3×80m單線鐵路下承式連續(xù)鋼桁梁橋主桁檢算與懸拼方案設(shè)計

1、西 南 交 通 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計380m單線鐵路下承式連續(xù)鋼桁梁橋主桁檢算與懸拼方案設(shè)計年 級: 2009級 學(xué) 號: 20097117 姓 名: 葉葵葵 專 業(yè): 工程檢測與評估 指導(dǎo)老師: 李燕強(qiáng) 2013 年 6 月 院 系 土木工程系 專 業(yè) 工程檢測與評估 年 級 2009級 姓 名 葉葵葵 題 目 380m單線鐵路下承式連續(xù)鋼桁梁橋主桁檢算與懸拼方案設(shè)計 指導(dǎo)教師評 語 指導(dǎo)教師 (簽章)評 閱 人評 語 評 閱 人 (簽章)成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書班 級 09檢測2班 學(xué)生姓名 葉葵葵 學(xué) 號 20097117 發(fā)題日期：2013年2月25日

2、完成日期： 2013年6月12日題 目： 單線鐵路下承式連續(xù)鋼桁梁橋主桁檢算與懸拼方案設(shè)計 1、本設(shè)計的目的、意義:學(xué)生在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計之前，已對公共基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程進(jìn)行了有序的分階段的學(xué)習(xí)，對工程結(jié)構(gòu)已經(jīng)建立起了從設(shè)計原理到設(shè)計方法及施工方法的基本知識結(jié)構(gòu)，但還缺少綜合地系統(tǒng)地運(yùn)用這些知識來解決實際問題的鍛煉機(jī)會。本設(shè)計以鐵路連續(xù)鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)為背景，讓學(xué)生在老師的指導(dǎo)下系統(tǒng)地了解結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算分析和檢算的全過程，完成懸臂拼裝法的施工方案設(shè)計。通過本設(shè)計可鞏固學(xué)生對材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、橋梁工程等知識的掌握，提高學(xué)生分析和解決問題的能力；同時可讓學(xué)生對橋梁工程的認(rèn)識

3、更加清晰、全面；還可通過對橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件、繪圖軟件、數(shù)據(jù)處理、文本處理等軟件的大量使用培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)運(yùn)用能力。 2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) 一、設(shè)計說明書的編制 1、鋼橋施工方法概述 2、橋梁結(jié)構(gòu)概況 3、連續(xù)鋼桁梁橋主桁結(jié)構(gòu)桿件檢算 4、連續(xù)鋼桁梁橋懸臂拼裝施工方案設(shè)計 5、連續(xù)鋼桁梁橋主桁結(jié)構(gòu)施工階段計算分析（內(nèi)力、應(yīng)力、變形） 二、工程圖紙的繪制 1、橋梁總布置圖 2、橋門架、橫向聯(lián)結(jié)系、縱向聯(lián)結(jié)系構(gòu)造圖 3、施工工序圖 4、臨時結(jié)構(gòu)（施工支架）大樣圖 3、論文各部分內(nèi)容及時間分配：（共 16 周）第一部分相關(guān)設(shè)計規(guī)范、設(shè)計資料收集 (2周)第二部分連續(xù)鋼桁梁橋主桁結(jié)構(gòu)桿件檢算 (4周)第

4、三部分連續(xù)鋼桁梁橋主桁結(jié)構(gòu)施工階段計算分析 (2周)第四部分構(gòu)件臨時加固設(shè)計和臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計 (4周)第五部分圖紙繪制 (2周)第六部分設(shè)計說明書編制 (2周)評閱及答辯 備 注 指導(dǎo)教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日摘 要連續(xù)鋼桁梁橋具有造型美觀，跨越能力強(qiáng)，跨徑布置靈活，鋼材強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，是大跨徑橋梁常用的一種結(jié)構(gòu)形式。連續(xù)鋼桁梁的施工要經(jīng)歷一個復(fù)雜的過程，包括結(jié)構(gòu)體系、荷載工況、邊界條件等會隨著施工進(jìn)程而不斷變化，因此為了確保連續(xù)鋼桁橋梁施工過程的安全性，需要對橋梁施工過程進(jìn)行力學(xué)性能分析。設(shè)計以380m單線鐵路下承式連續(xù)鋼桁梁橋為例，采用有限元計算軟件MIDASCIVIL建立完整

5、、詳盡的上部結(jié)構(gòu)有限單元模型，旨在探討分析連續(xù)鋼桁梁橋的靜力性能。為了完成主桁桿件的檢算和懸拼施工方案的設(shè)計，計算了橋梁的各施工階段和成橋階段恒載作用下結(jié)構(gòu)受力，成橋后恒載、恒載活載、主力附加力等荷載組合作用下結(jié)構(gòu)受力；通過應(yīng)用軟件MIDASCIVIL和excel，完成了成橋后荷載組合作用下應(yīng)力、內(nèi)力（主要是軸力）及變形等數(shù)據(jù)的分析和處理，最后根據(jù)相關(guān)規(guī)范和要求完成了主桁桿件的部分檢算；根據(jù)設(shè)計要求和施工的可行性，可以確定一個比較合適的懸拼方案，通過對橋梁的各施工階段和成橋階段恒載作用下結(jié)構(gòu)受力的數(shù)據(jù)的分析，可以進(jìn)一步檢驗主桁桿件的安全性。關(guān)鍵詞： 連續(xù)鋼桁梁；結(jié)構(gòu)分析；有限元方法；懸拼方案A

