畢業(yè)設(shè)計(jì)--下承式鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　下承式鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化 （跨度64m）</p><p>　　學(xué)院（系）： 交通學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 工程結(jié)構(gòu)分析專業(yè)0902班</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><

2、;p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書</p><p>　　設(shè)計(jì)(論文)題目: 下承式鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化（跨度64m） </p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)

3、計(jì)擬對(duì)某64ｍ單線鐵路下承式鋼桁梁橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用有限元方法進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，修改設(shè)計(jì)方案，達(dá)到優(yōu)化鋼桁梁橋的目的。</p><p>　　基本設(shè)計(jì)參數(shù)：跨度64m,主桁中心距6.4m,主桁結(jié)構(gòu)形式、桁高及節(jié)間長(zhǎng)度自定。鋼桁梁的桿件材料（主桁、縱梁和橫梁、平縱聯(lián)、橋門架等）均采用Q345qD級(jí)鋼材，桿件間采用高強(qiáng)度螺栓連接。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù):</

4、p><p>　　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篇），明確選題意義，了解鋼桁梁橋常見的結(jié)構(gòu)形式及各自特點(diǎn)，完成鋼橋研究進(jìn)展綜述及開題報(bào)告。</p><p>　　查閱相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，了解鐵路橋梁設(shè)計(jì)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。</p><p>　　根據(jù)規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)載荷以及內(nèi)力計(jì)算，設(shè)計(jì)鋼桁梁橋的主要構(gòu)件（主桁、聯(lián)接系

5、、橋門架等）尺寸，完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。</p><p>　　采用有限元軟件對(duì)設(shè)計(jì)的鋼桁梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，優(yōu)化主要構(gòu)件尺寸，完成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算及優(yōu)化說明書。</p><p>　　根據(jù)有限元計(jì)算的變形圖，對(duì)鋼桁橋進(jìn)行預(yù)拱設(shè)計(jì)。</p><p>　　采用AutoCAD繪制鋼桁梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，包括總布置圖、桿件截面圖及典型節(jié)點(diǎn)板設(shè)計(jì)圖等。要求完成圖紙３張，其

6、中1號(hào)圖紙1張、2號(hào)圖紙2張。</p><p>　　對(duì)所有設(shè)計(jì)及計(jì)算過程進(jìn)行整理，完成不少于10000字的畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。</p><p>　　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個(gè)漢字）。</p><p><b>　　必讀參考資料：</b></p><p>　　《鐵路橋涵

7、設(shè)計(jì)基本規(guī)范（TB10002.1-2005）》，中國鐵道出版社，2005年。</p><p>　　《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10002.2-2005）》，中國鐵道出版社，2005年。</p><p>　　《鋼橋》，鐵道專業(yè)設(shè)計(jì)院著，中國鐵道出版社，2003年。</p><p>　　《現(xiàn)代鋼橋》（上冊(cè)），吳沖主編，人民交通出版社，2006。</p>

8、<p>　　《鋼橋》，周遠(yuǎn)棣 徐君蘭編，人民交通出版社，1991年。</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 系主任簽名： </p><p>　　院長(zhǎng)簽名(章)____________ _ </p><p>　　xx本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p><b&g

9、t;　　第1章緒論</b></p><p><b>　　1.1橋梁概述</b></p><p>　　橋梁的歷史是伴隨人類的歷史的發(fā)展而發(fā)展起來的。橋梁發(fā)展大致經(jīng)歷了一下三次飛躍：</p><p>　?。?）19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。</p><p

10、>　?。?）20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)，使橋梁建設(shè)獲得了廉價(jià)、耐久、且剛度和承載力很大的建筑材料，從而推動(dòng)橋梁的發(fā)展產(chǎn)生第二次飛躍。</p><p>　?。?）20世紀(jì)50年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得人們可以方便的完成過去不可能完成的大規(guī)模結(jié)構(gòu)計(jì)算，這是橋梁工程的發(fā)展獲得了第三次飛躍。</p><p>　　橋梁與人類生活密切相關(guān)。沒有橋

11、梁，我們的生活空間將大受限制，更不會(huì)有今天四通八達(dá)的公路與鐵路把世界如此緊密地聯(lián)系在一起。橋梁是人類所建造的最古老、最壯觀與美麗的建筑工程，是一個(gè)時(shí)代文明與進(jìn)步的標(biāo)志。</p><p>　　在人類遠(yuǎn)古時(shí)期，橋梁是人類為擴(kuò)大自己的活動(dòng)范圍，克服自然障礙而最早建造的工程建筑。一般認(rèn)為，人類是從倒下的樹干，學(xué)會(huì)建造梁橋；從天然的石穹，學(xué)會(huì)建造拱橋；從攀爬的藤蔓，學(xué)會(huì)建造索橋。也正因?yàn)槿绱?，古代橋梁所用的材料多為木、石?/p>

12、竹等的天然材料。直至鍛鐵出現(xiàn)以后才開始有簡(jiǎn)單的鐵鏈橋，但它們的強(qiáng)度都很低、跨度很小、斷面偏大、外形敦實(shí)。</p><p>　　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梁上的應(yīng)用是近代橋梁的標(biāo)志?，F(xiàn)代橋梁的主要特征是：高強(qiáng)輕質(zhì)材料的發(fā)展與應(yīng)用；跨度的不斷增大；型式的多樣化與結(jié)構(gòu)的整體化設(shè)計(jì)與計(jì)算的電腦化；制造的工業(yè)化、自動(dòng)化與程控化；以及把安裝工作從笨拙的腳手架中徹底解放了出來等。這些都大大

13、推動(dòng)了橋梁技術(shù)的飛速發(fā)展。</p><p>　　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，因此橋梁又成了陸路交通中的重要組成部分。在經(jīng)濟(jì)上，橋梁的造價(jià)一般平均占公路總造價(jià)直接經(jīng)濟(jì)損失價(jià)的10～20%。特別是在現(xiàn)代高級(jí)公路以及城市高架道路的修建中，橋梁不僅在工程規(guī)模上十分巨大，而且也往往是保證全線早日通車的關(guān)鍵。在國防上，橋梁是交通運(yùn)輸?shù)难?/p>

14、喉，在需要高度快速、機(jī)動(dòng)的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中具有非常重要的地位。</p><p>　　1.2世界現(xiàn)代橋梁的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，世界橋梁建設(shè)在不斷的發(fā)展中，尤其是在法國人Freyssinet 于 1928 年提出預(yù)應(yīng)力混凝土的概念和設(shè)計(jì)理論（EUGENE FREYSSINET1879－1962 法國人、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)創(chuàng)始人20世界上半頁最偉大的鋼筋

15、混凝土結(jié)構(gòu)工程師，最早在拱頂預(yù)埋千斤頂施加預(yù)應(yīng)力）、德國人 Dishinger 在 1938年提出的現(xiàn)代斜拉橋設(shè)計(jì)構(gòu)思之后的至今的幾十年里，世界橋梁的建設(shè)更是日新月異?？v觀現(xiàn)今世界橋梁的發(fā)展趨勢(shì)，可以看到世界橋梁建設(shè)必將迎來更大規(guī)模的建設(shè)高潮。</p><p>　　就中國來說，國道主干線同江至三亞就有 5 個(gè)跨海工程，渤海灣跨海工程、長(zhǎng)江口跨海工程、杭州灣跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及瓊州海峽工程。其中難度

