论文总字数：34905字

摘 要

钢桁梁桥可以看作是将实腹的钢板梁桥按照一定规则空腹化的结构形式，结构整体上为梁的受力方式，即主要承受弯矩和剪力的结构，其具有构造简单、承载能力高、受力性能好、建筑高度低、施工速度快和耐久性好等优点，已在公路铁路工程中得到广泛应用。在城市道路领域，钢桁梁桥又具有成桥速度快、外型美观等特殊的优越性。

随着重载交通的快速发展以及组合结构新规范地推行，考虑桥面板与钢桁梁作为钢—混凝土组合结构共同工作、合理选择主桁截面及尺寸、进行有限元程序整体计算校核将成为今后钢桁梁桥设计中不可忽视的内容。本文运用有限元分析软件Midas/civil，针对大连市菜市桥扩建工程，暨55m城市简支钢桁梁桥的上部结构进行成桥状态的模拟分析，主要分四部分进行：第一是将桥面板简化为五跨连续板模型，验算其裂缝宽度、变形、应力及承载能力；第二是将桥梁的承重结构横梁作为钢-混凝土组合结构共同工作进行建模验算；第三是建立钢桁架的空间模型，讨论刚接桁架和铰接桁架的区别，得出各杆件在恒载和活载作用下的应力，并按规范进行验算。第四是进行全桥的稳定性分析。结果表明，该设计选取的各构件均可以满足设计和施工要求。

关键词：钢桁梁桥，城市桥梁，空间模型，有限元

Abstract

Steel truss bridge can be regarded as the solid web steel girder bridge according to certain rules of fasting of the structure, the whole structure of the force on the beam mode, the main structure to withstand moment and shear force, which has a simple structure, high carrying capacity, by good mechanical properties, low building height, construction speed and good durability, has been widely used in road and rail projects. In the field of urban roads, but also has a steel truss bridge Bridge speed, appearance, and other special advantages.

With the rapid development of heavy traffic and the implementation of new standardized structure, and consider the decks and steel truss girder as steel - concrete composite structures work together, a reasonable choice and the main truss-sectional dimension finite element calculation of the overall program will be checked future steel truss bridge design can not be ignored content. In this paper, simulation analysis using finite element analysis software Midas / civil, against Dalian Caishiqiao expansion project, the city cum superstructure 55m simply supported steel truss bridge was a bridge state, it is divided into four parts: the first is the bridge panel simplified five-span continuous slab model, checking its crack width, deformation, stress and load carrying capacity; the second is the load-bearing structure of the bridge as a steel beam - concrete composite structures work together to model checking; third is to establish a steel truss space model, discuss the difference between the truss and just pick hinged truss, obtained each rod at dead load and live load of stress, according to specifications checking. The fourth is a full-bridge stability analysis performed. The results showed that all components of the design are selected to meet the design and construction requirements.

