系数三者综合而成。低合金钢的句质条件系数为270/340= 0.8,超载系数,对结构重力为1.1-1.5,对汽车荷载为1.4,综合约为1.35,工作条件系数一般靶,则htrx1
11、35问1.7,所以取用1.1为计算基础。以16Mn钢为例,当屈服强度.= 340MPa时,则轴向应力E)= a./1e = 340/1.7 = 200MPa。对于锦件,由于未经热轧,均句性较差,因此取较高的安全系数1.85。例如锦钢(ZC25),屈服强度.=240MPa,则轴向应力C)= 240/1.85 = 180 M Pa 规范未列。钢材的容许剪应力,系根据试验以及最大能量的强度理论决定的,直接受剪强度为轴向受拉强度的0.577倍,故近似地取用。.6(a)o钢料端部在互相顶紧的接触面处,由于局部塑性变形,扩大了接触面棋,相当于提高了钢材的承压应力,因此取轴向容许应力的1.5倍,即用1.5(
12、)0紧密接触的承压应力,以往V 采用轴向容许应力的0.75倍,这圄1.2.5摇密接触承压应力图 i8 是基于枢轴上下接触面完全密贴的假定推导出来的。要达到完全密贴是不可能的,实际上只能在圆周1/4的范围内密舍。如假寇应力按余弦曲线变化图1.2.的,则=皿axC082伊当=0,=皿ax =:t丁一,(1= 0 91IJ dV=CO时.Ld8以rdrp代ds,maxc082伊代dV=maxrLC082伊C08伊d伊则伊J皿回mv . o e 伊-4 . 。 一-64ya ,EZEJ L T X . 四 = V JU ra-d V=皿axrL+siwjT = 0.47maxDL . . 旦一0.47
13、DL 故采用。.5倍的轴向应力。例如,ZG25与枢轴相接触时,容许的局部承应应力为130x0.5 = 65MPaO 自由接触的承压应力系指两个以点或钱相接触处的局部承压应力,用直径平面上的平均应力来表示,参考苏联(:CH200-62 规范,它为两接触钢材中强度较低的钢材的容许轴向应力的0.04倍。例如,ZG25与其它强度较高的钢材相接触时,容许的自由接触承压应力为130x 0.04 = 52MPa,采用50MPao节点销孔的孔璧承压应力相当于端部承压应力,故取容许轴向应力的1.5倍。当钢材承受弯曲作用肘,边缘纤维应为最大,它比其他任何 9 部位的纤维早达到屈服强度,井出现局部塑性变形,而中间纤
14、维仍为弹性变形阶段。若再继续增加荷载,截面将全部达到屈服强度而进入塑性变形阶段,即所谓极限状态。由于钢材的塑性变形,使破损荷载增大,也就是受弯时的弯曲应力可以提高。一般受纯弯的梁,大多作成I字形截面,弹性工作状态截面抵抗矩为W,塑性工作状态为1.17W,若取弹性变形与塑性变形两阶段的W+1.17W 平均值,则截面抵抗矩为=1.085W,为偏于安全2 取1.05W,即本规范所规定的弯曲应力可按容许轴向应力的1.05倍计。第1.2.6条高强度螺栓的容许承载力取决于z螺栓设计预拉力P,钢材接触表面的摩擦系数。关于螺栓设计预拉力P,方面与所用的材质有关,另一方面也与螺栓直径有关,直径大预拉力也大,直径
15、小预拉力也小。但是,顶拉力的形成是通过强行旋转螺母而取得的,过大的预拉力将给螺栓和拧紧螺栓的工具带来困难,所以常用的螺栓直径为中20-中24,以中22居多。根据国标(GB)1231-76规定的钢结构用高强度大六角头螺栓技术条件,以40B钢作成的高强度螺栓,经热处理后的抗拉极限强度为.= 1040. 1240Njmm2,取假想屈服点为0.90肘,晰地得C=1+MjLVW2 构件腹板截面剪应力如果分布不均匀,由于最大剪应力她的邻近纤维对腹板屈服起着阻碍作用,故容许应力应乘以增大系数0.0对于矩形截面max与勺的比值为1.5,0取1.25,对于I字形截面,飞主值随着翼缘面积与腹板面积之比的增大而有所
16、减小,一般在1-1.5之间变化,为偏于安全,取其平均值号三=1.25肘,JtL=15时,=1.叫1.251.25)。、毡,第1.2.16条细长的受压构件,其破坏常常不是因为强度不够,而是由于纵向弯曲变形过大失去稳定所致。轴心受压抨件的纵向弯曲系数轧的确定.主要有三种理论,今以两端镀接抨件为例,介绍三种理论的差别。1.压攒理论以有缺陆初弯曲及偏心所形成的几何缺陷及残余应力的实用钢压杆为分析对象,将其荷载P与抨中挠度?/o之间的关系曲线求出,此曲线顶点所表示的最大荷载称为压溃荷截见固1.2.16-1中的PA),并用以表示压杆承载力。这是较接近于实际情况的一种理论。2.压屈理论以没有几何缺陷的理想钢