16、最大的有渤海灣跨海工程，海峽寬 57 公里，建成后將成為世界上最長(zhǎng)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(tái)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(zhǎng)江、珠江、黃河等眾多的橋梁工程。</p><p>　　在世界上，正在建設(shè)的著名大橋有土耳其伊茲米特海灣大橋（懸索橋，主跨 1668米）；希臘里海安蒂雷翁橋（多跨斜拉橋，主跨 286+

17、3×560+286 米），已獲批準(zhǔn)修建的意大利與西西里島之間墨西拿海峽大橋，主跨 3300 米懸索橋，其使用壽命均按 200年標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，主塔高 376 米，橋面寬 60 米，主纜直徑 1.24 米，估計(jì)造價(jià) 45 億美元；在西班牙與摩洛哥之間，跨直布羅陀海峽橋也提出了一個(gè)修建大跨度懸索橋，其中包含 2 個(gè) 5000 米的連續(xù)中跨及 2 個(gè) 2000 米的邊跨，基礎(chǔ)深度約 300 米。另一個(gè)方案是修建三跨 3100 米+8400

18、 米+4700 米的巨型斜拉橋，基礎(chǔ)深約 300 米，較高的一個(gè)塔高達(dá) 1250 米，較低的一個(gè)塔高達(dá) 850 米。這個(gè)方案需要高級(jí)復(fù)合材料才能修建，而不是當(dāng)今橋梁用的鋼和混凝土。</p><p>　　具體來說，現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)與技術(shù)的發(fā)展方向有以下幾個(gè)：</p><p><b>　　1、跨徑不斷增大</b></p><p>　　目前，鋼梁、鋼拱的

19、最大跨徑已超過 500m，鋼斜拉橋?yàn)?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?yàn)?30m。</p><p><b>　　2、橋型不斷豐富</b></p><p>　　上世紀(jì) 50～60 年代，橋梁技術(shù)經(jīng)歷了一次飛躍：混凝土梁橋

20、懸臂平衡施工法、頂推法和拱橋無支架方法的出現(xiàn)，極大地提高了混凝土橋梁的競(jìng)爭(zhēng)能力；斜拉橋的涌現(xiàn)和崛起，展示了豐富多彩的內(nèi)容和極大的生命力；懸索橋采用鋼箱加勁梁，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。</p><p><b>　　3、結(jié)構(gòu)不斷輕型化</b></p><p>　　懸索橋采用鋼箱加勁梁，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

21、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(zhǎng)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。</p><p>　　4.新材料的開發(fā)和應(yīng)用</p><p>　　新材料應(yīng)具有高強(qiáng)、高彈模、輕質(zhì)的特點(diǎn)，研究超高強(qiáng)硅煙和聚合物混凝土、高強(qiáng)雙相鋼絲鋼纖維增強(qiáng)混凝土、纖維塑料等一系列材料取代目前橋梁用的鋼和混凝土。</p><p>　　5.重視橋梁美學(xué)

22、及環(huán)境保護(hù)</p><p>　　橋梁是人類最杰出的建筑之一，聞名遐爾的美國舊金山金門大橋、澳大利亞悉尼港橋、英國倫敦橋、日本明石海峽大橋、中國上海楊浦大橋、南京長(zhǎng)江二橋、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、海洋和天空的景觀，成為城市標(biāo)志性建筑。宏偉壯觀的澳大利亞悉尼港橋與現(xiàn)代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

23、視橋梁美學(xué)和景觀設(shè)計(jì)，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。</p><p><b>　　1.3橋梁的類別</b></p><p>　　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)構(gòu)分類，有梁式橋（含簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁、伸臂梁式）、桁架橋、拱橋、剛架橋、懸索橋、斜拉橋等。此外，按照其結(jié)構(gòu)材料分，又可分為木橋、圬工橋（含磚、石和混凝土砌塊橋）鋼

24、筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋、鋼橋等。</p><p>　　1.4橋梁設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　與設(shè)計(jì)其它工程結(jié)構(gòu)物一樣，在橋梁設(shè)計(jì)中必須考慮以下各項(xiàng)要求：</p><p><b>　　1、使用上的要求</b></p><p>　　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)滿足將來交通量增長(zhǎng)的需要。

25、橋型、跨度大小和橋下凈空應(yīng)滿足泄洪、安全通航或通車等要求。建成的橋梁要保證使用年限，并便于檢查和維修。</p><p><b>　　2、經(jīng)濟(jì)上的要求</b></p><p>　　橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的合理性。在設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行詳細(xì)周密的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，使橋梁的總造價(jià)和材料等的消耗為最少。應(yīng)注意的是，要全面而精確地計(jì)及所有的經(jīng)濟(jì)因素往往是困難的，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較中，應(yīng)充分考慮

26、橋梁在使用期間的運(yùn)營條件以及養(yǎng)護(hù)和維修等方面的問題。</p><p>　　橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)因地制宜、就地取材、方便施工的原則，合理選用適當(dāng)?shù)臉蛐?。此外，能滿足快速施工要求以達(dá)到縮短工期的橋梁設(shè)計(jì)，不僅能降低造價(jià)，而且提早通車在運(yùn)輸上將帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　3、結(jié)構(gòu)尺寸和構(gòu)造上的要求</p><p>　　整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)及其各部分構(gòu)件，在制造、運(yùn)輸、安裝

27、和使用過程中應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度應(yīng)使全部構(gòu)件及其連接構(gòu)造的材料抗力或承載能力具有足夠的安全儲(chǔ)備。對(duì)于剛度的要求，應(yīng)使橋梁在荷載作用下的變形不超過規(guī)定的容許值，過度的變形會(huì)使結(jié)構(gòu)的連接松弛，而且撓度過大會(huì)導(dǎo)致高速行車?yán)щy，引起橋梁劇烈的振動(dòng)，使行人不適，嚴(yán)重者會(huì)危及橋梁結(jié)構(gòu)的安全。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是要使橋梁結(jié)構(gòu)在各種外力作用下，具有能保持原來的形狀和位置的能力。在地震區(qū)修建橋梁時(shí)，在計(jì)算和構(gòu)造上還要滿足抵御

28、地震破壞力的要求。</p><p><b>　　4、施工上的要求</b></p><p>　　橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)便于制造和架設(shè)。應(yīng)盡量采用先進(jìn)的工藝技術(shù)和施工機(jī)械，以利于加快施工速度，保證工程質(zhì)量和施工安全。</p><p><b>　　5、美觀上的要求</b></p><p>　　一座橋梁應(yīng)具有優(yōu)美的外形

29、，應(yīng)與周圍的景致相協(xié)調(diào)。城市橋梁和游覽地區(qū)的橋梁較多的考慮建筑藝術(shù)上的要求。合理的結(jié)構(gòu)布局和輪廓是美觀的主要因素，決不應(yīng)把美觀片面的理解為豪華的細(xì)部裝飾。</p><p>　　1.5鋼桁梁橋的主要特點(diǎn)</p><p>　　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。在各種建筑材料中，鋼材是一種抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度均較高的均質(zhì)材料，因此鋼橋具有很大的跨越能力。桁架橋一般由主橋架、上下水