KEY WORDS: steel truss bridge, city bridges, space model, finite element

目录

Abstract III

第一章 绪论 6

1.1 钢桁梁桥概述 6

1.1.1 钢结构的一般特性 6

1.1.2 钢桁梁桥结构组成及特点 7

1.1.3 钢桁梁桥的未来发展前景 8

1.2 工程简介 8

1.2.1 工程背景 8

1.2.2 主要设计技术标准 9

1.2.3 有关规范标准 9

1.2.4 设计要点 10

1.3 本文主要内容 11

第二章 桥面板配筋验算 12

2.1 MIDAS/Civil建模思路与方法 12

2.2 MIDAS/Civil桥面板模型介绍 13

2.3 模型计算结果、配筋设计及相关验算 15

2.3.1 荷载组合 15

2.3.2 忽略横梁抗扭刚度桥面板MIDAS模型计算结果 16

2.3.3 考虑横梁抗扭刚度无穷大的板单元模型计算结果 17

2.3.4 桥面板配筋设计及承载能力验算 17

2.3.5 验算应力、最大裂缝宽度和变形 19

第三章 横梁验算 26

3.1 MIDAS/Civil 建模思路 26

3.2 建立结构模型 26

3.3 翼板有效宽度 29

3.3.1 中横梁 31

3.3.2 端横梁 32

3.4 模型加载 33

3.4.1 一期恒载加载 33

3.4.2 二期恒载加载 35

3.5 模型计算结果及相关验算 37

3.5.1 程序计算结果 37

3.5.2 承载能力极限状态计算 39

3.5.3 正常使用极限状态计算 40

3.5.4 横梁疲劳验算 42

3.6 栓钉剪力键验算 47

3.6.1 栓钉抗剪承载力验算 47

3.6.2 抗剪连接件疲劳验算 49

第四章 主桁验算 52

4.1 MIDAS/Civil建模介绍 52

4.2 恒载计算 54

4.2.1 恒载加载 54

将MIDAS自重系数设为-1.015来考虑焊缝？ 54

4.2.2 刚接桁架与铰接桁架的比较 55

4.3 活载计算 61

4.4 空间主桁架模型计算结果以及相关验算 62

4.4.1 模型计算结果 62

4.4.2 承载能力极限状态的强度验算 63

4.4.3 受压杆件稳定验算 65

4.4.4 受拉杆件疲劳验算 71

4.5 主桁挠度验算 75

第五章 节点板验算 76

5.1 节点板撕裂强度的验算 76

5.2 腹杆与弦杆之间的节点板水平截面的剪应力 78

5.3 节点中心处节点板竖向截面上的法向应力 79

第六章 桁架桥特征值屈曲分析 83

6.1 特征值屈曲分析理论 83

6.2 建立分析模型 84

第七章 结论与展望 90

7.1 结论 90

7.2 展望 91

致谢 92

参考文献 93

绪论

钢桁梁桥概述

钢结构的一般特性

钢结构是主要由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻，且施工简便，广泛应用于大型厂房、场馆、桥梁、超高层等领域。钢结构与其他材料相比，具有以下的优点：

1. 材料强度高，自身重量轻

钢材强度较高，弹性模量也高。与混凝土和木材相比，其密度与屈服强度的比值相对较低，因而在同样受力条件下钢结构的构件截面小，自重轻，便于运输和安装，适于跨度大，高度高，承载重的结构。

1. 钢材韧性，塑性好，材质均匀，结构可靠性高

适于承受冲击和动力荷载，具有良好的抗震性能。钢材内部组织结构均匀，近于各向同性匀质体。钢结构的实际工作性能比较符合计算理论。所以钢结构可靠性高。

1. 钢结构制造安装机械化程度高

钢结构构件便于在工厂制造、工地拼装。工厂机械化制造钢结构构件成品精度高、生产效率高、工地拼装速度快、工期短。钢结构是工业化程度最高的一种结构。

1. 低碳、节能、绿色环保，可重复利用

钢结构建筑拆除几乎不会产生建筑垃圾，钢材可以回收再利用。

1. 钢结构耐热不耐火

当温度在150℃以下时，钢材性质变化很小。温度在300℃ -400℃时.钢材强度和弹性模量均显著下降，温度在600℃左右时，钢材的强度趋于零。在有特殊防火需求的建筑中，钢结构必须采用耐火材料加以保护以提高耐火等级。

基于上述钢结构的各种特点，使其广泛应用于土木工程中，尤其是钢结构材料强度高而质量轻的优点，使得钢桥具有更大的跨越能力。因为结构跨度越大，恒载效应在全部荷载效应中所占的比重就越大，减轻恒重，特别是减轻自重荷载可以获得明显的经济效应[1]。

钢桁梁桥结构组成及特点

钢桁梁桥由主桁、联结系、桥面系及桥面组成，如图 1.1‑1 下承式钢桁梁桥：

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