下承式鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化 (跨度64m)

1、武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）下承式鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化（跨度 64m） 交通學(xué)院專業(yè)班級： 工程結(jié)構(gòu)分析專業(yè) 0902班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：2013 年03 月01日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在年解密后適用本授權(quán)書2、不保密。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“作者簽名：導(dǎo)師簽名：2013 年 03月 01 日年 月日本科生畢業(yè)設(shè)計(論文任務(wù)書學(xué)生姓名： 周業(yè)超指導(dǎo)教師： 潘晉專業(yè)班級：工程結(jié)構(gòu)分析0902工作單位： 武漢理工大學(xué)設(shè)計(論文)題目: 64m）設(shè)計（論文）

2、主要內(nèi)容：本次畢業(yè)設(shè)計擬對某 64單線鐵路下承式鋼桁梁橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并采用目的。 64m,主桁中心距 Q345qD級鋼材，桿件間采用高強(qiáng)度螺栓連接。要求完成的主要任務(wù):1. 搜集、閱讀有關(guān)鋼橋資料（總篇數(shù)不少于15 篇，英文文獻(xiàn)不少于3 綜述及開題報告。2. 查閱相關(guān)設(shè)計規(guī)范，了解鐵路橋梁設(shè)計的方法及步驟，初步確定鋼桁梁橋的主桁結(jié)構(gòu)形式及總布置方案。3. 根據(jù)規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)載荷以及內(nèi)力計算，設(shè)計鋼桁梁橋的主要構(gòu)件（主桁、聯(lián)接系、橋門架等）尺寸，完成設(shè)計計算說明書。4. 采用有限元軟件對設(shè)計的鋼桁梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核，根據(jù)計算結(jié)果，優(yōu)化主要構(gòu)件尺寸，完成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算及優(yōu)化說明書。5. 根據(jù)有限元計

3、算的變形圖，對鋼桁橋進(jìn)行預(yù)拱設(shè)計。6. 采用 AutoCAD 繪制鋼桁梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，包括總布置圖、桿件截面圖及典 1 號圖紙 1 號圖紙 2 張。7. 10000 字的畢業(yè)設(shè)計計算說明書。8.翻譯外文文獻(xiàn)一篇，英文字符數(shù)不少于 2 萬印刷符（或翻譯后的中文不少于5000 必讀參考資料：1 年。2 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（ 2005年。3 年。4 5 徐君蘭編，人民交通出版社，1991 年。武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1、目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）鋼桁梁橋因跨越性強(qiáng)、受力性能好、施工工期短、行車平順、造型美觀而被廣泛采用。鋼桁梁橋的出現(xiàn)，既節(jié)省了資源和空間，也符合交通

4、運(yùn)輸?shù)男枰?。隨混凝土組合結(jié)構(gòu)共同工作、校核將成為今后公鐵兩用鋼桁梁橋的施工和設(shè)計中不容忽視的內(nèi)容。1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析在我國鐵路橋梁中，連續(xù)桁架梁橋得到了越來越廣泛的運(yùn)用，除著名的武埠港東約500 江橋于1943 年4 月竣工，全長946.21m，寬9.5m，共4 聯(lián)12 孔，跨徑94.2m。1053.5m ，正橋為 112m + 176m + 112m三跨單線連續(xù)剛桁梁橋，主桁采用平行弦菱形鋼桁架，鉚釘連接，桁高 20m ，桁寬 8m 。該橋采用兩岸懸臂拼裝，跨中合攏法架設(shè)，是國內(nèi)采用這種方法施工的第一座橋梁，1968年10月竣工。2.2國外研究現(xiàn)狀分析國外的公鐵兩用橋的建設(shè)發(fā)展速度也非

5、?？?，主要表現(xiàn)在：跨徑不斷增大，拿大魁北克公鐵兩用橋懸臂桁梁，主跨549m，還有早在1932 年修建的澳大利亞悉尼港拱橋，跨度503m，至今仍為世界上跨度最大的公鐵兩用鋼拱橋。已被橋梁工程師提上日程。日本的跨海工程本州四國聯(lián)絡(luò)線于20 世紀(jì)末完成;意大利計劃修建跨徑3300m 的墨西拿海峽大橋；日本計劃修建25003000m工程界提出了新的挑戰(zhàn)：在結(jié)構(gòu)上研究適合應(yīng)用于更大跨度的結(jié)構(gòu)類型 ;在結(jié)構(gòu)視空氣動力學(xué)、振動、穩(wěn)定、疲勞、非線性等的研究和應(yīng)用，這對我們研究鋼桁梁橋這種常見橋梁類型也有深刻的借鑒意義。本次論文設(shè)計鋼桁梁橋跨度 64m,主桁中心距 6.4m,論文內(nèi)容主要包括主桁、平縱聯(lián)、橋面系

