2215;80m下承式连续钢桁梁桥结构分析与荷载试验.doc

西南交通大学本科毕业设计 第II页西南交通大学本科毕业设计2×80m下承式连续钢桁梁桥结构分析与荷载试验设计院 系 土木工程 专 业 年 级 姓 名 题 目 2×80m下承式连续钢桁梁桥结构分析与荷载试验设计 指导教师 评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日instrument has a single test condition, will be transferred to the coordination of the test phase, the instrument according to the stand-alone trials scheduled, with the process preparation of test solutions, equipped with professional technicians and skilled workers, to ensure safety and quality. 6. welding engineering construction programme 6.1 this engineering used construction specification 6.1.1 site equipment, and industrial pipeline welding engineering construction and the acceptance specification GB 50268-97 6.1.2 oil chemical toxic, and can burning media pipeline engineering construction and the acceptance specification SH 3501-2002 6.1.3 oil chemical low temperature steel welding procedures SH/T 3520-2004 6.1.4 oil chemical chrome nickel Austrian's body steel, and iron nickel alloy and nickel alloy pipeline welding procedures SH/T 3523-1999 6.1.5 SHJ520-92 petrochemical engineering technical specification for welding of CR-MO heat-resistant steel pipe 6.1.6 of the pressure vessel NDT 4730-94 6.2 JB weld preparation 6.2.1 construction according to the materials of the project specifications and welding methods, providing qualified welding procedure qualification report. 6.2.2 qualified welding procedure qualification based on the preparation of welding instruction, guide the welder welding operations. 6.2.3 where participation in site welding, must be in possession of boiler and pressure vessel welder certificates issued by the Labor Department. 6.2.4 where involved in the pipe and steel structure welding welders, welder before entry examinations should attend the owners, and construction should be made within the scope and eligibility approved by the quality and technology supervision departments and owners. 6.2.5 qualify for welding welder, welding process, should be approved by welding the welding process. 