17、直杆为分析对象,将其开始以微屈形状平衡所承受的轴向荷载求出,此称为压屈荷载见图1.2.16-1中的PB),并用这一荷载作为表征杆件承载力的种指标。3.纤维屈服理论以有明显屈服点的材料所制成的有几何缺 8S 陷但没有残余应力的杆件作为分析对象,推算它在轴向荷载下的最大纤维压力,将最大纤维应力刚达到屈服点时的轴向荷载在圈1.2.16-1中以Po表示其位置取作表征杆件承载力的一种指标。P B P Y.视自矢度Y.轩锐司E国1.2.16-1压楠、压剧、纤维屈服街载1975年出版的公路桥洒设计规范是依压清理论确定今1值。当时所依据的主要试验成呆、计算方法庭采用压愤理论的理由,详见铜压杆的承载力(铁道出版
18、社1980年版一书。在这次修订规范中,根据铁路桥桶设计规范编制了一个可以同时计入偏心、初弯曲、珑余应力和横向荷载影响且适用于H型及箱型截面压抨的压搅荷载计算程序。在计算本条所列的数据时,采用的截面残余应力如圄1.2.16-2所示圈中以引表示屈服点,+表示是拉应力,-表示是压应力),所采用的偏心及初弯曲值为k45, 8c = O.OOlL, 45, eo = O.008b, 式中eo一一偏心距,ec-一初曲矢度,b一一截面高度, 86 eo = O.OOlL L一一杆件长度。在导出中c关系后这里的A是长细比),为使线型适顺违续,曾做了少量调整。上述程序及说明见西南交通大学学报1981年第3期所刊
19、载的关于铁路钢桥压抨容许应力的修订一文。口问白了什土豆吼叫-MJ吨山同图1.2.16-2日形及箱形截面残余应力费或压弯抨所用的纵向弯曲系数仇,是按照弹性稳定理论,取措梁弯矩圄呈矩形的构件所推得的Mcr再折合为压轩长细比Ae,由规范杂文中表1.2.16-2查得。按一般的弹性稳寇理论,其Mcr可写作z/El y( h/2)1 Mcr=丁JEIyGJD J1+p.GJD =fEK-/OJDlZ4 2l划rr.Elyh2品式中E、G一一弹性模量及剪切弹性模量,ly一一梁截面对弱轴在弯矩作用面内的形心轴的惯矩,Jo一一截面抵抗自由扭转的常数st一一构件按其受压翼缘支撑点阔的距离计算的自由 87 长度,在
20、正常情况,这一长度较短,而位于这长度范围内的杆件弯矩固和矩形相近,h-一上下翼缘形心间的距离。当用Ix表示截面对强轴的惯矩时,受压翼缘形心处的法向Mor(k/2) 应力。r= 1 x 。再令or和压杆的。r=ZE/.相等,就可将h求出如下zMcrh _ 1C2EI yhZ 1C2E -一or - 21 x一4L2Jx2 - ! - /d 刷了t寸式中2_代表Mor最后一式内的根式的倒数2一一规范所列系数,等于2日,若为焊接杆件,其每一翼缘往往是一块厚度较大的整板,这使JD较大,上述根式将大于1,。较小,今按自=0.9来推算,得=1.8.若为钢接杆,其每一翼捺往往由几块藩板组成,假使各薄板阔发生
21、少量滑动,其JD就应大幅度减小,为了安全,将自按1.0计,得=2.0。果用这-换算方怯,是假寇存在于梁中的盯和今正的间的比值和存在于压杆中的cr和中lC3的比值两者相等。压杆是全截面受压,而梁只是部分截面受压,且梁的压应力最大植只在局部发生,这-假定在本质上就有偏于安全的一面。若梁或压弯杆在受压翼缘不设支撑或支撑点较稀,则L较大,在L范围内的弯矩圈就不会是矩形其最大弯矩所占长度当显著小于L),这里所引用的Mor算式就低估了梁在总体失稳时所提供的抵抗力炬。对于中间不设支撑点的受弯杆,其两端往往不是简支,这也使L不应按其支点间全长计算。对于所说的这两种情况,规 88 范式1.2.16-4是偏保守的
22、,在确有理论根据的条件下,可以放宽。关于规范式1.2.16-3,这是一个交叉影响性质的公式。在用极限状态形式表达时,它是EP M 77+1-Lp.)MUQ.。式中P、M一一同时作用于压弯杆的轴向力和弯矩,PA一一杆只受压不受弯时的压栅荷载sMu-杆只受弯不受压时所能承受的极限弯矩,若受稳定控制,其值将是1Iz4zCa)Wm若稳定不控制,将是1I2C)Wm(也可以列入仇,但写明仇=1) , 112代表验算受压弯失稳所用的安全系数,P.-一杆在弯矩作用面内失稳时的欧拉荷载并不是欧拉荷戴和这里的稳定问题发生联系,而是因为欧拉荷载内El/l能代表杆件的弹性特征,引用人将可使弯矩增大数写成式中的那种形式
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