6、、橋門架四個部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制主要結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，并用有限元軟件 Ansys化。為順利完成論文，主要按如下方案進(jìn)行;首先查閱資料，了解鋼桁橋的結(jié)構(gòu)特點和工作原理，掌握鋼桁結(jié)構(gòu)橋梁的計算設(shè)計方法；然后，根據(jù) 64 米鋼桁橋結(jié)構(gòu)手工估算內(nèi)力結(jié)果，并參考現(xiàn)有圖紙資料，初步擬定結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸；學(xué)習(xí)使用繪圖軟件 AutoCAD，并繪制主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計圖和主要節(jié)點詳圖；學(xué)習(xí)使用結(jié)構(gòu)分析有限元軟件，建立鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案及其設(shè)計圖進(jìn)行必要修改及優(yōu)化；最后編制畢業(yè)設(shè)計論文。3、進(jìn)度安排13 月 01 日至 3 月 15 日，查閱資料，了解鋼桁橋的常見結(jié)構(gòu)形式和各自特點，了解鐵路橋梁設(shè)計的步驟和需要滿足的要求，編寫開題

7、報告。2、3 月 16 日至 3 月 25 日，根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范，確定鋼桁橋結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件布置，進(jìn)行結(jié)構(gòu)載荷和內(nèi)力的初步計算。33 月 26 日至 3 月 31 日，根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求初步擬定構(gòu)件截面尺寸。44 月 01 日至 4 月 14 AutoCAD,并完成設(shè)計圖繪制工作。5、4 月 15 日至 4 月 28 日，學(xué)習(xí)用有限元軟件 Ansys進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算。6、4 月 29 日至 5 月 12 日，建立鋼桁橋有限元模型，計算結(jié)構(gòu)在最不利載荷作用下的的應(yīng)力和變形，校核結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。7、5 月 13 日至 5 月 26 日，根據(jù)有限元強(qiáng)度計算結(jié)果，對設(shè)計的構(gòu)件尺寸進(jìn)行必要修改和優(yōu)化，

8、繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，并編寫畢業(yè)設(shè)計論文。能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，同意進(jìn)入設(shè)計階段。年月日第 1 章緒論1.1 橋梁概述下三次飛躍： 世紀(jì)中葉鋼材的出現(xiàn)，隨后又出現(xiàn)高強(qiáng)度鋼材，是橋梁工程的發(fā)展獲得了第一次飛躍，跨度不斷加大。 世紀(jì)初，鋼筋混凝土的應(yīng)用以及30 年代興起的預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，的發(fā)展產(chǎn)生第二次飛躍。（3）20 世紀(jì) 50 年代以后，隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得人們可以方飛躍。橋梁與人類生活密切相關(guān)。沒有橋梁，我們的生活空間將大受限制，更不造的最古老、最壯觀與美麗的建筑工程，是一個時代文明與進(jìn)步的標(biāo)志。在人類遠(yuǎn)古時期，橋梁是人類為擴(kuò)大自己的活動范圍，克服自然障礙而最早建造的工程建筑。一般認(rèn)為，人

9、類是從倒下的樹干，學(xué)會建造梁橋；從天然的石穹，學(xué)會建造拱橋；從攀爬的藤蔓，學(xué)會建造索橋。也正因為如此，古代橋梁鏈橋，但它們的強(qiáng)度都很低、跨度很小、斷面偏大、外形敦實。到了近代與當(dāng)代，鋼、水泥、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土等人工材料在橋來等。這些都大大推動了橋梁技術(shù)的飛速發(fā)展。在公路、鐵路、城市和農(nóng)村道路交通以及水利等建設(shè)中，為了跨越各種障礙（如河流、溝谷或其它線路等）必須修建各種類型的橋梁，因此橋梁又成了陸濟(jì)損失價的 1020%。特別是在現(xiàn)代高級公路以及城市高架道路的修建中，橋梁位。1.2 世界現(xiàn)代橋梁的發(fā)展趨勢人 Freyssinet 于 1928 年提出預(yù)應(yīng)力混凝土的概念和設(shè)計理論（EUGEN

10、E FREYSSINET18791962 法國人、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)創(chuàng)始人20世界上半頁Dishinger 在 1938設(shè)必將迎來更大規(guī)模的建設(shè)高潮。 5 57 的橋梁；瓊州海峽跨海工程，海峽寬 20 公里，水深 40 米，海床以下 130 米深未見基巖，常年受到臺風(fēng)、海浪頻繁襲擊。此外，還有舟山大陸連島工程、青島至黃島、以及長江、珠江、黃河等眾多的橋梁工程。1668 286+3560+286 3300 使用壽命均按 200 376 60 1.24 45 2 個 5000 米的連續(xù)中跨及 2 個 2000 米的邊跨，基礎(chǔ)深度約 300 米。另一個方案是修建三跨 3100 米+8400 米+4700 米

11、的巨型斜拉橋，基礎(chǔ)深約 300 米，較高的一個塔高達(dá) 1250 米，較低的一個塔高達(dá) 850 米。這個方案需要高級復(fù)合材料才能修建，而不是當(dāng)今橋梁用的鋼和混凝土。具體來說，現(xiàn)代橋梁設(shè)計與技術(shù)的發(fā)展方向有以下幾個：1、跨徑不斷增大目前，鋼梁、鋼拱的最大跨徑已超過500m，鋼斜拉橋為890m，而鋼懸索橋達(dá)1990m。隨著跨江跨海的需要，鋼斜拉橋的跨徑將突破1000m，鋼懸索橋?qū)⒊^ 3000m。至于混凝土橋，梁橋的最大跨徑為270m，拱橋已達(dá)420m，斜拉橋為530m。2、橋型不斷豐富上世紀(jì) 5060 勁梁，技術(shù)上出現(xiàn)新的突破。所有這一切，使橋梁技術(shù)得到空前的發(fā)展。3、結(jié)構(gòu)不斷輕型化懸索橋采用鋼箱