西南交通大学本科毕业设计 第III页毕 业 设 计 任 务 书班级 学生姓名 学 号 发题日期： 完成日期：题 目 2×80m下承式连续钢桁梁桥结构分析与荷载试验设计 1、 本设计的目的、意义 学生在进行毕业设计之前，已对公共基础课程、专业基础课程及专业课程进行了有序的分阶段的学习，对工程结构已经建立起了从设计原理到设计方法及施工方法的基本知识结构，但还缺少综合地系统地运用这些知识来解决实际问题的锻炼机会。本设计是以我国铁路钢桥的标准设计结构为背景，让学生在老师的指导下系统地完成结构设计、结构计算与检算的全过程。通过本设计可巩固学生对材料力学、结构力学、钢结构设计原理、桥梁工程等知识的掌握，提高学生分析和解决问题的能力；同时可让学生对桥梁工程的认识更加清晰、全面；还可通过对有限元软件、绘图软件及办公自动化软件的大量使用培养学生的计算机运用能力。 2、 学生应完成的任务: 一、设计说明书的编制： 1、本设计概况； 2、结构杆件内力计算（建立有限元模型，得杆件内力、应力等结果）； 3、对主桁结构主要杆件进行检算； 4、静载试验方案制定与动载试验方案制定； 5、设计总结。 二、工程图纸的绘制： 1、结构概图 2、主桁节点详图 3、联结系详图（桥门架、中间横联、上平纵联、下平纵联、制动联结系） 4、桥面系详图（横梁、纵梁、纵梁联结系） 5、测点布置图 6、加载方案图 在以上图纸中完成相当于2幅0号图纸的内容。 3、 设计各部分内容及时间分配：（共 16 周）第一部分 相关资料的收集、毕业实习 （ 2 周）第二部分 运用Midas/Civil建立空间模型完成成桥阶段分析 （ 4 周）第三部分 对主桁结构的主要构件进行检算 （ 2 周）第四部分 静载与动载试验方案制定 （ 3 周）第五部分 图纸的绘制 （ 1.5 周）第六部分 设计说明书编制 （ 2.5 周）评阅及答辩 （ 1 周）备注： 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计 第V页摘 要本次毕业设计的主要内容是：2×80m下承式连续钢桁梁桥结构分析与荷载试验设计。该桥设计为2×80m连续钢桁梁桥，全长为160m，主桁中心距为5.75m，桁高11m，节间长8m，主桁的几何图示采用三角形腹杆体系，桥面系由纵梁、横梁组成,杆件连接采用高强螺栓连接，设计荷载为恒载和中活载。设计的主要内容包括三个方面。第一是理论计算及分析。运用有限元分析软件MIDAS/CIVIL对大桥结构进行建模计算，计算模型由空间梁单元构成。计算的目的是为了了解桥梁结构在各种荷载组合下的受力及变形情况，得出杆件的内力为下一步设计工作提供理论依据。第二方面是主桁杆件的检算。根据前面得到的内力对杆件疲劳、刚度、稳定进行检算，从而判断设计尺寸是否满足要求。第三方面是荷载试验。首先根据试验目的，充分考察和研究桥梁结构，分析与掌握各种有利与不利因素，结理论计算分析结果，然后对试验的方式，方法，数量等做出全面地规划，试验方案制定包括试验项目的选择，加载方案设计，观测内容确定，测点布置及测试仪器选择等方面。其次试验数据整理分析，通过试验得到的原始数据、文字和图象描述材料虽然是可靠的，但是这些原始资料数量庞大、不直观，不能直接用于评定桥承载能力，故进行承载能力评定之前必须对它们进行处理分析，得出直接进行桥梁结构承载能力评定的指标，以满足承载能力评定的需要。关键词： 连续钢桁梁桥 结构分析 荷载试验 AbstractThe main content of the graduation design: 2 × 80m through continuous steel truss structure analysis and load test design. Bridge design for 2 x 80m, continuous steel truss, main truss for 160m center for 5.75 m, hoisting, internodes is 8m the high is 11m, main truss by triangular geometry of the web system, composed by longitudinal beam bridge, rod connected by high-strength bolt connection, design load is dead load and chinese live load. The main contents of the design includes three aspects. The first is the theoretical calculation and analysis. Using