30、平縱向聯(lián)結(jié)系、橋門架和中間橫撐架以及橋面系組成。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，連接上、下弦桿的桿件叫腹桿，按腹桿方向之不同又區(qū)分為斜桿和豎桿。弦桿與腹桿所在的平面就叫主桁平面。大跨度橋架的橋高沿跨徑方向變化，形成曲弦桁架；中、小跨度采用不變的桁高，即所謂平弦桁架或直弦桁架。</p><p>　　鋼桁橋綜合了鋼材和桁架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：跨越能力強(qiáng)；鋼桁架構(gòu)件適合于工業(yè)化制造，便于運(yùn)輸和工地安裝，

31、易于修復(fù)和更換；鋼桁架結(jié)構(gòu)抗壓能力強(qiáng)，整體性好。但同時(shí)鋼桁架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，桁架的桿件內(nèi)力可能因荷載及地基的變化而發(fā)生變化；鋼桁橋造價(jià)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(shí)噪聲較大。</p><p>　　1.6鐵路鋼桁架梁橋的連接</p><p>　　桁架梁橋是由各種桿件或部件組合而成的，這些構(gòu)件和部件是由鋼板和各種型鋼組成的，因此鋼橋連接既包括將型鋼、鋼板組合成桿件與部件，也

32、包括將部件及桿件連接成鋼橋主體。</p><p>　　鐵路桁架梁橋的連接有鉚接、焊接、栓接三種。鉚接在鋼橋連接中使用的歷史最長(zhǎng)。鉚接是將半成品鉚釘加熱到1050～1150攝氏度，塞入釘孔，利用鉚釘槍將鉚釘身墩粗填滿釘孔，并將另一端打成釘頭，或在工廠將鉚釘加熱到650～750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(shí)既要鉆孔又要鉚合，費(fèi)時(shí)間，費(fèi)材料，對(duì)操作工人的技術(shù)要求

33、高，操作中消耗體力大工作環(huán)境不好，噪聲大。</p><p>　　在第二次世界大戰(zhàn)中，歐洲許多鋼橋遭到破壞，為了戰(zhàn)后恢復(fù)被破壞的鋼橋，橋梁制造引進(jìn)了焊接技術(shù)。焊接結(jié)構(gòu)因截面無釘孔損失，比鉚接結(jié)構(gòu)省料，加工快，且可以改善工人的工作環(huán)境；但在野外高空作業(yè)時(shí)會(huì)受到一定的限制。20世紀(jì)五十年代又引進(jìn)了高強(qiáng)度螺栓連接，高強(qiáng)度螺栓代替鉚釘，后來各國在新建橋梁中都采用了這種技術(shù)。</p><p>　　焊接

34、是用一定的設(shè)備通過電能將被焊鋼材和焊接材料熔化，形成了一條焊縫把兩個(gè)構(gòu)件連接在一起。焊縫的力學(xué)性能要求不低于母材。焊接材料有焊絲、焊條、溶劑。不同的鋼材要選用不同的焊接材料。焊接時(shí)所采用的電流、電壓的大小，焊接的速度的快慢，也隨鋼材的不同而不一樣。鋼橋上應(yīng)用的焊縫主要有兩種，即熔透的對(duì)接焊縫和不熔透的角焊縫。焊接方法有自動(dòng)焊，半自動(dòng)焊，手工焊。</p><p>　　我國鋼橋螺栓連接是抗滑移型高強(qiáng)度螺栓連接，高強(qiáng)度

35、螺栓擰緊后，對(duì)鋼板束施加了強(qiáng)大的加進(jìn)力，而在鋼板表面產(chǎn)生摩擦力。桿件或構(gòu)件內(nèi)力就是通過鋼板表面的摩擦力傳遞的。規(guī)范規(guī)定鋼板表面除銹后，采用熱噴鋁涂層，其抗滑移系數(shù)采用0.45剛強(qiáng)度螺栓的安裝的方法很多，常用的是扭矩法擰緊工藝，即利用安裝時(shí)施加在螺母上的扭矩控制螺栓的預(yù)應(yīng)力。高強(qiáng)度螺栓的一項(xiàng)工藝指標(biāo)是扭矩系數(shù)。根據(jù)扭矩系數(shù)、螺栓直徑和設(shè)計(jì)預(yù)拉力可以計(jì)算出施擰時(shí)所需要施加的扭矩大小。</p><p>　　目前廣泛使用

36、的所謂栓焊鋼橋是指工廠里板件的連接采用焊接，工地上桿件的連接采用高強(qiáng)度螺栓[1]。</p><p>　　1.7鐵路鋼橋的發(fā)展情況</p><p>　　中國橋梁在新中國成立以后出現(xiàn)了鋼橋的五個(gè)里程碑，1957年武漢長(zhǎng)江公鐵兩用大橋（圖1-1）建成，首次在長(zhǎng)江上實(shí)現(xiàn)了“一橋飛架南北，天塹變通道”。這是我國鋼橋史上的第一個(gè)里程碑。武漢長(zhǎng)江大橋正橋全長(zhǎng)1156m，橋跨結(jié)構(gòu)為三聯(lián)3×128

37、m連續(xù)鋼桁橋。使鋼梁制造做到工廠化，標(biāo)準(zhǔn)化。</p><p>　　圖1-1 武漢長(zhǎng)江大橋</p><p>　　1696年南京長(zhǎng)江大橋公鐵兩用橋（圖1-2）的建成是第二個(gè)里程碑，正橋鋼梁全長(zhǎng)1576m，橋跨結(jié)構(gòu)為128m簡(jiǎn)支鋼桁梁加三聯(lián)3×160m鉚接連續(xù)鋼桁梁。這座橋完全是依靠自己的技術(shù)力量和國產(chǎn)材料建成的長(zhǎng)江大橋，標(biāo)志著我國建橋技術(shù)進(jìn)入到了一個(gè)獨(dú)立自主的新水平。在60年代后期我

38、國研究發(fā)展了栓焊鋼橋新技術(shù)，在成昆鐵路等線上的建成了13種不同結(jié)構(gòu)型式的栓焊鋼橋44座，從此結(jié)束了全部鉚接鋼橋歷史。</p><p>　　圖1-2 南京長(zhǎng)江大橋</p><p>　　1993年九江長(zhǎng)江公鐵兩用大橋（圖1-3）是鋼橋史上的第三個(gè)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(zhǎng)江公鐵兩用大橋是鋼橋史上的第四個(gè)里程碑，該橋?yàn)橹骺?12m的斜拉橋，

39、主梁為鋼桁梁，其主要特點(diǎn)是具有較好的綜合性能和焊接性能，尤其是低溫沖擊韌性有大幅度提高。從此，我國用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度、高韌性鋼建造特大跨栓焊橋梁，在材料、工藝、理論方面都達(dá)到國際先進(jìn)水平。</p><p>　　圖1-3 九江長(zhǎng)江大橋</p><p>　　第四個(gè)里程碑就是正在興建的武漢天行洲長(zhǎng)江大橋，武漢天興洲長(zhǎng)江大橋是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