12、加勁梁，斜拉橋在密索體系的基礎(chǔ)上采用開口截面甚至是板，使梁的高跨比大大減少，非常輕穎；拱橋采用少箱甚至拱肋或桁架體系；梁橋采用長懸臂、板件減薄等，這些都使橋梁上部結(jié)構(gòu)越來越輕型化。4.新材料的開發(fā)和應(yīng)用混凝土。5.重視橋梁美學(xué)及環(huán)境保護(hù)香港青馬大橋，這些著名大橋都是一件件寶貴的空間藝術(shù)品，成為陸地、江河、化別具一格的悉尼歌劇院融為一體，成為今日悉尼的象征。因此，21 世紀(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)必將更加重視建筑藝術(shù)造型，重視橋梁美學(xué)和景觀設(shè)計，重視環(huán)境保護(hù)，達(dá)到人文景觀同環(huán)境景觀的完美結(jié)合。1.3 橋梁的類別現(xiàn)代橋梁形式多種多樣。其分類方法也有很多，其中最常見的是按跨橋結(jié)懸索橋、斜拉橋等。此外，按照其結(jié)構(gòu)材

13、料分，又可分為木橋、圬工橋（含磚、石和混凝土砌塊橋）鋼筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋、鋼橋等。1.4 橋梁設(shè)計的基本要求與設(shè)計其它工程結(jié)構(gòu)物一樣，在橋梁設(shè)計中必須考慮以下各項要求：1、使用上的要求橋上的行車道和人行道寬度應(yīng)保證車輛和人群的安全暢通，并應(yīng)滿足將來要求。建成的橋梁要保證使用年限，并便于檢查和維修。2、經(jīng)濟(jì)上的要求橋梁設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的合理性。在設(shè)計中必須進(jìn)行詳細(xì)周密的技術(shù)經(jīng)濟(jì)間的運(yùn)營條件以及養(yǎng)護(hù)和維修等方面的問題。橋梁設(shè)計應(yīng)根據(jù)因地制宜、就地取材、方便施工的原則，合理選用適造價，而且提早通車在運(yùn)輸上將帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。3、結(jié)構(gòu)尺寸和構(gòu)造上的要求整個橋梁結(jié)構(gòu)及其各部分構(gòu)件，在制造、運(yùn)輸

14、、安裝和使用過程中應(yīng)足抵御地震破壞力的要求。4、施工上的要求以利于加快施工速度，保證工程質(zhì)量和施工安全。5、美觀上的要求一座橋梁應(yīng)具有優(yōu)美的外形，應(yīng)與周圍的景致相協(xié)調(diào)。城市橋梁和游覽地素，決不應(yīng)把美觀片面的理解為豪華的細(xì)部裝飾。1.5 鋼桁梁橋的主要特點以鋼桁架作為上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁稱為鋼桁橋。在各種建筑材料及橋面系組成。在桁架中，弦桿是組成桁架外圍的桿件，包括上弦桿和下弦桿，架；中、小跨度采用不變的桁高，即所謂平弦桁架或直弦桁架?；圃?，便于運(yùn)輸和工地安裝，易于修復(fù)和更換；鋼桁架結(jié)構(gòu)抗壓能力強(qiáng)，整體變化；鋼桁橋造價較高，因鋼材易于修飾，其養(yǎng)護(hù)費(fèi)用也較高；鋼橋采用明橋面時噪聲較大。1.

15、6 鐵路鋼桁架梁橋的連接件及桿件連接成鋼橋主體。史最長。鉚接是將半成品鉚釘加熱到10501150攝氏度，塞入釘孔，利用鉚釘 650750 攝氏度，用鉚釘機(jī)鉚合。常用的鉚釘直徑為 22mm 及 24mm。這種連接方式傳力可靠，但施工時既要鉆孔又要鉚合，費(fèi)時間，費(fèi)材料，對操作工人的技術(shù)要求高，操作中消耗體力大工作環(huán)境不好，噪聲大?？?，且可以改善工人的工作環(huán)境；但在野外高空作業(yè)時會受到一定的限制。 20橋梁中都采用了這種技術(shù)。條、溶劑。不同的鋼材要選用不同的焊接材料。焊接時所采用的電流、電壓的大種，即熔透的對接焊縫和不熔透的角焊縫。焊接方法有自動焊，半自動焊，手工焊。系數(shù)采用 0.45 剛強(qiáng)度螺栓的

