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摘 要

论文作者签名：＿＿＿＿＿导师签名：＿＿＿＿日期：＿＿＿＿

钢圆环腹梁人行桥上部结构设计

学号：21713137学生姓名：梁童

指导教师：杨明

摘要

钢圆环腹梁是一种应用于土木工程中的新型主梁结构形式。由于工厂化程度高，采用这种结构可有效减少现场施工工程量，缩短工期。由于光线可以通过圆环的空心部分，因此这一结构也具有独特的美学效果。本课题旨在设计跨径为20.6m 的钢圆环腹梁人行桥的上部结构。通过其上部结构设计，可以学习掌握钢结构的设计理论和计算方法，了解Midas计算软件的应用，对于梁的荷载作用效应、疲劳性、稳定性、经济型等进行分析和计算，从而更加深刻地了解和掌握所学习的知识，为将来从事相关方面的工作打下坚实的基础。在掌握该结构的力学特点基础上，拟定跨径为20.6m的钢圆环腹梁人行桥上部结构的宽为4m，圆环直径为1m，厚度为10mm，上下翼缘板厚度为15mm。采用有限元软件Midas建模后对其在恒载、活载、温度荷载作用下的刚度和强度进行验算，并计算了其整体稳定性和局部稳定性，得出其各项验算指标均符合规范要求，为该结构进一步应用于实际工程中提供了可靠的理论依据。另外，本次设计还就其经济性与钢箱梁进行了对比，从而得出此结构受力性能较好，但是经济性能略显不足。

关键词：钢圆环腹梁；有限元软件（Midas）；力学性能；经济性；

Superstructure Design of Steel Ring Bridge

21713137Liang Tong

Supervised by Yang Ming

Abstract

Steel ring beam is a new type of main beam structure used in civil engineering. Due to the high degree of industrialization, the use of this structure can effectively reduce the amount of on-siteconstruction, shorten the duration. Since the light can pass through the hollow part of the ring, so this structure also has a unique aesthetic effect. The purpose of this study is to design the upper structure of a steel ring beam with a span of 20.6 m. Through its superstructure design, one can learn the design theory and calculation method of steel structure, understand the application of Midas calculation software, analyze and calculate the load effect, fatigue, stability, economic performance of the beam, so as to gain a deeper understanding and mastery of the learning knowledge and lay a solid foundation for future work on related aspects. On the basis of grasping the mechanical characteristics of the structure, the width of the upper structure of the steel ring bridge with a span of 20.6m is 4m, the diameter of the ring is 1m, the thickness is 10mm, and the thickness of the upper and lower flange plates is 15mm. The finite element software Midas is used to calculate the stiffness and strength under constant load, live load and temperature load, and its overall stability and local stability are calculated. The results are in line with the specifications which provides a reliable theoretical basis for the further application of the structure in practical engineering. In addition, this design compares its economic performance with steel boxbeam, which concludes that this structure has a better mechanical performance, but has a worse economic performance.

Key words：steel ring beam; finite element software (Midas) ;mechanical properties; economic performance;

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1 课题背景 3

1.2 国外研究现状 4

1.2.1 蜂窝梁在国外的研究 4

1.2.2 各国有关蜂窝梁的规范规定 6

1.2.3 桁架腹梁在国外的发展 7

1.3 国内研究现状 8

1.4 钢圆环腹梁的结构特点 10

1.5 毕业设计研究方法及方案论证 11

1.6 本章小结 13

第二章 钢圆环腹梁力学性能试验研究 14

2.1 总述 14

2.2 加载卸载及破坏试验 14

2.2.1 试验目的和内容 14

2.2.2 试验梁的设计与制作 14

2.2.3 试验的加载与测试 15

2.2.4 试验结果分析 16

2.3 本章小结 18

第三章 钢圆环腹梁的抗弯刚度的计算 20

3.1 沿梁长的刚度变化 20

3.2 等效欧拉梁抗弯刚度 21

3.3 本章小结 22

第四章 人行天桥上部结构的尺寸拟定与建模 23

4.1 总述 23

4.2 人行天桥初步拟定尺寸 23

4.3 基于Midas的钢圆环腹梁有限元建模 24

4.4 有限元软件简介 24

4.5 有限元模型的建立 25

4.5.1 各构件模型 25

4.5.2 建模流程 25

4.6 本章小结 26

第五章 钢梁的刚度和强度计算分析 28

5.1 总述 28

5.2 钢梁的刚度（挠度） 28

5.3 钢梁的强度 29

5.4 钢梁的局部压应力 31

5.5 本章小结 31

第六章 钢梁的稳定性、疲劳性、经济性计算分析 32

6.1 钢梁的自振频率和周期 32

6.2 钢梁的整体稳定性 33

6.2.1 钢梁整体稳定的概念 33

6.2.2 整体稳定性计算分析 33

6.3 钢梁的局部稳定性 34

6.3.1 钢梁局部稳定的概念 34

6.3.2 局部稳定性计算分析 34

（1）上下桥面板局部稳定性计算分析 34

（2）钢圆环(含加劲肋)局部稳定性计算分析 35

（3）端横梁局部稳定性计算分析 36

6.4 钢梁的疲劳性能 36

6.4.1 钢梁疲劳的概念 36

6.4.2 钢梁的疲劳计算和分析 37

6.5 钢圆环腹梁的经济性能 38

6.5.1 钢箱梁的有限元建模 38

6.5.2 应力结果输出 39

6.5.3 经济性比较 40

6.6 本章小结 41

第七章 课程设计业务总结 42

7.1 课程设计内容 42

7.2 课程设计结论 42

7.3 课程设计展望 42

7.4 课程设计感悟 42

参考文献 45

致谢 47

绪论

课题背景

要求也在不断提高。在当今的桥梁修建过程中，工程师们也在不断追寻和探索，希望能够在缩短工程建设的同时，也能够达到安全、适用、耐久的要求。在探索过程中，各种新型结构不断出现，而本课题研究的对象就是一种全新的钢结构——钢圆环腹梁。

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