6、bstract Continuous steel truss bridge with beautiful shape，strong spanning capacity，span layout flexibility，and the high strength，it is a usual form of long-span bridges bridgesThe construction process of long-span bridges will go through a complex process，accompany with the change of construction s

7、cheduling，the structural system；load cases and boundary conditions are changing continually，therefore，to ensure the safety of long-span bridge construction，it needs to carry the mechanical properties analysis on the bridge construction process. This design focuses on athree-span continuous steel tru

8、ss bridge，containing the performance of staticFirstly，the author presents process of building up detailed superstructure finite element models for the Bridge by MIDASCIVIL，a large-scale FEM soft walesFor the main truss rod parts count and cantilever construction inspection program design.The structu

9、ral behavior under loads of construction stages and completed bridge stages are analyzed. Through the application of software MIDAS / CIVIL and excel，completing analysis and processing of such data which is under load combination stress forces(mainlyaxial force) and deformation in operational phase

10、of the bridgeFinally, according to the relevant specifications and requirements for the completion of the main part of the truss rod check calculation. According to the feasibility of the designand construction requirements, we can determinea more appropriate cantilever program .By analysising the d

11、ata of force structure under dead load in the construction phase of the bridge and into the bridge ,we can further examine the safety of main truss rod.Key words: continuous steel truss bridge ; structural analysis ;finite element method; cantilever program目 錄第1章 緒論11.1 我國鋼桁梁橋的建設(shè)成就11.2 我國鋼桁梁橋設(shè)計、制造和計

12、算技術(shù)發(fā)展41.2.1 我國鋼桁梁橋設(shè)計和制造技術(shù)發(fā)展41.2.2 我國鋼桁梁橋計算技術(shù)發(fā)展61.3 鋼桁梁橋的施工架設(shè)方法71.4 設(shè)計概況81.4.1 橋梁概況81.4.2 設(shè)計任務(wù)9第2章 主桁桿件內(nèi)力計算102.1 有限元計算方法概述102.2上部結(jié)構(gòu)梁單元模型的建立102.2.1 使用節(jié)點(diǎn)和單元建立模型102.2.2 材料的定義112.2.3 截面數(shù)據(jù)的輸入122.2.4 邊界條件的建立132.2.5 輸入靜力荷載152.2.6 移動荷載的輸入182.2.7 支座沉降的輸入192.2.8 其它主要設(shè)置202.3 結(jié)果分析212.3.1 橋梁撓度212.3.2 主桁桿件內(nèi)力整理22第3

13、章 主桁桿件計算243.1 桿件的計算方法243.2 主桁桿件的檢算303.2.1只承受壓力桿件的驗算303.2.2只承受拉力桿件的驗算303.2.3 以壓為主的拉壓桿件驗算323.2.4 以拉為主的拉壓桿件驗算343.2.5 端斜桿的驗算353.2.6 吊桿驗算36第4章 施工方法及施工階段計算分析424.1 施工方法的確定及施工階段的劃分424.1.1 懸臂拼裝方法概述424.1.2 三跨連續(xù)鋼桁梁施工434.1.3 施工階段的劃分484.2 施工階段計算分析494.2.1 計算各工況主桁架豎向變形493.2.2計算各工況主桁桿件應(yīng)力514.2.3 施工階段的內(nèi)力分析53結(jié)論56致謝57參

14、考文獻(xiàn)58第1章 緒論1.1 我國鋼桁梁橋的建設(shè)成就我國早在19世紀(jì)90年代就開始了鋼桁梁橋的建設(shè)，到現(xiàn)在已有100多年的歷史。1894年建成灤河大橋，其上部結(jié)構(gòu)由多孔鋼桁梁和鋼板梁組成，在建造過程中外國工程師遇到困難而告退，最后由我國工程師詹天佑完成，這是我國第一次主持修建鋼桁梁橋。1937年建成的錢塘江大橋為公鐵兩用橋，全長1072m，公路橋面雙車道布置在上層，鐵路橋面單線布置在下層，正橋為16孔65.86m簡支鋼桁橋，主桁用平行弦三角形桁架，桁架中心距6.1m，桁高lO.7m，采用鉻合金鋼制造，鉚釘連接；該橋為我國著名橋梁專家茅以升負(fù)責(zé)設(shè)計和監(jiān)督施工，是我國歷史上有自己工程師設(shè)計和監(jiān)造的

15、第一座雙層公鐵兩用大橋，該橋現(xiàn)狀見圖1-1。圖1-1 錢塘江大橋現(xiàn)狀 但建國以前所建的鋼桁梁橋跨度較小，所用的鋼材是進(jìn)口的，結(jié)構(gòu)都采用鉚接，工藝簡陋。建國后，鋼桁梁橋技術(shù)發(fā)展很快，1957年借用原蘇聯(lián)的鋼材和技術(shù)，建成京廣鐵路武漢長江大橋，正橋為三聯(lián)，每聯(lián)為3128m連續(xù)鉚接鋼桁梁。1968年，用國產(chǎn)16Mnq低合金鋼，完全靠自己的力量，建成南京長江大橋，主跨由1孔128m簡支鋼桁梁和三聯(lián)3160m連續(xù)鋼桁梁組成。武漢長江大橋和南京長江大橋現(xiàn)狀見圖1-2。 圖1-2 武漢長江大橋和南京長江大橋現(xiàn)狀 20世紀(jì)60年代中期，為加快鐵路建設(shè)，在成昆鐵路修建中，系統(tǒng)地研究發(fā)展了栓焊鋼桁梁橋新技術(shù)，一舉