16、安裝的方法很多，常用的是扭矩法擰緊工藝，即利的扭矩大小。的連接采用高強(qiáng)度螺栓1。1.7 鐵路鋼橋的發(fā)展情況中國橋梁在新中國成立以后出現(xiàn)了鋼橋的五個里程碑，1957 年武漢長江公 1-1 三聯(lián) 3128m 連續(xù)鋼桁橋。使鋼梁制造做到工廠化，標(biāo)準(zhǔn)化。圖 1-1 武漢長江大橋1696 年南京長江大橋公鐵兩用橋（圖1-2）的建成是第二個里程碑，正橋鋼梁全長 1576m，橋跨結(jié)構(gòu)為 128m 簡支鋼桁梁加三聯(lián) 3160m 鉚接連續(xù)鋼桁梁。技術(shù)進(jìn)入到了一個獨(dú)立自主的新水平。在 60 年代后期我國研究發(fā)展了栓焊鋼橋 13 種不同結(jié)構(gòu)型式的栓焊鋼橋 44 結(jié)束了全部鉚接鋼橋歷史。圖 1-2 南京長江大橋199

17、3 年九江長江公鐵兩用大橋（圖1-3）是鋼橋史上的第三個里程碑，正橋鋼梁全 1806m，橋跨結(jié)構(gòu)為栓焊，連續(xù)剛性桁梁柔性拱。2000 年蕪湖長江公鐵兩用大橋是鋼橋史上的第四個里程碑，該橋為主跨312m 的斜拉橋，主梁為鋼桁工藝、理論方面都達(dá)到國際先進(jìn)水平。圖 1-3 九江長江大橋我國首座四線公鐵兩用斜拉橋，其504m 主跨位居世界同類橋梁之首，大橋荷載也列世界第一。托起大橋主橋重量的兩座主塔均為國內(nèi)斜拉橋主塔中體積最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、荷載最大的主塔。其中 3 號主塔高 190m，連同樁基礎(chǔ)共用混凝土83200m 、鋼筋 17850t，建成后的荷載達(dá) 20000 t，均居世界同類斜拉橋主塔之3最。

18、承擔(dān)武漢天興洲大橋施工的是 50 年前修建萬里長江第一橋武漢長江大橋的3 號主塔封頂后，大橋施工將全面轉(zhuǎn)入鋼梁架設(shè)及斜拉索安裝階段。計大橋?qū)⒂?2008 年 8 月 31 日建成。國外的公鐵兩用橋的建設(shè)發(fā)展速度也非常快，主要表現(xiàn)在：跨徑不斷增大，拿大魁北克公鐵兩用橋懸臂桁梁，主跨549m，還有早在1932 年修建的澳大利亞悉尼港拱橋，跨度 503m，至今仍為世界上跨度最大的公鐵兩用鋼拱橋。1.8 鐵路鋼桁架梁橋的前景展望 20 世紀(jì)末完成;意大利計劃修建跨徑 3300m 的墨西拿海峽大橋；日本計劃修建 25003000m 紀(jì)淡海峽大橋。的挑戰(zhàn)：在結(jié)構(gòu)上研究適合應(yīng)用于更大跨度的結(jié)構(gòu)類型;在結(jié)構(gòu)理

19、論上研究更符程結(jié)構(gòu)的安全度更為科學(xué)和可靠。大跨度橋梁設(shè)計中，越來越重視空氣動力學(xué)、振動、穩(wěn)定、疲勞、非線性等的研究和應(yīng)用。我國 CAD 技術(shù)應(yīng)有進(jìn)一步的提高，在吸收、引進(jìn)外國軟件的基礎(chǔ)上，開發(fā)析、設(shè)計、能進(jìn)行人機(jī)交換、自動繪圖、甚至自動化的成套設(shè)計、計算、繪圖軟大跨度橋梁施工、運(yùn)營監(jiān)控成套系統(tǒng)測試設(shè)備與軟件。業(yè)也會達(dá)到一個新的水平，達(dá)到有創(chuàng)新、有國際競爭力的水平。1.9 設(shè)計主要內(nèi)容概述設(shè)計將要進(jìn)行的工作如下：計算鐵路荷載。確定主桁各桿件的計算內(nèi)力。根據(jù)主桁桿件的計算內(nèi)力，初步擬定主桁桿件的截面形式及尺寸。主桁桿件的連接設(shè)計及典型節(jié)點的設(shè)計計算。聯(lián)結(jié)系的設(shè)計。參考文獻(xiàn)1中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)

20、準(zhǔn). 北京：中國鐵道出版社，2005.2 中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（TB10002.5-2005）. 北京：中國鐵道出版社，20053 中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 北京：中國鐵道出版社，2005.4 中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).混凝土鐵路橋簡支 T 梁技術(shù)條件北京：中國鐵道出版社，2005.5 中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 北京：中國鐵道出版社，2002.6 范立礎(chǔ)主編. 橋梁工程. 北京：人民交通出版社，20017 橋梁工程概論（21 世紀(jì)交通版高等學(xué)校教材） / . 北京 ：人民交通出版社，2006.8鐵道專業(yè)設(shè)計院 編. 鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊鋼橋. 北京