40、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(hào)主塔高190m，連同樁基礎(chǔ)共用混凝土83200、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最。</p><p>　　承擔(dān)武漢天興洲大橋施工的是50年前修建萬里長(zhǎng)江第一橋武漢長(zhǎng)江大橋的中鐵大橋局。據(jù)介紹，3號(hào)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。</p>

41、<p>　　武漢天興洲大橋鋼梁是世界上首次采用三主桁、三索面的新型結(jié)構(gòu)形式。預(yù)計(jì)大橋?qū)⒂?008年8月31日建成。</p><p>　　國外的公鐵兩用橋的建設(shè)發(fā)展速度也非?？欤饕憩F(xiàn)在：跨徑不斷增大，橋型不斷豐富，結(jié)構(gòu)不斷輕型化，有許多非常豐富的經(jīng)驗(yàn)值得我們?nèi)W(xué)習(xí)。如加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

42、公鐵兩用鋼拱橋。</p><p>　　1.8鐵路鋼桁架梁橋的前景展望</p><p>　　橋梁的跨徑代表著一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)、工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的整體水平。從現(xiàn)代橋梁的發(fā)展趨勢(shì)來看，各種橋型結(jié)構(gòu)都在向大跨徑發(fā)展?？绾９こ桃驯粯蛄汗こ處熖嵘先粘獭Ｈ毡镜目绾９こ瘫局荨膰?lián)絡(luò)線于20世紀(jì)末完成;意大利計(jì)劃修建跨徑3300m的墨西拿海峽大橋；日本計(jì)劃修建2500～3000m紀(jì)淡海峽大橋。我國本世紀(jì)初擬

43、定修建五個(gè)跨海工程：渤海海峽工程、長(zhǎng)江口越江工程、杭州灣跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程和瓊海海峽工程。這就給橋梁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)理論上研究更符合實(shí)際狀態(tài)的力學(xué)分析方法與新的設(shè)計(jì)理論，充分發(fā)揮建筑材料的強(qiáng)度，力求工程結(jié)構(gòu)的安全度更為科學(xué)和可靠。大跨度橋梁設(shè)計(jì)中，越來越重視空氣動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)、穩(wěn)定、疲勞、非線性等的研究和應(yīng)用。</p><p>　　我國CAD技術(shù)應(yīng)有

44、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)適應(yīng)本國的規(guī)范的橋梁系統(tǒng)軟件，開發(fā)專門或綜合性的從原始數(shù)據(jù)輸入、結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)、能進(jìn)行人機(jī)交換、自動(dòng)繪圖、甚至自動(dòng)化的成套設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖軟件。截面應(yīng)該有好、窗口化、菜單式，適應(yīng)當(dāng)前先進(jìn)軟件操作平臺(tái)。要研究特大、大跨度橋梁施工、運(yùn)營監(jiān)控成套系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備與軟件。</p><p>　　可以預(yù)見，在我們所處的這個(gè)世紀(jì)，公鐵兩用橋會(huì)迅速發(fā)展，我國的橋梁事業(yè)也會(huì)達(dá)到一個(gè)新的水

45、平，達(dá)到有創(chuàng)新、有國際競(jìng)爭(zhēng)力的水平。</p><p>　　1.9設(shè)計(jì)主要內(nèi)容概述</p><p>　　設(shè)計(jì)將要進(jìn)行的工作如下：</p><p>　　(1)計(jì)算鐵路荷載。</p><p>　　(2)確定主桁各桿件的計(jì)算內(nèi)力。</p><p>　　(3)根據(jù)主桁桿件的計(jì)算內(nèi)力，初步擬定主桁桿件的截面形式及尺寸。</p

46、><p>　　(4)主桁桿件的連接設(shè)計(jì)及典型節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　(5)聯(lián)結(jié)系的設(shè)計(jì)。</p><p>　　(6)利用有限元程序，建立模型校核。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范（TB10002

47、.1-2005）. 北京：中國鐵道出版社，2005.</p><p>　　[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(jì)規(guī)范（TB10002.5-2005）. 北京：中國鐵道出版社，2005</p><p>　　[3] 中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10002.2-2005）. 北京：中國鐵道出版社，2005.</p><p&g

48、t;　　[4] 中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支T梁技術(shù)條件 北京：中國鐵道出版社，2005. </p><p>　　[5] 中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 鐵路橋涵施工規(guī)范（TB10203-2002）. 北京：中國鐵道出版社，2002. </p><p>　　[6] 范立礎(chǔ)主編. 橋梁工程. 北京：人民交通出版

49、社，2001 </p><p>　　[7] 橋梁工程概論 （21世紀(jì)交通版高等學(xué)校教材）[專著] / 羅娜主編. 北京 ： 人民交通出版社，2006.</p><p>　　[8] 鐵道專業(yè)設(shè)計(jì)院 編. 鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)－鋼橋. 北京 : 中國鐵道出版社, 2003 </p><p>　　[9] 鐵道部第三勘測(cè)設(shè)計(jì)院主編. 鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)－橋涵水文. 北京

50、：中國鐵道出版社，1984</p><p>　　[10] 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 ，2004</p><p>　　[11] F．Leonhart.Aethentics and Design.The Architectural Press， London ，1985. </p><p>　　[12] Protec

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52、Book Co. 1985.</p><p>　　[14] Wojciech Radomski. . Bridge rehabilitation . Imperial College Press， 2002.</p><p>　　[15] D.L. Narasimha Rao. Bridges and flyovers . Tata McGraw-Hill Publishing compa

53、ny Limited .1991</p><p>　　[16] Wojciech Radomski. . Bridge rehabilitation . Imperial College Press， 2002</p><p>　　第2章 鋼桁架橋的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　下承式簡(jiǎn)支桁架橋由五個(gè)部分組成：橋面、橋面系、主桁、聯(lián)結(jié)系和支座。</p>

54、<p>　　主桁是桁梁橋的主要承重結(jié)構(gòu)，它由上、下弦桿和腹桿組成，各桁件交匯處用節(jié)點(diǎn)板連接，形成節(jié)點(diǎn)。由于節(jié)點(diǎn)的剛性，主桁架在受彎時(shí)，桿件將引起端部彎曲，產(chǎn)生二次應(yīng)力。要使主桁架形成空間穩(wěn)定的受力結(jié)構(gòu)，必須設(shè)置水平桁架把兩片或多片桁架連接成空間受力結(jié)構(gòu)，這個(gè)上、下水平桁架統(tǒng)稱為縱向聯(lián)結(jié)系。</p><p>　　外部荷載首先通過橋面?zhèn)鞯娇v梁，然后由縱梁把力傳給橫梁，再由橫梁傳給主桁。由縱梁、橫梁及兩縱梁

55、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(tái)。</p><p>　　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，加設(shè)若干水平布置的撐桿，并與主桁弦桿共同組成一個(gè)水平桁架，以承受橫向水平力。這個(gè)桁架就叫水平縱向聯(lián)結(jié)系，簡(jiǎn)稱平縱聯(lián)。在上弦平面的平縱聯(lián)稱為上平縱聯(lián)；在下弦平面的平縱聯(lián)稱為下平縱聯(lián)。下平縱聯(lián)