16、建成各種不同結(jié)構(gòu)形式的栓焊鋼桁梁橋四十幾座，結(jié)束了在我國使用了近100年的鉚接鋼桁梁橋的歷史，這在我國鋼桁梁橋發(fā)展史上是一個很大的進(jìn)步。其中1966年建成的迎水河大橋主跨112米，為中國第一座栓焊鋼橋。1971年，建成的枝城長江大橋為公鐵兩用橋，由一聯(lián)5128m平行弦菱形桁架梁和一聯(lián)4160m帶下加勁弦桿的平行菱形桁架梁組成，鐵路和公路設(shè)于桁架下弦同一平面上，兩桁架之間為雙線鐵路，外側(cè)各有5m寬單車道公路及1.45m寬人行道，見圖1-3。 圖1-3 枝城長江大橋 1977年建成的密云水庫白河橋，為3128m連續(xù)栓焊鋼桁梁。1985年建成的長(垣)東(明)鐵路一橋，位于山東省東明縣城西南約有7k

17、m處，該橋共有296個敦臺，300孔梁，全長12976m，當(dāng)時為我國最長的鐵路橋，河槽部分采用16孔菱形桁架栓焊鋼梁，最大跨度108m。1993年用國產(chǎn)鋼強(qiáng)度鋼材和厚板建成九江長江公鐵兩用大橋，上層為4車道公路橋，車道寬14m，兩側(cè)人行道各寬2m，下層為雙線鐵路橋；正橋為11孔鋼梁，其中主孔為桁拱組合體系，由3跨180+216+180(m)連續(xù)剛性鋼桁梁與柔性鋼加勁拱組成，北側(cè)邊孔為兩聯(lián)3162m連續(xù)鋼桁梁，南側(cè)邊孔為一聯(lián)2162m連續(xù)鋼桁梁；主桁采用帶下加勁弦桿的平行弦三角形桁架，桁高16m，在支點(diǎn)處加高至32m：加勁拱中孔矢高32m，邊孔24m：全部鋼梁為栓焊結(jié)構(gòu)，并采用高強(qiáng)度15MnVN

18、q鋼材(屈服強(qiáng)度420MPa)與56mm厚板，見圖1-4。圖1-4 九江長江公鐵兩用大橋 1995年建成通車的孫口黃河大橋位于京九鐵路線上，是一座跨越黃河的雙線鐵路橋：正橋為4108m的下承式連續(xù)剛桁梁橋；主桁采用三角形鋼桁架，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間長12m，桁高13.6m，桁寬10m；上、下弦桿和支點(diǎn)處斜桿采用箱形截面，其余斜腹桿為工字形截面；主桁與節(jié)點(diǎn)板焊接成整體在預(yù)制廠進(jìn)行，主桁弦桿均采用M24高強(qiáng)度螺栓在工地全截面對接拼接：該橋系中國首次采用整體節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。在建成孫口黃河鐵路大橋的基礎(chǔ)上，于1999年在長東鐵路一橋上游(南)30m處，平行建成了長東鐵路二橋，該橋采用三角鋼桁整體節(jié)點(diǎn)栓焊結(jié)構(gòu)，從設(shè)計和建

19、造技術(shù)上較一橋都有很大改進(jìn)，兩橋現(xiàn)狀見圖1-5。 圖1-5 長東鐵路大橋和蕪湖長江大橋 2000年竣工通車的蕪湖長江大橋為公鐵兩用鋼桁低塔斜拉橋，見圖1-5，其主梁首次大規(guī)模采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋面板與鋼桁梁共同受力的板桁組合結(jié)構(gòu)；下層為鐵路為I級，雙線；上層為公路，4車道，車行道寬18米，兩側(cè)人行道各寬1.5米，；正橋主跨為180+312+180m連續(xù)斜拉鋼桁梁整體節(jié)點(diǎn)。鐵路橋長10616米，公路橋長6078米，其中跨江橋長2193.7米，像如此大跨度的公鐵兩用斜拉橋，在我國是第一座，在世界上也是屈指可數(shù)，名列前茅的；蕪湖長江大橋以其大規(guī)模，新技術(shù)和一流的質(zhì)量，成為中國橋梁史上繼武漢，南京，

20、九江長江大橋之后的第四座里程碑。1.2 我國鋼桁梁橋設(shè)計、制造和計算技術(shù)發(fā)展1.2.1 我國鋼桁梁橋設(shè)計和制造技術(shù)發(fā)展從上一節(jié)我國鋼桁梁橋的發(fā)展歷史來看，其設(shè)計和制造技術(shù)發(fā)展至少表現(xiàn)為以下四個方面。（1）建橋鋼材的發(fā)展50年代我國鋼橋主要采用A3q鋼，如武漢長江大橋的連續(xù)鋼桁梁就是用低碳鋼制造的。由于低碳鋼屈服強(qiáng)度較低(240MPa)，使得橋梁截面尺寸和自重都較大。為了減輕鋼梁自重，在60年代成功研制了強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性能良好的16Mnq鋼(屈服強(qiáng)度340MPa)，并首先應(yīng)用在成昆線部分橋梁和南京長江大橋上，比用低碳鋼節(jié)省鋼材約15。為了適應(yīng)發(fā)展大跨度栓焊鋼梁的需要，我國70年代研制成功