21、 : 中國鐵道出版社, 20039 鐵道部第三勘測設(shè)計院主編. 鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊橋涵水文. 國鐵道出版社，198410 張士鐸，王文州著 . 橋梁工程結(jié)構(gòu)中的負(fù)剪力滯效應(yīng) . 北京：人民交通出版社 ，200411andDesign.TheArchitecturalPress，London ，1985.12 Protective provision relating to electrical safety and earthing.Railway Application-Fixed installations Part1，EN50122-1：199813 Baidar Bakht， Les

22、lie G. Jaeger . Bridge Analysis Simplified.McGraw-Hill Book Co. 1985.14WojciechRadomski.Bridgerehabilitation.ImperialCollegePress，2002.15 D.L. Narasimha Rao. Bridges and flyovers . Tata McGraw-HillPublishing company Limited .199116WojciechRadomski.Bridgerehabilitation.ImperialCollegePress，2002第 2 章

23、鋼桁架橋的總體設(shè)計下承式簡支桁架橋由五個部分組成：橋面、橋面系、主桁、聯(lián)結(jié)系和支座。用節(jié)點板連接，形成節(jié)點。由于節(jié)點的剛性，主桁架在受彎時，桿件將引起端部主桁。由縱梁、橫梁及兩縱梁之間的聯(lián)結(jié)系組成橋面系。主桁由上、下弦桿及腹桿組成。傾斜的腹桿稱為斜桿；豎直的腹桿稱為豎桿。由橫梁傳來的力，通過主桁傳給支座，再由支座傳給墩臺。鋼桁梁除承受豎向荷載外，還承受橫向水平荷載。在兩主桁弦桿之間，加2.1 主桁的結(jié)構(gòu)形式、基本尺寸及總體布置方案2.1.1 主桁結(jié)構(gòu)形式的選擇足橋上運(yùn)輸及橋下凈空的要求，而且還能節(jié)約鋼材，便于制造、運(yùn)輸、安裝和養(yǎng)護(hù)等。本次設(shè)計采用下承式簡支栓焊桁架橋，橋跨 64 米，屬于一中等

24、跨度（L=48米80 米）的桁架橋。此類桁架橋主桁的幾何結(jié)構(gòu)采用圖2.1 不用（b）式。這兩者不同之處是斜桿的方向。也正由于這點，在豎向荷載作用而圖式（a）的弦桿截面易于選擇，且較為經(jīng)濟(jì)合理。正因為如此，本次設(shè)計中其結(jié)構(gòu)簡單，部件類型較少，適應(yīng)設(shè)計定型化要求，也有利于加工制造與安裝。圖 2-1 主桁主要形式2.1.2 主桁的基本尺寸桁的中心距離。這些尺寸的擬定，對桁架橋的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。（一） 桁高考慮到經(jīng)濟(jì)桁高，簡支桁架橋的桁高可參考表 2.1。表 2.1 簡支桁架橋經(jīng)濟(jì)桁高公 路 橋平行弦桁架 多邊形桁架（1/5.51/8）L上承式(1/71/8)L(1/81/10)L（二）節(jié)

25、間長度考慮到我國鋼板等型材的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等因素，其節(jié)間長度宜取為 8 米。（三）斜桿傾斜據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗，斜桿軸線與豎桿軸線的交角以在 3050內(nèi)為宜。（四）主桁的中心距中心距還要考慮橫向傾覆穩(wěn)定性的要求，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)不得小于 1.3。我國鐵路從 1958 年開始制定自己的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，如下承式桁梁跨度有 48 米，64 米等三種，全部采用三角形桁架，桁高11米，節(jié)間長8 米，主桁中心距 5.75 米。提速后這些橋梁在貨物列車過橋時橫向振動激烈，橋梁的橫向剛度明顯不足，2000 年后主桁中心距改為 6.4 米。2.2 鋼桁橋的總體布置方案鋼桁橋的總體布置主要包括：主桁、上平縱聯(lián)、下平縱聯(lián)、橋門架

26、及中間橫梁。根據(jù)以上分析本次設(shè)計的鋼桁橋的總體布置如圖:圖 2-2 鋼桁橋總體布置圖第 3 章 主桁結(jié)構(gòu)計算與設(shè)計3.1 主桁桿件的內(nèi)力分析與計算3.1.1 恒載假定(p1)和橋面重量(p ) 。2故總共計算恒載1p (p p )（ 3-1）2123.1.2 影響線面積計算三角形桁架的桿件內(nèi)力影響線面積的計算公式列舉于后。1.上下弦桿內(nèi)力影響線如圖3-1（）圖 3-1（a） 弦桿影響線影響線面積：1 ll .(3-2)1 22 H2.斜桿內(nèi)力（包括端斜桿）影響線如圖3-1（b）圖 3-1（b） 斜桿影響線mnd11 mnd ml， .n1n2 n1 nsin1 md 1 .（3-3 3-5）(