56、與下弦桿組成的水平桁架的兩端與支座相連，橫向水平力可直接通過支座傳給墩臺(tái)；而上平縱聯(lián)與上弦桿組成的水平桁架的兩端則支承在橋門架兩端（橋門架由兩根端斜桿及其間的撐桿組成），橫向水平力先傳給橋門架，再由橋門架傳給支座和墩臺(tái)上去。</p><p>　　2.1 主桁的結(jié)構(gòu)形式、基本尺寸及總體布置方案</p><p>　　2.1.1 主桁結(jié)構(gòu)形式的選擇</p><p>　　

57、主桁是桁架橋的主要組成部分，它的結(jié)構(gòu)選擇是否合理，對(duì)桁架的設(shè)計(jì)質(zhì)量起著重要的作用。在擬制主桁結(jié)構(gòu)形式時(shí)，應(yīng)根據(jù)橋位當(dāng)?shù)氐木唧w情況（如地形、地質(zhì)、水文、氣象、運(yùn)輸條件等），選擇一個(gè)較為經(jīng)濟(jì)合理的方案。它不僅能滿足橋上運(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。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用下承式簡(jiǎn)支栓焊桁架橋，橋跨64米，屬于一中等跨度（L=48米～80米）的桁架橋。此類桁架橋主桁的幾

58、何結(jié)構(gòu)采用圖2.1中之（a）式，而不用（b）式。這兩者不同之處是斜桿的方向。也正由于這點(diǎn)，在豎向荷載作用下，圖式（a）較圖式（b）的豎桿受力較小，受壓斜桿的數(shù)量也較少，而且圖式（b）的弦桿內(nèi)力每個(gè)節(jié)間都得變化一次，而圖式（a）的弦桿內(nèi)力相對(duì)穩(wěn)定，因而圖式（a）的弦桿截面易于選擇，且較為經(jīng)濟(jì)合理。正因?yàn)槿绱?，本次設(shè)計(jì)中采用圖式（a）的結(jié)構(gòu)形式（三角形腹桿體系）。另外，此種結(jié)構(gòu)形式的桁架橋，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件類型較少，適應(yīng)設(shè)計(jì)定型化要求，也有

59、利于加工制造與安裝。</p><p>　　圖2-1 主桁主要形式</p><p>　　2.1.2 主桁的基本尺寸</p><p>　　主桁的基本尺寸是指：主桁高度（簡(jiǎn)支桁高）、節(jié)間長(zhǎng)度、斜桿傾斜及兩主桁的中心距離。這些尺寸的擬定，對(duì)桁架橋的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。</p><p><b>　　桁高 </b></

60、p><p>　　桁高越大時(shí)弦桿受力越小，弦桿的用鋼量減少。但同時(shí)桁高加大帶來腹桿增長(zhǎng)，因而腹桿的用鋼量又將有所增加。對(duì)于一定跨度的桁架橋，將有一定的桁高對(duì)用鋼量而言是較經(jīng)濟(jì)的，這個(gè)桁高我們稱為經(jīng)濟(jì)桁高。根據(jù)過去統(tǒng)計(jì)資料，并考慮到經(jīng)濟(jì)桁高，簡(jiǎn)支桁架橋的桁高可參考表2.1。</p><p>　　表2.1 簡(jiǎn)支桁架橋經(jīng)濟(jì)桁高</p><p><b>　　節(jié)間長(zhǎng)度&l

61、t;/b></p><p>　　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(zhǎng)度宜取為8米。</p><p><b>　　斜桿傾斜</b></p><p>　　斜桿傾斜角度會(huì)影響到節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造。斜度設(shè)置不當(dāng)，不僅會(huì)影響節(jié)點(diǎn)板的形狀及尺寸，而且使斜桿位置難以布置于靠近節(jié)點(diǎn)中心處，以致削弱節(jié)點(diǎn)剛度。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，斜桿軸線與豎桿軸線的交角以

62、在30°～50°內(nèi)為宜。</p><p><b>　　主桁的中心距</b></p><p>　　鋼析梁橋上柑架的中心距離由橫向剛度和穩(wěn)定性決定。鐵路鋼橋中若主析間距太小，會(huì)使鋼桁梁的橫向剛度不足，導(dǎo)致列車過橋時(shí)引起橋跨結(jié)構(gòu)劇烈的橫向振動(dòng)，轆則影響旅客舒適性，重則導(dǎo)致列車脫軌。由于橋梁橫向振動(dòng)的機(jī)理和計(jì)算方法尚不成熟，目前我國鐵路單線鋼析橋主析間距主

63、要由橫向剛度控制，在確定主析中心距時(shí)必須特別注意，對(duì)特殊類型橋梁必須進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析。下承式鋼析梁橋的主桁中心距還應(yīng)滿足橋梁建筑限界的要求。上承式桁梁橋的主桁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。</p><p>　　我國鐵路從1958年開始制定自己的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，如下承式桁梁跨度有48米，64米，80米等三種，全部采用三角形桁架，桁高11米，節(jié)間長(zhǎng)8米，主桁中心距5.75米。提速

64、后這些橋梁在貨物列車過橋時(shí)橫向振動(dòng)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。</p><p>　　2.2 鋼桁橋的總體布置方案</p><p>　　鋼桁橋的總體布置主要包括：主桁、上平縱聯(lián)、下平縱聯(lián)、橋門架及中間橫梁。根據(jù)以上分析本次設(shè)計(jì)的鋼桁橋的總體布置如圖:</p><p>　　圖2-2 鋼桁橋總體布置圖 </

65、p><p>　　第3章 主桁結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 主桁桿件的內(nèi)力分析與計(jì)算</p><p>　　3.1.1 恒載假定</p><p>　　開始計(jì)算內(nèi)力前需先估計(jì)作用在橋跨結(jié)構(gòu)上的恒載。恒載包括橋跨自重 和橋面重量 。</p><p><b>　　故總共計(jì)算恒載</b></p

66、><p><b>　　（ 3-1）</b></p><p>　　3.1.2 影響線面積計(jì)算</p><p>　　在單位荷載作用下桿件內(nèi)力影響線的原理已在結(jié)構(gòu)力學(xué)中講過?，F(xiàn)將平行弦三角形桁架的桿件內(nèi)力影響線面積的計(jì)算公式列舉于后。</p><p>　　1.上下弦桿內(nèi)力影響線如圖3-1（a）</p><p&g

67、t;　　圖3-1（a） 弦桿影響線</p><p><b>　　影響線面積：</b></p><p><b>　　(3-2) </b></p><p>　　2.斜桿內(nèi)力（包括端斜桿）影響線如圖3-1（b）</p><p>　　圖3-1（b） 斜桿影響線</p><p><

68、;b>　　， </b></p><p><b>　　（3-33-5）</b></p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　式中 --斜桿與弦桿之間夾角；</p><p><b>　　d—節(jié)間長(zhǎng)度；</b></p>

69、;<p><b>　　n—全跨節(jié)間總數(shù)；</b></p><p>　　3.掛桿內(nèi)力影響線如圖3-1（c）</p><p>　　圖3-1（c） 吊桿影響線</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　4.支點(diǎn)反力影響線如圖3-1（d）</p><