21、了屈服強(qiáng)度達(dá)420MPa的15MnVN鋼種，曾用在白河橋上，比用16Mnq鋼省10以上，焊接鋼板厚度達(dá)40mm。為了改善15MnVNq鋼的焊接性能，提高焊后的低溫沖擊韌性和時效沖擊韌性，根據(jù)不同部位的應(yīng)用，發(fā)展為A、B、C三級。新型鋼材的應(yīng)用，也促進(jìn)了厚板在鋼梁制造中的應(yīng)用，在九江長江大橋中最厚鋼板達(dá)56mm。為有效防止焊接裂紋的產(chǎn)生，在厚板焊接整體節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的蕪湖長江大橋鋼梁中，采用了淬硬傾向較小的14MnNbq鋼。（2）由鉚接發(fā)展為栓焊由于鉚接施工復(fù)雜并且質(zhì)量不容易保證；而用栓焊技術(shù)，腹板和翼緣板之間的焊接質(zhì)量容易保證，螺栓連接可以機(jī)械化施工，速度快，螺栓受力可以控制，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了高強(qiáng)螺

22、栓連接技術(shù)。連接技術(shù)的發(fā)展見圖1-6。在成昆鐵路修建過程中，1966年建成的迎水河大橋是我國第一座栓焊鋼橋。 圖1-6 連接技術(shù)的發(fā)展 （3）由節(jié)點(diǎn)內(nèi)拼接發(fā)展為整體節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)外拼接采用節(jié)點(diǎn)內(nèi)拼接，施工現(xiàn)場桿件、板件繁多，節(jié)點(diǎn)處構(gòu)造和受力復(fù)雜，連接質(zhì)量不易保證；隨著鋼材和焊接技術(shù)的發(fā)展，使得開口H型截面桿件向閉口箱型桿件發(fā)展，厚板焊接整體節(jié)點(diǎn)制造技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，縮減了節(jié)點(diǎn)處板件，方便了施工，使得節(jié)點(diǎn)連接簡化，保證了連接質(zhì)量。制造技術(shù)發(fā)展見圖1-7。1995年，在京九鐵路線上建成通車的孫口黃河大橋是我國第一座采用整體節(jié)點(diǎn)技術(shù)的鋼桁梁橋。 圖1-7 制造技術(shù)的發(fā)展 （4）從簡單的桁架梁橋向組合體系

23、橋梁的發(fā)展由我國鋼桁梁橋的發(fā)展歷史可以看出，其結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)走出了簡單的平行弦鋼桁架階段，組合新式結(jié)構(gòu)得到了長足的發(fā)展。正如我們看到的一樣，由早期單一的鋼桁結(jié)構(gòu)(錢塘江大橋、武漢長江大橋、南京長江大橋、長東鐵路大橋、孫口黃河大橋等)，發(fā)展到了鋼桁和拱的組合結(jié)構(gòu)(迎水河大橋、九江長江大橋)、鋼桁低塔斜拉(蕪湖長江大橋)、鋼桁斜拉(武漢天興洲長江大橋，在建)、鋼桁拱(福廈線閩江特大橋主橋，在建)和加勁弦三片主桁結(jié)構(gòu)(東莞市東江大橋，在建)等多種結(jié)構(gòu)形式。隨著鋼材質(zhì)量與建造技術(shù)的發(fā)展，鋼桁梁橋的結(jié)構(gòu)形式也向高強(qiáng)、輕型、整體、大跨的方向發(fā)展，由原來單一的桁梁向大型復(fù)雜的整體節(jié)點(diǎn)、箱型桿件、鋼桁組合體系等

24、方向發(fā)展。東西方向平行，間隔30m的長東鐵路一橋和二橋建成時間前后僅僅相差14年，而從技術(shù)和構(gòu)造角度來看，二橋比一橋都有很大的進(jìn)步。具體表現(xiàn)為二橋采用整體節(jié)點(diǎn)，主桁形式簡化和主桁高度降低，見圖1-5。1.2.2 我國鋼桁梁橋計算技術(shù)發(fā)展 由于鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)形式漸趨復(fù)雜，這就給鋼桁梁橋的計算帶來了許多困難。我國對鋼桁梁橋的計算方法大致分為采用鉸接平面系統(tǒng)計算、空間梁單元有限元模型、板殼和實體有限單元模型計算等三個階段。鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)是由一些平面結(jié)構(gòu)組成，在計算手段不發(fā)達(dá)的時候，假設(shè)各平面只承受與該平面平行的荷載，桿件連接形式為鉸接，把各個荷載化為平面荷載進(jìn)行計算。但是，這種計算方法也存在許多問題，諸

25、如橋跨結(jié)構(gòu)實際為空間結(jié)構(gòu)，按平面結(jié)構(gòu)計算，較難反映其真實情況；材料潛力較難發(fā)揮等。 自20世紀(jì)50年代以來，由于計算理論和計算方法與手段的不斷進(jìn)步，尤其近些年來隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，鋼桁梁橋的計算也由分解的平面結(jié)構(gòu)分析轉(zhuǎn)向整體空間結(jié)構(gòu)全橋梁單元模型分析。這種結(jié)構(gòu)空間計算方法，不僅能夠擯棄多年來橋梁計算所采用的人為假設(shè)(如計算體系與平面的假設(shè)、連接形式的鉸接或剛接假設(shè)等)，克服這些假設(shè)帶來的不足，建立完整、統(tǒng)一的全橋結(jié)構(gòu)分析模型?？臻g梁單元方法已經(jīng)相對完善，能夠滿足一定的工程結(jié)構(gòu)和計算精度的要求，但是仍存在著不能考慮節(jié)點(diǎn)細(xì)部真實構(gòu)造和梁單元點(diǎn)接觸帶來的杼件物理量的計算誤差等問題。 因此，要繼