27、3-6)2 n1 1 (nm2 d .2n1式中 -斜桿與弦桿之間夾角；d節(jié)間長度；n全跨節(jié)間總數(shù)；3.掛桿內(nèi)力影響線如圖3-1（c）圖 3-1（c） 吊桿影響線d4.支點反力影響線如圖3-1（d）(3-7)圖 3-1（d） 支點影響線l）23.1.3 列車豎向活載1.換算均布活載k換算均布活載 k 按影響線最大縱坐標(biāo)位置 a 值及加載長度 d 均布活載采用兩線活載總和的 90%;對受局部活載的桿件如豎桿、縱橫梁等，因 k 值取兩線活載總和的 部荷載的桿件除外)，按單線偏心加載，并用杠桿原理分配于兩片主桁。這是因為:在雙線鐵路橋上，兩列列車在橋上對開的情況較少，雙線加載的循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于制定疲

28、勞強(qiáng)度時所依據(jù)的 200 經(jīng)常出現(xiàn)的單線偏載考慮。2.沖擊系數(shù)(1+u)列車通過橋梁時產(chǎn)生各種動力作用，使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形比靜活載時增大。列車的主要動力因素有:(1)蒸汽機(jī)車動輪上的平衡重產(chǎn)生的周期性錘擊;(2)機(jī)車和車輛的輪對通過鋼軌接縫時的沖擊;(3)位于轉(zhuǎn)向架上的車體的振動;(4)橋上線路不平順及輪緣磨損引起的沖擊及因豎撓度引起的離心力;(5)輪對蛇形運(yùn)動引起的沖擊。上述因素中，可分周期的和隨機(jī)的兩類，現(xiàn)在很難在理論上作綜合的量的分析。橋規(guī)中的沖擊系數(shù)主要依據(jù)試驗資料得出。281 1（3-9）40l式中的 L 值(按 m 計):對主桁的主要桿件，取跨長;對承受局部荷載的豎桿及縱橫梁，取影

29、響線長度。3.活載發(fā)展均衡系數(shù)兩種:一是讓計算中采用的活載等級大于現(xiàn)在運(yùn)轉(zhuǎn)的活載等級，一是讓設(shè)計容許應(yīng)力低于實際能容許的應(yīng)力。在我國的鋼橋設(shè)計中一般采用后一種方法。3.1.4 主桁的主內(nèi)力計算主力作用下的主析桿件內(nèi)力計算：單線鐵路簡支栓焊析架橋，l =64m，設(shè)計荷載為中活載，主桁尺寸如圖3-2圖 3-2 桁架影響線1.恒載假定：參照已有設(shè)計，取主桁： m聯(lián)結(jié)系 m7.1 m m m橋面系高強(qiáng)螺栓檢查設(shè)備故每片析梁重=(14.2+2.8+7.1+0.5+1.0)/2= m橋面重(雙側(cè)設(shè)鋼筋混凝土人行道板) m（每片主桁）每片主桁所受恒載強(qiáng)度 p m 近似采用 p m2.影響線面積計算(1)弦桿

30、l l影響線最大縱距影響線面積y 12lH1 ly2A A1:l 161l 482y 16481.096411 0.2531 64(1.09)34.9m23A A3:l 321l 322 0.53232y 1.45564111 64(1.455)46.56m2l 81l 562 0.125E E0:2856y 0.6464111 640.6420.48m2l 241l 402 0.375E E2:42440y 1.3664111 641.3643.52m2(2)斜桿21 l1 l1113.611y 2ysin l11sin lsin13.611 l l )y l l )y221212l l18

31、l8y式中y y11l y8yl y l yy y11113.6 56 1.0811 64 0.125 y E A0: l 8l 562111 (856)1.0834.6m213.6 3213.6 242A E3:l 32l 24 y 0.618 y 0.46411 6411 644280.6184.57l 14.570.1250.4640.61836.573.43所以： l 84.573.430.12527.4311 (4.5732)0.618m21 (3.4324)(0.646)6.36m2(m13.6 4813.6 811 642AE1: l 48l 8y 0.93y 0.1511 64

32、2280.936.89l 16.890.1260.930.1554.891.11所以:l 86.891.110.1229.1111 m d 121 6 8 2 2 n1 271 (nm2d1 (862 8 mn1sin281225.43(m13.6 4013.6 16E A2: l 40l 16 y 0.773 y11 64 0.30911 6432280.7731 0.7730.3095.72l 5.720.1250.12545.722.28所以:l 85.722.28118.281 m d 11 5 8 22 17.66m2 n1 271 (nm2 d1 (8528 m2n1sin281

33、m（3）吊桿 d m3. 主荷載作用下的桿件內(nèi)力計算(1)求換算均布活載 k弦桿部分：93.4 0.25l 64m k 46.7A A :1 3)291.13 0.5A A ： l 64m k 45.552396.8 0.125l 64m k 48.4E E ： 20292 0.375l 64m k 46E E ： 22496.8 0.125l 64m48.4E A ：kkk 299.501 0.12554.89m49.73AE ：l 212150 0.122l 9.11ml18.28ml 45.72m752121E A ： 0.125k60.5223102 0.12551k 2105 0.1

