论文总字数：30048字

摘 要

钢结构桥梁自其问世以来就备受关注，其灵活多变的结构形式使其适用于几乎所有跨度的桥梁建设。其中，钢桁架梁桥以其建筑高度低、跨越能力强、本身架设速度快、能减少交通中断时间等优势，已经成为极具竞争力的桥型。近年来新建的钢桁梁桥越来越多，在铁路桥梁、公路桥梁和城市道路桥梁中，都能看到钢桁梁桥的身影。

现为某桥危桥改造工程设计一座跨径为60m 100m 60m三跨连续钢桁架梁桥，选用Q345qD型钢材作为主体钢桁架材料。本文根据规范要求对桥梁整体上部结构进行设计和计算分析。首先确定其主桁架总体布置，主要桁杆长度、截面形式、细部尺寸和节点构造；然后运用midas Civil桥梁有限元软件建立基于梁单元的整体上部结构模型；最后验算该模型在恒载、活载、温度荷载、横向风荷载和支座沉降组等单独作用及其荷载组合作用下，整体上部结构的位移和各个杆件的组合应力，验算各个杆件的刚度和抗压稳定性。通过有限元软件的计算分析，桥梁整体上部结构受力性能是符合规范要求的，说明结构设计是合理可行的。

关键词：钢桁梁，结构设计，有限元，应力验算

Abstract

Steel-structured bridges have received much attention since their inception, and their flexible and versatile structural forms make them suitable for bridge construction in almost all spans. Among them, the steel truss girder bridge has become a very competitive bridge type because of its low building height, strong spanning ability, fast erection speed and reduced traffic interruption time. In recent years, more and more new steel truss bridges have been built, and steel truss bridges can be seen in railway bridges, highway bridges and urban road bridges.

A three-span continuous steel truss girder bridge with a span of 60m 100m 60m is designed for a bridge bridge renovation project. Q345qD steel is used as the main steel truss material. This paper designs and calculates the overall superstructure of the bridge according to the requirements of the specification. Firstly determine the overall layout of the main truss, the main mast length, section form, detail size and joint structure; then use the midas Civil bridge finite element software to establish the overall superstructure model based on the beam element; finally verify that the model is in dead load, live load Under the action of temperature load, lateral wind load and bearing settlement group, the displacement of the whole superstructure and the combined stress of each member are used to check the stiffness and compressive stability of each member. Through the calculation and analysis of the finite element software, the mechanical performance of the overall superstructure of the bridge is in compliance with the requirements of the specification, indicating that the structural design is reasonable and feasible.