26、續(xù)發(fā)展和提高鋼橋的結(jié)構(gòu)分析計算水平，就需要探討更加合理的計算模型和計算方法。采用板殼和實體有限單元的方法，能夠準(zhǔn)確模擬構(gòu)件的空間位置、尺寸、材料特性、連接形式和荷載作用等詳細(xì)情況，已經(jīng)是計算大型鋼桁梁橋的趨勢。1.3 鋼桁梁橋的施工架設(shè)方法 鋼橋的施工方法，一般在設(shè)計時就要考慮好。施工方法不同，設(shè)計內(nèi)容、制造方法等也隨著改變。所以鋼橋的施工方法是一個重要問題。 鋼橋的施工方法，要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式、跨度、橋梁寬度、橋位處的地形、地質(zhì)、水文條件以及當(dāng)?shù)亟煌顩r來確定，同時必須考慮現(xiàn)有設(shè)備條件、施工技術(shù)水平、工期、工程造價、施工安全等因素。 鋼桁梁架設(shè)之前，需要在現(xiàn)場的預(yù)拼場內(nèi)的拼裝臺座上完成以下主

27、要工作：桿件油漆、弦桿與拼接板的預(yù)拼、兩片縱梁的預(yù)拼等。預(yù)拼時注意弦桿節(jié)點(diǎn)設(shè)置預(yù)拱度轉(zhuǎn)角的核查。 預(yù)拼合格后的桿件按順序先后運(yùn)到提升站，由龍門吊機(jī)或爬行吊機(jī)提運(yùn)至平板車上，再由牽引車運(yùn)至拼梁吊機(jī)下拼裝架設(shè)就位。 鋼桁梁的架設(shè)方法很多，可以按照臨時支撐設(shè)配以及架設(shè)機(jī)械進(jìn)行分類。 1.按臨時支撐設(shè)配進(jìn)行分類按臨時支撐設(shè)配分類主要有如下幾種方法： （1）有支撐設(shè)備架設(shè)法：即在腳手架上進(jìn)行拼裝。此法適用橋下凈空不高、水深較淺處。 （2）桁梁架設(shè)法：預(yù)先在橋孔處拼裝便橋作為支撐臺架，再進(jìn)行橋梁架設(shè)。 （3）纜索支撐架設(shè)法：利用纜索上吊下的支撐吊架來架設(shè)橋梁，可用于懸索橋主橋架設(shè)。 （4）斜拉索支撐的架設(shè)

28、法：與纜索支撐架設(shè)法大體相同，斜拉索是支撐。這是斜拉橋主橋架設(shè)的常用方法。 2.按架設(shè)機(jī)械進(jìn)行分類按架設(shè)機(jī)械進(jìn)行分類主要有如下多種方法： （1）行走吊機(jī)架設(shè)法：使用于陸地上安裝高度不大的板梁，在城市高架橋上應(yīng)用廣泛。 （2）門吊架設(shè)法：適用于地形變化不大，架設(shè)連續(xù)多孔板梁橋。依靠兩個龍門吊機(jī)和吊機(jī)縱向移動軌道，設(shè)備簡單、施工方便。 （3）浮吊架設(shè)法：在河上或海上利用大噸位浮吊整孔架設(shè)鋼橋。此法適用于大跨度橋梁。 （4）懸臂架設(shè)法：用移動式剛腿轉(zhuǎn)臂起重機(jī)，一邊拼裝一邊向前推進(jìn)。這是我國鋼梁橋架設(shè)的常用方法。 （5）縱向拖拉法：有縱向聯(lián)接拖拉法、導(dǎo)梁拖拉法和梁上設(shè)扒桿法。前兩者在我國常用，往往兩者

29、聯(lián)合使用，附加設(shè)備少、工期短。 （6）釣魚法：小跨徑橋梁架設(shè)時，可在前后橋墩上豎立支柱或扒桿，用一組拉索系住梁，另一組拉索吊住梁的前端同時將梁向前拉拽進(jìn)行架設(shè)。 （7）纜索吊機(jī)架設(shè)法：方法同拱橋的無支架纜索吊裝。 （8）浮運(yùn)架設(shè)法：在浮船上拼裝橋梁，并將浮船拖拽到位，浮船灌水下沉，將梁安放在橋墩上。 （9）橫移架設(shè)法：適用于舊橋改建。在平行舊橋方向組裝新橋，將新橋梁端支承在臺車上，然后將臺車橫向移動到舊橋位置安放新橋。 （10）旋轉(zhuǎn)架設(shè)法：這種方法與拱橋的轉(zhuǎn)體施工類似。1.4 設(shè)計概況1.4.1 橋梁概況 全橋長240m，主桁桁式為三角形，桁高11m，節(jié)間長8m，主桁中心距為5.75m。下承式