34、2536.57m52.5A E ：l k234112.5 0.125l m56.25k 2119.4AE ： 0.500l 16mk 59.7211說明：A EA E3A E 與AE 相同2234411(2)沖擊系數(shù)2828弦、斜桿： 1 1111.271.540L40642828吊桿：1 140L4016（3）求桿件的恒載內(nèi)力及活載內(nèi)力 p k N Npk 。k3.1.5 橫向附加力作用下的主桁桿件內(nèi)力計算的內(nèi)力時，均應(yīng)計及。(一)橫向力作用下的平縱聯(lián)弦桿的內(nèi)力計算1. 計算圖式在計算平縱聯(lián)弦桿的內(nèi)力時，可將簡支析架橋的平縱聯(lián)當(dāng)作水平放置的簡支鉸接桁架來計算。如圖 3-2圖 3-2l 上弦兩

35、端節(jié)點間的距離l 。12. 橫向附加力的數(shù)值（1）橫向風(fēng)力:下承桁架橋的下平縱聯(lián)承受作用在下半個主桁架、列車般桁架型式，填充系數(shù)為 0.4。列車及橋面系的受風(fēng)面積按其側(cè)向面積計，分。 主桁部分風(fēng)力，0.5; 作用在橋面系及列車側(cè)面的風(fēng)0.2(從偏于安全方面考慮)。橫向風(fēng)力各等于風(fēng)荷載強(qiáng)度和受風(fēng)面積的乘積。橋上無車時，其風(fēng)荷載強(qiáng)度W按PaW時所用的風(fēng)荷載強(qiáng)度可按橋上有車時計。（2）列車橫向搖擺力:其沿橋每米的強(qiáng)度為 5.5kN/m。列車搖擺力對上風(fēng)力強(qiáng)度分別求出，用其較大者來計算。3.橫向力所生的平縱聯(lián)弦桿內(nèi)力以下平縱聯(lián)的弦桿 EE,為例。設(shè)作用在下平縱聯(lián)的橫向力強(qiáng)度為 對2 4 下荷載 對o點

36、的力矩Mo (用影響線面積法)，此力矩由兩側(cè)弦桿內(nèi)力N下所形成的內(nèi)力矩所平衡，即M N 由此得B0M N0B隨著風(fēng)向的改變，同一桿件的內(nèi)力可為拉力(正值)亦可為壓力(負(fù)值)。式中，B為主桁寬度。(二)橋門架效應(yīng)對于橋門架斜置的下承式桁架橋，上平縱聯(lián)所受的橫向力經(jīng)由兩端的橋門架傳至下弦端節(jié)點，使端斜桿和下弦桿產(chǎn)生附加內(nèi)力。下面說明此附加內(nèi)力值如何計算。計算時，把上平縱聯(lián)當(dāng)作簡支格架，跨長等于上弦兩端節(jié)點1間的距離l H l 上2上1W1是作用在橋門架上的水平力。橋門架的計算圖式是剛架，其腿桿(即主桁端斜桿)下端可假定為嵌固在下弦端節(jié)點。在水平力作用下，剛架作水平位移，如圖3-3所示剛架腿桿的反彎

37、點位置可按下式求得。c cll 2 2cl0l架在反彎點以上的部分為分離體。在水平力H力作用下，兩腿桿的反彎點處將產(chǎn)生水平反力和數(shù)值相等而方向相反的豎直反力 V。對任一反彎點取矩，H ll )即可將 V 值求出，即V W0B當(dāng)端斜桿產(chǎn)生這一附加軸向力時，相應(yīng)地在下弦端節(jié)點將產(chǎn)生兩個力和它相平衡，一是由支座承受的豎直力，一是由下弦桿承受的縱向水平力Nv，其值為N V cosw式中 主析端斜桿和下弦桿的夾角。圖 3-3下面按上述原理對本設(shè)計要求進(jìn)行計算 ：1. 求平縱聯(lián)弦桿的內(nèi)力(平縱聯(lián)圖式見圖 3-4)(1)風(fēng)力強(qiáng)度W K K K W1230V2式中W 現(xiàn)采用W 1250Pa00設(shè)K K K 1

38、123則W 1250Pa （無車時）橋上有車時W0.8W 0.812501000Pa 0.50.4H h3.0 1.04WH 11m。下w= 0.50.4113.0 下故)H 0.2(hW上0.50.4110.2(1.693.0)0.610002.76kN /m : 。 12369 A A 對oy481311 yl 948216m22M12.76216MN 93.2kN0B6.4W A A333216y 10.74811 yl 10.748256m22M12.76256N 110.4kN6.4W E E3021252y 9.756411 yl 9.7564312m22M15.5312N kN6

39、.4W E E4242846y 15.76411 yl 15.764504m22M15.5504N 482kN6.4W 11H l w = 482.7666kN22W1上c 8.04213.6 4.77ml2 28.0413.60H ll )66(13.64.77)V 0kNWB6.48.0 cos 91.1W53.6kN NV13.666HM (cl ) 3.27108kNmW22F0Mkl = 2Hh橫2M mW22k0h橫3.1.6 制動力作用下的主析桿件內(nèi)力計算圖T o及T)2T hM2圖M E A 及E E 則0101I l1E A M M 1I l011I l2E E M M 2I