finite element methods analysis software MIDAS / CIVIL for bridge structures modeling and calculating, the computing model is spatial beam element. The goal is to understand calculating load combination of bridge structure in the stress and deformation, the internal force design work for the next provides theory basis. The second aspect is checking calculation the main truss bar. According to the front of the internal pole pieces of fatigue, stiffness and stability are checked to judge the size of design whether meet the requirements. And the third way is load test. Firstly, according to the objective investigation and research, analyzes and grasp the bridge structure of favorable and unfavorable factors, and theoretical calculation and analysis of the test results, and then, such as the number of methods, make overall planning scheme including test, test, project design, the content of loading, observation of measuring-point arrangement and test instrument selection, etc. Secondly, the tentative data reorganization analysis introduction. Primary data, writing and image description material which obtains through the experiment although is reliable, but these firsthand information quantity huge, is not direct-viewing, cannot use in evaluating the bridge bearing capacity directly, therefore carries on before the bearing capacity evaluation must carry on the processing analysis to them, obtains the target which can evaluate the bridge structural-load-carrying capacity directly, in order to meet the needs of bearing capacity assessment.Key words: continuous steel truss bridge structural analysis load experiment 西南交通大学本科毕业设计 目 录第1章 绪论11.1 钢桥的发展概述11.1.1 我国钢桥的发展概况11.1.2 国外钢桥的发展概况31.2 钢桥的主要特点及发展展望51.2.1 钢桥的主要特点51.2.2 钢桥的发展展望51.3 钢桥的主要类型61.4 钢桥所用的材料61.5 设计概况71.5.1 桥梁概况71.5.2 设计任务8第2章 结构杆件内力计算92.1 计算方法简介92.1.1 有限元计算方法92.1.2 MIDAS的介绍92.2. MIDAS的建模说明102.2.1 使用节点和单元建立模型102.2.2 材料的定义102.2.3 截面数据的输入122.2.4 边界条件的建立132.2.5 输入静力荷载152.2.6 移动荷载的输入182.2.7 支座沉降的输入192.2.8 其它主要设置202.3 结果分析202.3.1 桥梁挠度202.3.2 数据整理21第3章 