30、簡支鋼桁梁橋由主桁架、聯(lián)結(jié)系、橋面系、制動聯(lián)結(jié)系、橋面、支座及墩臺等幾個部分組成。主桁架是鋼桁架橋的主要承重結(jié)構(gòu)，主要承受豎向荷載。聯(lián)結(jié)系將兩片主桁架聯(lián)結(jié)在一起使橋跨結(jié)構(gòu)成為穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)?？v向聯(lián)結(jié)系的主要作用是承受作用于橋跨結(jié)構(gòu)上的橫向水平荷載，也可減小弦桿在主桁平面外的計算長度。中間橫梁的作用是增加鋼桁架橋的抗扭剛度，而端橫聯(lián)主要是承受由上平縱聯(lián)傳來的橫向荷載，因而所受的力要比中間橫聯(lián)大得多。橋面系由縱梁、橫梁及縱梁之間的的聯(lián)結(jié)系組成。主要承受并傳遞豎向荷載和縱向荷載。制動聯(lián)結(jié)系的作用是使作用于縱梁上的縱向水平制動力通過制動聯(lián)結(jié)系穿至主桁架，從而減小縱向荷載對橋面系桿件特別是橫梁的不利影響

31、。1.4.2 設(shè)計任務(wù)本文以某三跨連續(xù)鋼桁梁橋為例，以我國鐵路鋼橋的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計結(jié)構(gòu)為背景，完成主桁結(jié)構(gòu)桿件檢算的全過程，同時對設(shè)計橋梁進(jìn)行懸拼方案的制定，根據(jù)該大跨徑連續(xù)鋼桁梁橋懸拼施工的實際情況，為確保該聯(lián)橋在施工過程中的安全及結(jié)構(gòu)撓度、應(yīng)力均在容許范圍之內(nèi)，對該聯(lián)橋梁的施工過程進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)性能分析。本文主要設(shè)計工作包括：(1) 使用有限元軟件Midascivil，建立該三跨連續(xù)鋼桁梁整體分析與局部分析的有限元計算模型。(2) 應(yīng)用軟件Midascivil和excel分析和處理數(shù)據(jù)，完成成橋部分檢算，以確保橋梁運(yùn)營階段的安全性。 （3）設(shè)計懸拼施工方案，模擬該三跨連續(xù)鋼桁梁橋梁施工過程，對各

32、個階段的橋梁線形及桿件應(yīng)力進(jìn)行計算與分析，以確保橋梁施工方案的可行性和橋梁建造的安全性。 第2章 主桁桿件內(nèi)力計算2.1 有限元計算方法概述有限元可以被看做結(jié)構(gòu)分析的一種通用方法，有限單元法是將連續(xù)體理想化為有限個單元的集合體，這些單元僅在有限個結(jié)點(diǎn)上相連接，作了物理上的近似，首先進(jìn)行單元分析，用結(jié)點(diǎn)位移表示單元內(nèi)力，然后將單元再合并成結(jié)構(gòu)，作整體分析，建立整體平衡條件。在求解力學(xué)問題時，有的以位移為基本未知量，也有的以應(yīng)力為基本未知量，在有限單元法中也是如此，但是在這些方法中，最普遍的是以單元上結(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量求解，這種方法稱為位移有限元法作為分析的條件，應(yīng)給出結(jié)點(diǎn)荷載、結(jié)構(gòu)的幾何條件

33、如結(jié)點(diǎn)位置和結(jié)構(gòu)單元的剛度性質(zhì)，求出結(jié)構(gòu)單元中的結(jié)點(diǎn)位移和內(nèi)應(yīng)力。在有限單元法中，原來連續(xù)體的材料特性，如正交異性、非線性、彈塑性等可在單元中保留，對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式、邊界條件及荷載情況，在有限單元法中均可以處理，因此有限單元法有很大的優(yōu)越性。2.2上部結(jié)構(gòu)梁單元模型的建立 為了分析橋梁在施工過程中和成橋后的各項力學(xué)性能，依據(jù)該橋梁的施工方案，采用有限元計算軟件MidasCivil建立該橋的上部結(jié)構(gòu)計算模型。理想桁架結(jié)構(gòu)中的各個桿件都屬于二力桿，即僅承受拉力或者壓力的作用，但是在實際橋梁結(jié)構(gòu)中，采用高強(qiáng)螺栓連接或者焊接連接節(jié)點(diǎn)的桿件，除了可以傳遞軸力以外，還可以傳遞彎矩、剪力、扭矩等，所以在建

34、模時，桿件單元不宜選用桁架單元，采用空間梁單元則更貼近實際結(jié)構(gòu)。因此，在該橋有限元建模中，鋼桁梁各桿件采用空間梁單元模擬。2.2.1 使用節(jié)點(diǎn)和單元建立模型在MIDAS中選者模型節(jié)點(diǎn)建立，根據(jù)設(shè)計的橋梁概況對應(yīng)的距離建立節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)建立單元，在建立單元的時候要注意節(jié)點(diǎn)連接的正確避免錯連，建立出的全橋概圖如圖2-1。2.2.2 材料的定義在MIDAS中定義材料的方法主要有調(diào)用數(shù)據(jù)庫資料和用戶直接輸入材料有關(guān)特性值兩種。這里定義的第一種材料鋼材調(diào)用數(shù)據(jù)庫的方法，首先選者鋼材，然后選擇規(guī)范GB（S），最后在數(shù)據(jù)庫中選擇16Mnq，這樣第一種材料定義就完成了。材料定義對話框設(shè)置如圖22。圖2-1 全