40、 l012T的 下面按上述原理對本設(shè)計要求進(jìn)行計算：求下弦桿E E 所受的制動力02按相應(yīng)于下弦桿E E 在主力作用下求其內(nèi)力時的靜活載計算。 E E 的內(nèi)力0202影響線頂點位置離左端支點 8m, 先求出產(chǎn)生最大內(nèi)力時的活載位置。將活載作如圖所示的布置，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)所述方法，當(dāng)三角形影響線頂點左邊(a 段內(nèi))的活載之和R 。與頂點右邊(b 段內(nèi))的活載之和R ，滿足下式時，即為產(chǎn)生ab最大桿力的活載位置。4220 220923024.5808563220 220292302380856荷載布置圖如圖3-58m31.530 m圖3-5故橋上活載總重2205903080235640kN7制動力T

41、 5640395kN (計算桿E E 在主力作用下的內(nèi)力時已計入10002沖擊系數(shù)，故T值按靜活載的7%計算)。T桿E E 因制動力所生內(nèi)力N 198kN 。202T下弦桿E E24將活載作如圖所示的布置（圖圖3-6RaaRbb；522092x 92(30 x)80(10 x)于是得：2440解之得： 10.4 ；xm故橋上活載總重2205903080(1010.4)5490kN ；7制動力T 5490kN ；100T桿E E 因制動力所生內(nèi)力N 192kN ；224T3.1.7 主桁桿件計算內(nèi)力的確定在算出主荷載產(chǎn)生的桿件主力及附加荷載產(chǎn)生的附加力后，要將它們按主力及(主力+附加力)進(jìn)行組合

42、。由于按(主十附)計算時鋼材的容許應(yīng)力值比單算主連同各自的容許應(yīng)力一齊作比較。 如主力為N ,其相應(yīng)的容許應(yīng)力為，主力加風(fēng)力(或搖擺力) N 1.2 N 其相應(yīng)的容許應(yīng)力為1.25 NN將N ,換算成相應(yīng)于容許應(yīng)力的內(nèi)力 和N ，以便進(jìn)行比較，取其大者作為計算內(nèi)力。即NNNN及 故:N 1.2N 及N1.25 N鋼梁各桿件根據(jù)架設(shè)鋼梁時所用安裝方法的不同而使桿件具有不同的安裝內(nèi)力，設(shè)計時也應(yīng)計及。鋼梁安裝時桿件的容許應(yīng)力亦可以提高 :當(dāng)主力作用時為1.2 ,主力+風(fēng)力時為 ,如前所述，亦可將安裝時的桿件內(nèi)力 N換算成N ,以便和其他組合時的內(nèi)力比較，取其中較大者作為內(nèi)力，進(jìn)行桿件截面的設(shè)計。下

43、面按上述原理對本設(shè)計要求進(jìn)行計算 ：求上弦桿的計算內(nèi)力：A A 主力：N 2700kN,附加力(風(fēng)力)N =94kN ;13主+附 N 270094 2794kN ;N kN2329 2700故按主力控制設(shè)計。NkN1.2 主力： 3532kN,N附加力(風(fēng)力) =110A A3NkN3主+附 N 3532110 3642kN ;N1.2 3035kN 3532kN 故按主力控制設(shè)計。N求下弦桿計算內(nèi)力E E N 1630kN 附加力（列車搖擺力）N =270kN02H主+附 N 1630270 1900kN ;N1.2 kN kN1584 1630 故按主力控制。N主力十制動力 N 1630

44、2001830kN ;N1.25 kN kN1465 1630 故按主力控制。NE E N 3326kN 附加力（列車搖擺力）N =482kN24H主+附 N 33264823810kN ；N1.2 kN kN3175 3326 故按主力控制。N主力十制動力 N 33261923518kN ；N1.25 kN kN2815 3326 故按主力控制。N斜桿E A : 主力：N 2751kN 附加力（橋門架效應(yīng)）N =kN01主+附 N 275191.1 2842kNN1.2 2369kNN故按主力控制。說明：其它桿件（斜桿，吊桿）均按主內(nèi)力計算。至此所有主要桿件內(nèi)力均已算完。所有主要桿件內(nèi)力取值

45、情況見表3-2第 4 章 主桁桿件截面的選擇4.1 主桁桿件的截面型式：主桁桿件的截面型式主要分成兩類： H 型截面(圖 4-1a)和箱形截面(圖4-1b，c,d)，圖 4-1 主桁主要截面形式焊接 H 形截面是由兩塊豎板(或稱翼板)和一塊水平板(或稱腹板)焊接而成。 形截面的主要缺點是: 截面對xx 軸的回轉(zhuǎn)半徑r 比對 y y軸r 小很多，當(dāng)壓桿用 H 形截面時，基本容許應(yīng)力的折減相當(dāng)大。xy定的限制，而加厚翼板尺寸 都將降低。因此，對內(nèi)力不很大的桿件和n H 形截面用得最多。箱形截面由兩塊豎板和兩塊水平板焊接而成。圖及水平板的局部穩(wěn)定性，桿件內(nèi)必須設(shè)置橫隔板，其間距不應(yīng)大于3m;靠近端部銹蝕，為便于工地安裝螺栓，也可不設(shè)