70、;p>　　圖3-1（d） 支點(diǎn)影響線</p><p><b>　　（3-8）</b></p><p>　　3.1.3 列車豎向活載</p><p><b>　　1.換算均布活載k</b></p><p>　　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(zhǎng)度d求得。對(duì)雙線橋梁主桁的弦桿和斜桿，

71、考慮到兩條線路上同時(shí)出現(xiàn)最大活載的可能性很少，換算均布活載采用兩線活載總和的90%;對(duì)受局部活載的桿件如豎桿、縱橫梁等，因其受載長(zhǎng)度較短，兩線上同時(shí)出現(xiàn)最大活載的可能性較大，設(shè)計(jì)時(shí)k值取兩線活載總和的100%。當(dāng)計(jì)算桿件的疲勞荷載時(shí)，對(duì)雙線鐵路析架橋的主桁桿件(受局部荷載的桿件除外)，按單線偏心加載，并用杠桿原理分配于兩片主桁。這是因?yàn)?在雙線鐵路橋上，兩列列車在橋上對(duì)開的情況較少，雙線加載的循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于制定疲勞強(qiáng)度時(shí)所依據(jù)的200

72、萬次循環(huán)，故疲勞強(qiáng)度將顯著提高，因而雙線加載一般不是控制因素。因此.在主桁桿件的疲勞荷載計(jì)算中，《橋規(guī)》建議按經(jīng)常出現(xiàn)的單線偏載考慮。</p><p>　　2.沖擊系數(shù)(1 +u)</p><p>　　列車通過橋梁時(shí)產(chǎn)生各種動(dòng)力作用，使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形比靜活載時(shí)增大。列車的主要?jiǎng)恿σ蛩赜?</p><p>　　蒸汽機(jī)車動(dòng)輪上的平衡重產(chǎn)生的周期性錘擊;</p&g

73、t;<p>　　機(jī)車和車輛的輪對(duì)通過鋼軌接縫時(shí)的沖擊;</p><p>　　位于轉(zhuǎn)向架上的車體的振動(dòng);</p><p>　　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;</p><p>　　輪對(duì)蛇形運(yùn)動(dòng)引起的沖擊。</p><p>　　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</p&g

74、t;<p>　　分析。橋規(guī)中的沖擊系數(shù)主要依據(jù)試驗(yàn)資料得出。</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中的L值(按m計(jì)):對(duì)主桁的主要桿件，取跨長(zhǎng);對(duì)承受局部荷載的豎桿及縱橫梁，取影響線長(zhǎng)度。</p><p>　　3.活載發(fā)展均衡系數(shù) </p><p>　　自有鐵路以來，隨著社

75、會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，鐵路運(yùn)輸量不斷增加，機(jī)車車輛的重量不斷提高。因此，為了保證鐵路鋼橋在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)能適應(yīng)機(jī)車車輛重量增長(zhǎng)的需要，設(shè)計(jì)時(shí)必須為現(xiàn)今使用的列車活載預(yù)留一個(gè)發(fā)展系數(shù)。預(yù)留的方法有兩種:一是讓計(jì)算中采用的活載等級(jí)大于現(xiàn)在運(yùn)轉(zhuǎn)的活載等級(jí)，一是讓設(shè)計(jì)容許應(yīng)力低于實(shí)際能容許的應(yīng)力。在我國的鋼橋設(shè)計(jì)中一般采用后一種方法。</p><p>　　3.1.4 主桁的主內(nèi)力計(jì)算</p><p>　　

76、主力作用下的主析桿件內(nèi)力計(jì)算：</p><p>　　單線鐵路簡(jiǎn)支栓焊析架橋，l =64m，設(shè)計(jì)荷載為中活載，主桁尺寸如圖3-2</p><p>　　圖3-2 桁架影響線</p><p>　　1.恒載假定：參照已有設(shè)計(jì)，取</p><p>　　主桁： </p><p>　　聯(lián)結(jié)系

77、 </p><p>　　橋面系 </p><p>　　高強(qiáng)螺栓 </p><p>　　檢查設(shè)備 </p><p>　　故每片析梁重=(14.2+2.8+7.1+0.5+1.0)/2=</p><p

78、>　　橋面重(雙側(cè)設(shè)鋼筋混凝土人行道板) （每片主桁）</p><p>　　每片主桁所受恒載強(qiáng)度 近似采用 </p><p><b>　　2.影響線面積計(jì)算</b></p><p><b>　　(1)弦桿</b></p><p>　　影響線最大縱距 </p><p

79、>　　影響線面積 </p><p>　　: </p><p>　　: </p><p>　　: </p><p>　　: </p>

80、;<p><b>　　(2)斜桿</b></p><p>　　式中 </p><p>　　: </p><p><b>　　: </b></p><p><b>　　所以： </b></p>

81、<p>　　: </p><p>　　所以: </p><p>　　: </p><p>　　所以: </p><p><b>　?。?）吊桿 </b></p><p>　　3. 主荷載作用下的桿件

82、內(nèi)力計(jì)算</p><p>　　(1)求換算均布活載k</p><p><b>　　弦桿部分：</b></p><p>　　: 查表得 (每片主桁)</p><p>　?。?查表得</p><p><b>　?。?查表得</b></p>

83、<p><b>　?。?查表得</b></p><p><b>　　斜桿部分：</b></p><p>　?。?查表得</p><p>　?。?查表得（用內(nèi)插法求得）</p><p><b>　　查表得</b></p

84、><p>　?。?查表得</p><p><b>　　查表得</b></p><p>　　： 查表得</p><p><b>　　查表得</b></p><p><b>　　吊桿部分：</b></p><p

85、>　?。?</p><p>　　說明： 與相同</p><p><b>　　(2)沖擊系數(shù)μ</b></p><p><b>　　弦、斜桿： </b></p><p>　　吊桿： </p><p>　?。?）求桿件的恒載內(nèi)力

86、及活載內(nèi)力</p><p>　?、俸爿d內(nèi)力 具體見表3-1</p><p>　　②活載內(nèi)力 </p><p>　　包括沖擊力的活載內(nèi)力=(1+μ)Nk(計(jì)算結(jié)果見表3-1)。</p><p>　　3.1.5 橫向附加力作用下的主桁桿件內(nèi)力計(jì)算</p><p>　　鋼橋是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，主析架的弦桿同時(shí)又是平

87、縱聯(lián)的弦桿。在計(jì)算主桁弦桿內(nèi)力時(shí)，除考慮豎向荷載的作用外，必須同時(shí)計(jì)及橫向力的作用。橫向力包括風(fēng)力、列車搖擺力(在彎道橋還有離心力)。對(duì)下承式析架橋，由端斜桿和其間的撐桿組成的橋門架，在橫向力作用下，端斜桿和下弦桿均產(chǎn)生附加內(nèi)力。計(jì)算這些桿件的內(nèi)力時(shí)，均應(yīng)計(jì)及。</p><p>　　橫向力作用下的平縱聯(lián)弦桿的內(nèi)力計(jì)算</p><p><b>　　計(jì)算圖式</b><