主桁杆件检算233.1 杆件的计算方法233.2 弦杆的设计283.3 斜杆的设计353.4 竖杆的设计43第4章 桥梁荷载试验474.1 桥梁检测概述474.1.1 桥梁检测的目的和意义474.1.2 试验依据484.1.3 荷载试验的加载原则484.1.4 测点布置原则484.1.5 现场准备及测试工作安排494.2 静载试验504.2.1荷载的选择504.2.2 试验效率514.2.3 荷载的加载位置534.2.4 加载分级及控制544.3 观测方案564.4 支座沉降观测564.5 动载试验564.5.1 跑车试验584.5.2 试验工作58结 论59致 谢60参考文献61附 录62 西南交通大学本科毕业设计 第61页第1章 绪论1.1 钢桥的发展概述1.1.1 我国钢桥的发展概况 我国使用金属材料建桥具有悠久的历史，最早的金属桥是用铁制成的。如秦末（公元前206年左右）时期，陕西褒城马道驿寒溪上修建的铁链桥；东汉（公园60年左右）时期在云南景东地区澜沧江上的锻铁悬索桥；公元1676年修建的四川泸定大渡河上的铁索桥等。但真正采用钢材修建时在1888年，到现在已经有100多年的历史了。 解放前我国钢桥建设的发展极为缓慢，所建的钢桥，跨度都很小，建桥的钢材是进口的，结构是铆接的，采用工艺很简陋。跨度稍大一点的桥梁大都是由外国商人设计和监造的.如1896年建成的哈尔滨松花江桥，钢梁为俄国和比利时制造；1905年修建的京汉线上郑州黄河桥(老桥)为比利时公司承建；1911年修建的陇海线黑石关伊洛河桥(老桥)为法国公司设计和承建。我国技术人员自行建造的具有代表性的钢桥是1937年建成的渐赣铁路钱塘江大桥，为我国著名桥梁专家茅以升负责设计和监督施工，该桥全长1 072m，为公、铁两用桥，正桥为16孔6586m简支铆接钢桁梁，为我国历史上由自己工程师设计和监造的第一座双层公、铁两用大桥。解放初期，我国的钢桥技术得到了发展，主跨大于100m的铁路钢桥就有十余座，如1956年我国借用苏联的钢材和技术，建成武汉长江大桥，全长1 6704m，正桥由三联3×128m连续铆接钢桁梁组成，材料A3钢，公、铁两用；1968年我国用国产16Mnq钢完全依靠自己的力量建成南京长江大桥，包括引桥在内铁路桥梁全长6772m，公路桥梁全长4589m，主桥由一孔128m的简支钢桁梁和三联3X160m的连续铆接钢桁梁组成。1969年修建的成昆线三堆子金沙江桥(主跨192m)、大渡河桥(主跨144m)及渡口支线雅砻江大桥(主跨176m)均为下承式简支铆接钢桁梁。1966年我国铁路钢桥开始部分采用栓焊新技术，广西柳州的浪江桥是我国用16Mnq钢制造的第一孔铁路栓焊钢桁粱桥，跨度为6144m。在成昆铁路桥梁修建中，进一步研究并发展了栓焊钢桥新技术，普遍采用国产16Mnq钢，建成了各种不同结构形式的栓焊钢桥44座，这在我国钢桥发展史上是一个很大的进步+为我国钢桥技术发展开创了新纪元。具有代表性的桥有沪沽安宁河大桥、桐模甸2号大桥、拉旧大桥和迎水河大桥等，其主桥均为112m系杆拱栓焊钢桥。在成昆铁路修建成功的基础上，1977年用国产高强度新型钢材15MnVN建成密云水库白河桥，为3×128m连续栓焊钢桁梁；1982年建的安康汉江桥为176m斜腿刚构箱形粱桥；1993年用国产高强度新钢材15MnVN厚板建成九江长江公、铁路大桥；2000年又以14MaNbq钢建成芜湖长江公路、铁路钢斜拉桥，主粱为钢桁梁，主跨312m。公路钢桥在解放后也获得了较大的发展。如1955年建成的武汉汉水桥，为55m+gSm+54m刚性梁柔性拱组合体系；1966年修建的广西东兰红水河桥，为上承式钢桁粱与钢筋混凝土板相结合的结合梁桥，跨度66m；1966年修建的四川渡口二号桥，为跨度lgom96公路纲拱桥；1969年修建的四川渡口三号桥为跨度181m的公路钢拱桥；1972年修建的山东北镇黄河桥，主跨1127m的连续钢桁粱桥；1984年修建的拉萨河达孜悬索桥，主索跨度500m。改革开放后，公路钢桥的发展更快，桥梁结构形式愈来愈多样化，设计方法更加先进合理，钢材采用高强度钢，如1987年建成东营黄河公路钢斜拉桥，主跨288m；1991年建成南浦公路斜拉桥，主梁采用工字钢组合粱，主跨423叫1993年建成杨浦公路斜拉桥，主梁采用钢混凝土结合梁，主跨602m；1996年建成长江西陵峡公路悬索桥，主梁为全焊钢箱梁，主跨900m；1997年建成香港青马公路悬索桥，主跨1 377m；1999年建成江阴长江公路悬索桥，主跨1 385m；2000年建成南京长江公路斜拉桥，主梁为全焊钢箱梁，主跨628m；2002建成的上海卢浦大桥是跨度为550m的中承式钢箱拱桥。我国现代钢桥技术和国外相比，起步虽然晚了150多年，但建国后吸收、总结了许多建桥经验，发展进步很快。