35、橋概圖圖2-2 鋼材材料定義設(shè)置 另外還會用到一種虛擬材料，這里就要用用戶直接輸入了。所謂的虛擬材料是用來加載車道荷載的，由于在設(shè)計中沒有添加真正的軌道，所以用一根虛擬梁來代替，但是又不能增加梁的自重，故在定義時容重和線膨脹系數(shù)均設(shè)置為0,泊松比為0.3，彈性模量和鋼材設(shè)置為同一數(shù)量級如圖2-3。圖2-3 虛擬材料定義設(shè)置2.2.3 截面數(shù)據(jù)的輸入前面只建立了單元沒有給單元定義截面，這里我們添加截面以主桁的一根桿件截面為例。截面為工字形截面，尺寸組成為豎板：2460mm20mm；水平板：1420mm12mm；在截面數(shù)據(jù)中選擇用戶，然后輸入截面對應(yīng)的數(shù)值如圖2-4。截面輸入好后有的單元還需要修改

36、偏心，以及旋轉(zhuǎn)單元。（見圖2-4）。圖2-4 截面數(shù)據(jù)的輸入2.2.4 邊界條件的建立 1.設(shè)置節(jié)點(diǎn)之間的連接 （1）設(shè)置橫梁端部和主桁豎桿之間的連接 在實際結(jié)構(gòu)中橫梁高度范圍內(nèi)，橫梁和主桁豎桿都有連接角鋼連接，如圖2-5（b)所示。豎桿的受橫梁豎彎影響而主桁平面外彎曲明顯，為了較準(zhǔn)確地模擬這一作用，把橫梁端部處理為截面中心和上、下翼緣之間剛性連接,如圖2-5（a）所示。 （a） (b)圖2-5 橫梁與主桁的連接 （2）設(shè)置縱梁和縱梁聯(lián)結(jié)系之間的連接 實際結(jié)構(gòu)中，縱梁的水平聯(lián)結(jié)系和縱梁上翼緣相連，在每個節(jié)間的縱梁跨中還有橫向豎平面的連接桿件，而縱梁用與其截面中心重合的梁單元模擬，模型中這些桿件

37、沒有共節(jié)點(diǎn)，本實例用剛性連接來模擬這種空間連接作用,如圖2-6所示。圖2-6 縱梁和縱梁聯(lián)結(jié)系之間的連接 （3）設(shè)置虛擬車道和縱梁之間的連接圖2-7 虛擬車道和縱梁之間的連接 縱梁和虛擬車道之間的剛性連接僅選擇豎向自由度，模擬車道列車活載向縱梁的傳遞。該處不能選中Dy，否則縱、橫梁節(jié)點(diǎn)通過虛擬車道形成橫向剛性連接，縱梁之間的橫梁段將不參與豎向荷載作用下的豎向彎曲作用。如圖2-7所示。 （4）設(shè)置制動撐架和縱、橫梁之間的連接選用彈性連接中的剛接。如圖2-8所示 圖2-8 制動撐架和縱、橫梁之間的連接 （5）設(shè)置下平縱聯(lián)中間節(jié)點(diǎn)和縱梁聯(lián)結(jié)系之間的板鉸連接，如圖2-9所示。 圖2-9 設(shè)置板鉸連接實

38、際的板鉸連接如圖2-9所示，板鉸在橫向和豎向約束較強(qiáng)，縱向約束很弱，這里用橫向和豎向的剛性連接近似模擬這種板鉸結(jié)構(gòu)約。 （6）設(shè)置橋門架上橫撐和上平縱聯(lián)端橫撐之間的連接選用彈性連接中的剛接 2設(shè)置支承約束根據(jù)不同的施工階段，設(shè)置不同的結(jié)構(gòu)支承約束。 （1）設(shè)置虛擬車道彈性支承約束 設(shè)置虛擬車道和縱梁之間的剛性連接，使得虛擬車道有豎向線位移約束，為防止計算過程出現(xiàn)奇異，對虛擬車道施加縱向、橫向線位移和繞縱向的轉(zhuǎn)動節(jié)點(diǎn)彈性支撐，這些約束剛度很小，不影響整不影響整體計算結(jié)果。 （2）釋放橫梁梁端約束 該橋全部用梁單元建模，對于端橫梁，其端部上翼緣有拼接板和下弦端節(jié)點(diǎn)板頂部相連，抗豎向彎曲能力較強(qiáng)；對

39、于中間橫梁，其端部腹板通過兩個角鋼和主桁豎桿相連，下翼緣板通過節(jié)點(diǎn)板和主桁下弦桿連接，而橫梁上翼緣板并沒有和主桁架豎桿直接連接。用完全約束的梁單元建模，在這些部位是有一定誤差的，采用釋放梁端約束的方法，可以在一定程度上消除這種誤差.如圖2-10所示圖2-10 釋放橫梁梁端約束2.2.5 輸入靜力荷載本設(shè)計考慮的荷載有自重、二期荷載、無車橫風(fēng)、有車橫風(fēng)、橫向搖擺力、制動力。首先是自重的輸入，在荷載中選擇自重荷載工況命名為自重，考慮焊縫重量為自重的1.5%，螺栓的重量為自重的2.5%3%，因此自重轉(zhuǎn)化系數(shù)取-1.04。自重系數(shù)x=0，y=0，z=-1.04在點(diǎn)添加如圖（2-11）。圖2-11 靜力