KEY WORDS: Steel truss girder, structural design, finite element, stress check

目 录

摘 要 1

Abstract 2

第一章 绪论 1

1.1概述 1

1.1.1钢结构桥梁的发展与特性 1

1.1.2钢桁梁桥的发展与特性 2

1.2本文的主要研究内容 3

第二章 钢桁梁结构设计 4

2.1工程概况 4

2.2平、纵、横断面布置 4

2.3主要材料的选用 5

2.4主桁架尺寸布置 5

2.4.1主桁高度 5

2.4.2节间长度 5

2.4.3主桁架中心距 6

2.4.4主桁架的几何图式 6

2.5主桁杆件构造 6

2.5.1主桁杆件的截面形式 6

2.5.2主桁杆件的刚度要求 8

2.6其他构造 8

2.6.1联结系构造 8

2.6.2桥面系梁格构造 9

2.6.3节点构造 10

2.7支座设置 11

第三章 结构受力性能分析 13

3.1有限元模型建立 13

3.1.1整体上部结构有限元模型 13

3.1.2边界条件 15

3.1.3荷载工况 16

3.2单项荷载作用下的计算分析 18

3.2.1恒载作用下的计算分析 18

3.2.2活载作用下的计算分析 18

3.2.3温度荷载作用下的计算分析 19

3.2.4风荷载作用下的计算分析 20

3.2.5支座沉降作用下的计算分析 20

3.2.6各单项荷载作用下结构效应汇总与分析 21

3.3荷载组合作用下的计算分析 22

3.3.1荷载工况组合 22

3.3.2各种荷载组合作用下的计算分析 22

3.3.3各种荷载组合作用下的计算分析 24

3.4 主桁杆件强度和长细比验算 24

3.4.1各杆件组合强度验算 25

3.4.2各杆件长细比验算 32

第四章 结论与展望 34

4.1结论 34

4.2展望 35

参考文献 36

致 谢 38

第一章 绪论

1.1概述

1.1.1钢结构桥梁的发展与特性

纵观桥梁的发展历史，每当新的材料或新的技术出现，都会推动桥梁建设的大发展^[1]。1781年，第一座铸铁桥塞文河桥(Severn River Bridge)在英国什罗普郡建成通车。随后的几十年里，钢桥的发展以铁桥为主，建桥所使用的的材料大多为铸铁和锻铁。由于铸铁性脆，只易于受压，不易于受拉，所以所建桥形以拱桥为主^[2]。1826年，由英国人主建的跨越梅奈海峡的悬索桥，其跨境达到了创纪录的176m，具有里程碑意义。随着第一次工业革命的发展，人类逐渐改进锻铁技术，很快又掌握炼钢技术。1874年，人类历史上第一座钢桥伊兹桥(Eads Bridge)在美国密苏里州圣路易斯应运而生，桥梁开始进入钢桥时代。钢结构桥梁刚发展起来时，设计桥梁所需的力学知识处在逐步形成与逐步完备之中，桥梁设计规范甚至并没有提上日程，钢桥设计只能依靠设计师的自身经验，稍有不慎就会遭逢失败，因此事故频发。有些因为失稳而丧失承载力，有些因为疲劳发生断裂。1918年在加拿大魁北克建造的一座铁路悬臂桁梁桥，施工过程中发生了两次重大施工事故，导致多名施工工人伤亡。其建成之后创造了钢桁梁桥548.6m跨径的记录，并维持至今^[3]。钢桥的蓬勃发展是在20世纪30年代之后，桥型开始向能够充分发挥钢材优越性能的悬索桥偏重。美国从19世纪下半叶到上世纪上半叶修建了大量的悬索桥。包括主跨1280.2m的金门大桥，建成四个月就倒塌的塔科马大桥。二十世纪中期，工程结构开始向经济耐用发展，欧洲迎来了大规模采用箱梁桥的时期。但是箱梁桥一般适用于跨度范围在200m左右的桥梁，在更大跨度范围内与斜拉桥相比不具有竞争力。因此就迎来了斜拉桥的复兴。1956年，第一座现代斜拉桥——斯特罗木桑特桥在瑞典诞生，随着时间的发展的推移，结构力学在钢结构方面的理论不断完善，全世界钢材的产量与质量不断提升，钢桥设计规范也相继出台并且不断完善。越来越多的钢结构桥梁在世界各地拔地而起。

虽然我国早在十九世纪末就开始进行钢桥的建设，但是解放前国内的科学和经济比较落后，所以钢桥的发展极为缓慢，所建设的钢桥大多数是跨径很小的小桥，钢材以来从国外的进口，施工工艺也十分的落后^[4]。解放初期，百废待兴，我国的钢桥也得到了一定的发展。1955年建成了55m 94m 54m刚性梁柔性拱组合体系的武汉汉水桥，1957年建成了被称为“万里长江第一桥”的武汉长江大桥。1969年建成的南京长江大桥，是我国自行设计、制作、施工，并使用国产高强钢材的现代化桥梁。改革开放以来，国内经济急速发展，钢材的产量和质量不断提升，钢桥的发展也更加迅速，不管是铁路桥梁还是公路桥梁都能轻易找到钢桥的身影。而且钢桥的结构形式更加多样化，设计理论和施工工艺也更加合理先进。2005年建成的南京长江三桥，是一座主跨为648m的钢箱梁斜拉桥，且该桥的桥塔创新性的使用钢塔。2014年建成的大胜关大桥，是一座六跨连续钢桁拱桥。

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