88、;/p><p>　　在計(jì)算平縱聯(lián)弦桿的內(nèi)力時(shí)，可將簡(jiǎn)支析架橋的平縱聯(lián)當(dāng)作水平放置的簡(jiǎn)支鉸接桁架來計(jì)算。如圖3-2</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　所示，下平縱聯(lián)的計(jì)算跨度等于主桁跨度 ，上平縱聯(lián)的計(jì)算跨度等于主桁上弦兩端節(jié)點(diǎn)間的距離。</p><p><b>　　橫向附加力的數(shù)值

89、</b></p><p>　?。?）橫向風(fēng)力:下承桁架橋的下平縱聯(lián)承受作用在下半個(gè)主桁架、列車和橋面系(橋面也計(jì)算在內(nèi))的橫向風(fēng)力。在計(jì)算中，兩片主桁架的受風(fēng)面積按一精架在縱向豎直面內(nèi)的理論輪廓面積乘以填充系數(shù)計(jì)。對(duì)現(xiàn)今采用的一般桁架型式，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(jì)，但它們和主桁架的填充面積有重復(fù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)減去被主析填充面積擋住的部分。</p><p&g

90、t;　　按照《橋規(guī)》，橫向風(fēng)力在上下平縱聯(lián)的分配系數(shù)如下: 主桁部分風(fēng)力，上下平縱聯(lián)各承受一半，即分配系數(shù)為0.5; 作用在橋面系及列車側(cè)面的風(fēng)力，橋面系所在平縱聯(lián)的分配系數(shù)為1.0，另一平縱聯(lián)為0.2(從偏于安全方面考慮)。</p><p>　　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(shí)，其風(fēng)荷載強(qiáng)度W按Pa計(jì)，W的值按了橋規(guī)》規(guī)定計(jì)算。當(dāng)橋上有車時(shí)，風(fēng)荷載強(qiáng)度W’按。0.8W計(jì)，并不得大于1250P

91、a。由于弦桿在列車荷載下所受內(nèi)力相當(dāng)大，對(duì)弦桿內(nèi)力最不利的組合一般都是橋上有車時(shí)的情況，所以在計(jì)算弦桿內(nèi)力時(shí)所用的風(fēng)荷載強(qiáng)度可按橋上有車時(shí)計(jì)。</p><p>　?。?）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(duì)上下平縱聯(lián)的分配系數(shù)與作用在列車及橋面系的橫向風(fēng)力相同。橫向搖擺力不與橫向風(fēng)力同時(shí)計(jì)算，因二者不會(huì)同時(shí)達(dá)到其最大值。因此，應(yīng)先將此力與風(fēng)力強(qiáng)度分別求出，用其較大者來計(jì)算。</p&

92、gt;<p>　　3.橫向力所生的平縱聯(lián)弦桿內(nèi)力</p><p>　　以下平縱聯(lián)的弦桿E2E4,為例。設(shè)作用在下平縱聯(lián)的橫向力強(qiáng)度為ω下對(duì)于采用交叉式腹桿體系的平縱聯(lián)，可取各交叉點(diǎn)為力矩中心求出均布的橫向荷載ω下對(duì)o點(diǎn)的力矩Mo (用影響線面積法)，此力矩由兩側(cè)弦桿內(nèi)力N'ω所形成的內(nèi)力矩所平衡，即</p><p><b>　　由此得</b>&l

93、t;/p><p>　　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。</p><p><b>　　橋門架效應(yīng)</b></p><p>　　對(duì)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(diǎn)，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(jì)算。計(jì)算時(shí)，把上平縱聯(lián)當(dāng)作簡(jiǎn)支格

94、架，跨長(zhǎng)等于上弦兩端節(jié)點(diǎn)間的距離，在均布的橫向荷載ω上作用下，其支點(diǎn)反力 ，它就是作用在橋門架上的水平力。</p><p>　　橋門架的計(jì)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(diǎn)。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點(diǎn)位置可按下式求得。</p><p>　　式中，可近似地取端斜桿的理論長(zhǎng)度。在決定腿桿反彎點(diǎn)位置后，可取橋門架在反彎點(diǎn)以上的部

95、分為分離體。在水平力H力作用下，兩腿桿的反彎點(diǎn)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(duì)任一反彎點(diǎn)取矩，即可將V值求出，即 </p><p>　　當(dāng)端斜桿產(chǎn)生這一附加軸向力時(shí)，相應(yīng)地在下弦端節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生兩個(gè)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N"v，其值為 </p><p>　　式中 —主析端斜桿和下弦桿的夾角。</p><

96、;p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　下面按上述原理對(duì)本設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算 ：</p><p>　　求平縱聯(lián)弦桿的內(nèi)力(平縱聯(lián)圖式見圖3-4)</p><p><b>　　風(fēng)力強(qiáng)度</b></p><p><b>　　按照《橋規(guī)》， </b></p

97、><p><b>　　式中 現(xiàn)采用 </b></p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　則 （無車時(shí)）</b></p><p><b>　　橋上有車時(shí) </b></p><p>　　下平縱聯(lián)所受風(fēng)力強(qiáng)度按橋上有

98、車時(shí)計(jì)算：</p><p><b>　　式中 。</b></p><p>　　h=縱梁高+鋼軌枕木高=129+40-169cm=1 .69m</p><p><b>　　故 </b></p><p>　?、谏掀娇v聯(lián)風(fēng)力強(qiáng)度(橋上有車時(shí))</p><p>　　列車橫向

99、搖擺力=5.5kN/m</p><p>　　按《橋規(guī)》，風(fēng)力和列車搖擺力不同時(shí)計(jì)算，從上列計(jì)算結(jié)果可見: 對(duì)下平縱聯(lián)，列車搖擺力5.5kN/m>5.01kN/m(風(fēng)力)，故應(yīng)按列車搖擺力計(jì)算其內(nèi)力；</p><p>　　對(duì)上平縱聯(lián)，列車搖擺力0.2x 5.5=1.1kN/m<2.76kN/m(風(fēng)力)，故應(yīng)按風(fēng)力計(jì)算其內(nèi)力，0.2為列車搖擺力對(duì)此上平縱聯(lián)的分配系數(shù)(參見《橋規(guī)》)

100、。</p><p>　　橫向力作用下的平縱聯(lián)弦桿內(nèi)力</p><p>　　上弦桿對(duì)o點(diǎn)的力矩影響線縱距 </p><p><b>　　上弦桿 </b></p><p><b>　　下弦桿 </b></p><p><b>　　下弦桿</b></p&

101、gt;<p>　　說明：上弦桿由風(fēng)力控制，下弦桿由列車搖擺力控制。</p><p><b>　　橋門架效應(yīng)</b></p><p><b>　　橋門架所受總風(fēng)力 </b></p><p><b>　　腿桿反彎點(diǎn)位置 </b></p><p><b>　　

102、腿桿豎向反力 </b></p><p>　　下弦桿承受的縱向水平力 </p><p>　　端斜桿所受附加彎矩 </p><p>　　式中 —端斜桿與端節(jié)點(diǎn)板連接處的彎矩，可近似地計(jì)算至橫梁中心，即</p><p>　　— 橫梁高度=1.29m</p><p>　　3.1.6 制動(dòng)力作用下的主析桿件內(nèi)