40、荷載工況自重 二期恒載，大小為10kN/m，平均分配到兩片縱梁上，大小為5kN/m，以梁單元荷載加載到縱梁上，方向豎直向下（見圖2-12）。圖2-12 靜力荷載工況二期恒載無車橫風(fēng)梁單元荷載(見圖2-13)，按照橋規(guī)取W(風(fēng)荷強(qiáng)度)為1250Pa作用在上平縱聯(lián)上橫向風(fēng)力分布集度： 作用在下平縱聯(lián)上橫向風(fēng)力分布集度：圖2-13 靜力荷載工況無車橫風(fēng)有車橫風(fēng)梁單元荷載（2-14），按照橋規(guī)取W(風(fēng)荷強(qiáng)度)為1250Pa作用在上平縱聯(lián)上橫向風(fēng)力分布集度： 作用在下平縱聯(lián)上橫向風(fēng)力分布集度：圖2-14 靜力荷載工況有車橫風(fēng)制動力：滿布列車荷載的7%為荷載集度W,以梁單元荷載形式加載在兩縱梁上（見圖2-

41、15）。圖2-15 靜力荷載工況制動力2.2.6 移動荷載的輸入在移動荷載規(guī)范中選擇China，車道選擇虛擬梁，這樣車輛就加載在虛擬梁上通過虛擬梁就傳遞到縱梁，建立移動荷載工況添加加載車道，車輛選者中荷載（見圖2-16） 圖2-16 添加車道和定義標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載 定義移動荷載工況，見圖2-17 圖2-17 定義移動荷載工況2.2.7 支座沉降的輸入假設(shè)每個支座沉降10mm,由于有6個支座所以建立6個支座沉降組，然后在添加到支座沉降荷載工況（見圖2-18）。 圖2-18支座沉降2.2.8 其它主要設(shè)置分析數(shù)據(jù)庫的輸入：在MIDAS中選擇分析-移動荷載分析數(shù)據(jù)庫，加載位置為影響線加載，計算版單元中心

42、內(nèi)力、應(yīng)力，桿系單元內(nèi)力最大值、應(yīng)力，沖擊系數(shù)中規(guī)范類型為其他規(guī)范，跨度計算方法是：按影響線加載長度，橋梁類型為列車（地鐵），連續(xù)鋼桁梁分18/（40+L）和28/（40+L）進(jìn)行計算（見圖2-19）。圖2-19 移動荷載分比控制數(shù)據(jù)設(shè)置 荷載組合的設(shè)置，由于后面的檢算的需要，這里設(shè)置11個荷載組合（見表2-1）。由于在不同的外力組合下容許應(yīng)力要得到不同的提高（見表2-2），為了更方便的對比不同的外力組合下的應(yīng)力，其中恒載系數(shù)設(shè)為，活載在風(fēng)荷載和制動力下的系數(shù)分別設(shè)為、。表2-1 荷載組合1恒（包括沉降）活2恒風(fēng)升溫3恒風(fēng)降溫4恒活風(fēng)升溫5恒活風(fēng)降溫6恒活制動力升溫7恒活制動力降溫8恒（包括沉

43、降）9恒（不包括沉降）活10恒風(fēng)11恒活風(fēng)12恒活制動力表2-2 各種外力組合容許應(yīng)力的提高系數(shù)序號外力組合提高系數(shù)1主力1.02主力制動力1.253主力風(fēng)力1.24主力次應(yīng)力制動力（或風(fēng)力）1.455鋼梁安裝主力1.2主力風(fēng)力1.31.42.3 結(jié)果分析2.3.1 橋梁撓度橋梁在移動荷載max作用下的位移，最大值為36.76mm，如圖2-20。圖2-20 移動荷載max最大變形（單位：mm） 橋梁在移動荷載min作用下的位移，最大值為85.41mm，如圖2-20。圖2-21 移動荷載min最小變形（單位：mm）鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 TB10002.2-2005連續(xù)鋼桁梁橋的邊跨撓度不大于L

44、/900，也就是88.89mm，中跨撓度不大于L/750,也就是106.67mm。由計算結(jié)果可知梁橋在中活載作用下，梁橋的最大撓度為：85.4mm88.89mm106.67mm，滿足要求。2.3.2 主桁桿件內(nèi)力整理在中活載作用下，由Midas/civil計算出所有桿件的內(nèi)力，現(xiàn)對主桁桿件的一半內(nèi)力統(tǒng)計如下表2-3。表2-3 主桁桿件內(nèi)力統(tǒng)計第3章 主桁桿件計算3.1 桿件的計算方法設(shè)計原理我國現(xiàn)行鐵路橋梁設(shè)計規(guī)范采用容許應(yīng)力法，容許應(yīng)力設(shè)計法以彈性設(shè)計理論為基礎(chǔ)。設(shè)計準(zhǔn)則是： （3-1） 式中：結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)荷載的計算應(yīng)力。不考慮荷載組合系數(shù)(即所有荷載組合系 數(shù)均為1.0； 設(shè)計規(guī)范規(guī)定的容許應(yīng)力，對于鋼橋約為； 鋼材屈服強(qiáng)度； 不同荷載組合的容許應(yīng)力提高系數(shù)； 但是，該方法不能充分反映不同荷載的統(tǒng)計特征，較大程度的依賴經(jīng)驗，他將逐步被以概率統(tǒng)計和可靠度理論為基礎(chǔ)的概率極限狀態(tài)設(shè)計法取代。 由于鋼橋破壞狀態(tài)的復(fù)雜性，鋼橋結(jié)構(gòu)失效不能采用單一的極限狀態(tài)表達(dá)，一般應(yīng)包括強(qiáng)度破壞極限狀態(tài)