103、力計(jì)算</p><p>　　列車在橋上行駛時(shí)因制動(dòng)或啟動(dòng)而產(chǎn)生制動(dòng)力或牽引力，它們是縱向水平力。為使該作用力傳給梁端的固定支座，通常在跨度中央設(shè)置制動(dòng)聯(lián)結(jié)系如圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　制動(dòng)力T經(jīng)由縱梁傳給四根附加的短斜桿(為傳遞制動(dòng)力而加設(shè)的桿件，稱制動(dòng)撐桿)，經(jīng)o及o’點(diǎn)由平縱聯(lián)斜桿傳至

104、主桁節(jié)點(diǎn)，最后由下弦桿傳給固定支座。因此，每片主桁的下弦桿將承受附加制動(dòng)力 隨制動(dòng)力方向的不同其值可為拉力或壓力)。此外，在端節(jié)點(diǎn)處，當(dāng)制動(dòng)力傳給固定支座時(shí)，因作用力對(duì)支座鉸中心尚有一偏心距離h，因而產(chǎn)生一偏心彎矩值為 </p><p>　　式中h—自下弦桿中心線至支座鉸中心(算至下擺頂面)的距離，見圖3-4</p><p><b>　　圖3-4</b></p&

105、gt;<p>　　M值由交匯于該節(jié)點(diǎn)的各桿件共同承受并按各桿件的單位剛度比來分配，例如，交匯于端節(jié)點(diǎn)E。的有兩根桿件----- 及 則</p><p><b>　　所受的附加彎矩 </b></p><p><b>　　所受的附加彎矩 </b></p><p>　　《橋規(guī)》規(guī)定:制動(dòng)力或牽引力T的大小，按豎

106、向靜活載重量(相應(yīng)于主力作用下求各該桿件內(nèi)力時(shí)的活載)的10%計(jì)算。但當(dāng)與離心力或沖擊力同時(shí)計(jì)算時(shí)，其值按豎向靜活載的7%計(jì)算。</p><p>　　主桁弦桿應(yīng)按主力加制動(dòng)力(附加力)的組合進(jìn)行檢算，其容許應(yīng)力用1.25。計(jì)算制動(dòng)力時(shí)就不計(jì)風(fēng)力(或列車搖擺力)，因二者同時(shí)出現(xiàn)最大值的機(jī)會(huì)很少。</p><p>　　下面按上述原理對(duì)本設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算：</p><p>

107、;　　求下弦桿 所受的制動(dòng)力</p><p>　　按相應(yīng)于下弦桿在主力作用下求其內(nèi)力時(shí)的靜活載計(jì)算。的內(nèi)力影響線頂點(diǎn)位置離左端支點(diǎn)8m, 先求出產(chǎn)生最大內(nèi)力時(shí)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(diǎn)左邊((a段內(nèi))的活載之和 。與頂點(diǎn)右邊(b段內(nèi))的活載之和 ，滿足下式時(shí)，即為產(chǎn)生最大桿力的活載位置。</p><p>　　荷載布置圖如圖3-5</p

108、><p><b>　　圖3-5</b></p><p><b>　　故橋上活載總重 </b></p><p>　　制動(dòng)力 (計(jì)算桿在主力作用下的內(nèi)力時(shí)已計(jì)入沖擊系數(shù)，故T值按靜活載的7%計(jì)算)。</p><p>　　桿 因制動(dòng)力所生內(nèi)力 。</p><p><b>　　

109、下弦桿 </b></p><p>　　將活載作如圖所示的布置（圖3-6），根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)所述方法</p><p><b>　　圖3-6</b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　于是得： </b></p><p&g

110、t;<b>　　解之得： ；</b></p><p><b>　　故橋上活載總重；</b></p><p><b>　　制動(dòng)力；</b></p><p>　　桿 因制動(dòng)力所生內(nèi)力 ；</p><p>　　3.1.7 主桁桿件計(jì)算內(nèi)力的確定</p><p>

111、;　　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。由于按(主十附)計(jì)算時(shí)鋼材的容許應(yīng)力值比單算主力時(shí)要高，因此，為了判斷哪一種組合在設(shè)計(jì)中起控制作用，要將組合后的內(nèi)力連同各自的容許應(yīng)力一齊作比較。</p><p>　　如主力為 , 其相應(yīng)的容許應(yīng)力為 ，主力加風(fēng)力(或搖擺力) </p><p>　?。黄湎鄳?yīng)的容許應(yīng)力為1.2，主力十制動(dòng)力=

112、Ⅲ其相應(yīng)的容許應(yīng)力為1.25</p><p>　　將 , 換算成相應(yīng)于容許應(yīng)力的內(nèi)力和Ⅱ，以便進(jìn)行比較，取其大者作為計(jì)算內(nèi)力。即</p><p><b>　　及 </b></p><p>　　故: 及 </p><p>　　鋼梁各桿件根據(jù)架設(shè)鋼梁時(shí)所用安裝方法的不同而使桿件具有不同

113、的安裝內(nèi)力，設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)計(jì)及。鋼梁安裝時(shí)桿件的容許應(yīng)力亦可以提高:當(dāng)主力作用時(shí)為1.2 , 主力+風(fēng)力時(shí)為 ,如前所述，亦可將安裝時(shí)的桿件內(nèi)力NⅣ換算成Ⅳ, 以便和其他組合時(shí)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(jì)。</p><p>　　下面按上述原理對(duì)本設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算 ：</p><p>　　求上弦桿的計(jì)算內(nèi)力：</p><p>　　主力：, 附

114、加力(風(fēng)力) ;</p><p><b>　　主+附 ;</b></p><p><b>　　故按主力控制設(shè)計(jì)。</b></p><p>　　主力：, 附加力(風(fēng)力)</p><p><b>　　主+附 ;</b></p><p><b>

115、;　　故按主力控制設(shè)計(jì)。</b></p><p><b>　　求下弦桿計(jì)算內(nèi)力</b></p><p>　　：主力： 附加力（列車搖擺力）</p><p><b>　　主+附 ;</b></p><p><b>　　故按主力控制。</b></p>

116、;<p>　　主力十制動(dòng)力 ;</p><p><b>　　故按主力控制。</b></p><p>　?。褐髁Γ?附加力（列車搖擺力）</p><p><b>　　主+附 ；</b></p><p><b>　　故按主力控制。</b></p&g

117、t;<p><b>　　主力十制動(dòng)力 ；</b></p><p><b>　　故按主力控制。</b></p><p>　　斜桿 : 主力： 附加力（橋門架效應(yīng)）</p><p><b>　　主+附 </b></p><p><b>　　故按主力控制。

118、</b></p><p>　　說明：其它桿件（斜桿，吊桿）均按主內(nèi)力計(jì)算。</p><p>　　至此所有主要桿件內(nèi)力均已算完。所有主要桿件內(nèi)力取值情況見表3-2</p><p>　　第4章 主桁桿件截面的選擇</p><p>　　4.1 主桁桿件的截面型式：</p><p>　　主桁桿件的截面型式主要分成兩