当前，钢桥的设计理论、国产钢材的架用、制造及安装工艺、科研手段已基本达到了国际先进水平。在钢桥的结构形式方面，更多地采用了大跨度悬索桥、斜拉桥及梁拱组合等结构。具有整体性好、抗扭刚度大的箱形梁结构形式得到了进一步的发展；连接方面逐渐由栓焊向全焊过渡，全焊钢桥的特点是节约钢材、提高疲劳强度、加快工程进度、改善劳动条件。部分钢桥采用正交异性钢桥面板以充分发挥薄板良好的力学性能。计算理论方面逐步由空间计算代替平面计算，特别是由于联合结构的采用，各部件相互约束程度增大；平面计算方法已不再适用。大跨度钢桥使用的设计理论，有容许应力理论和极限强度理论；目前，铁路大跨度钢桥的设计主要采用容许应力理论，而公路大跨度钢桥的设计已经采用极限强度理论。自20世纪80年代开始研究用可靠度理论，预计近年内各设计规范将以可靠度理论为基础。在使用的初期将会采用基于可靠度理论的多系数极限状态设计表达式，分别对承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。在疲劳司靠度理论设计方面，铁路部门根据我国的实际情况，制定了铁路疲劳荷载谱和疲劳抗力方程，但设计方法目前仍采用容许应力法。我国公路、铁路要跨越的大江、大河、深谷很多，要建的桥当然也很多，现在的进步只是一个开始。根据客观需要和已具备的人力、物力，今后我国钢桥在设计、建设水平将会有更大幅度提高。1.1.2 国外钢桥的发展概况 从19世纪20年代，随着铁路蒸汽机车出现，人们开始修建铁路，铁路桥梁也随之发展起来。在历史上，当铁路开始修建时，造桥的材料只限于木材、砖、石、铸铁，其后才有锻铁型材（板、角铁），早期的钢桥实质上是用铸铁和锻铁修建的铁桥。19世纪70年代出现钢材，而钢材在桥梁的广泛运用是在19世纪90年代以后。由于以内燃机为动力装置的汽车是在19世纪后叶(1985年)方才出现，公路钢桥出现在铁路桥梁之后。但是，随着公路的蓬勃发展和多样化的需要，20世纪30年代，铁路钢桥原先占有的各种大跨度钢桥的记录逐步被公路钢桥取代，特别是二次世界大战以后，德国、日本等国家由于战后重建的需要，修建了大量的公路钢桥，钢桥的设计理论与制造技术得到了不断的完善，也建立起了较为系统和完善的设计规范与制造施工工艺。 从钢桥的建设、材料的应用和设计理论发展来看，钢桥的发展大致可以分为以下四个阶段：铁桥和钢桥在1890前的发展。在1980以前是以铁桥为主，使用的材料主要是铸铁和锻铁，钢桥和很少。设计桥梁说需要的力学知识，处在逐步形成、逐步完善之中。起初桥梁设计规范并没有提上日程，钢桥设计主要依赖与建造桥梁的实干家的经验，稍有不慎，就会遭逢失败。铁桥的事故发生也特别多，平均每年发生铁桥的试过将近四件。钢桥在18901920间的发展。早在1918年之前，北美洲在钢桥建设方面就取得了巨大成就，简支和连续桁梁桥、钢拱桥等都有了很大的发展，创造了许多世纪记录。这期间钢材在桥梁上得到了广泛的应用。钢桥在19201945年间的发展。在20世纪二三十年代，钢桥的设计理论有了很大的发展。1973年，英国成立一个桥梁应力委员会，对节点刚性引起的二次应力、主梁和桥面系共同作用、荷载在桥面铺装层之中的扩散和冲击作用等问题进行了较为深入的讨论。以此为依据，英国在1929年将钢桥容许应力提高了12.5%。1926，德国铁路颁布新的铁结构规范。19231933年，美国也成立了一个钢压杆研究专门委员会，进行了几十根大型钢压杆试验，并为钢压推荐了正割公式。1935年，美国在新版铁路桥梁规范中就采用了该公式。钢桥自20世纪50年代以来的发展。自20世50年代以来，在公路桥梁蓬勃发展的背景下，出现了现代桥梁。现代钢桥的特点是（1）高强度低合金钢、预应力钢筋、高标号混泥土、聚合物等新材料的应用；（2）桥梁上部结构采用正交异性钢桥面板和钢与混泥土的组合结构，箱型梁、高次超静定的结构（多为连续梁或直腿刚架、斜退刚架、斜拉桥、各种组合结构等）（3）结构设计方面可以针对不同的情况按需要进行非线性（材料非线性、几何非线性）分析、空间分析、可靠度分析；（4施工工艺方面用钻孔桩机械(土层及岩层)、大直径桩、双壁钢围堰、自生式平台等修建深水基础，用焊接、高强度螺栓、预应力等方式进行连接；用悬臂施工（混泥土灌注及各种预应力制件的拼装）及整体架设等方法降低造价并压缩工期。在20世纪50年代以前，许多桥梁，特别是那些创记录的长跨桥梁，往往是在不计工本的情况下建造的。工程结构就必须经济、耐用，要求对各中技术指标(省工、省料、省总造价、对环境的影响等)进行综合评估。钢桥形式逐渐多样化1.2 钢桥的主要特点及发展展望1.2.1 钢桥的主要特点由于钢材具有强度高、材质均匀、塑性及韧性良好和可焊性好等诸多优点；因此，用钢材建造的桥梁钢桥具有如下特点：（1）跨越能力大。由于钢材的强度高，在相同的承载能力条件下；与钢筋混凝土桥梁相比，钢桥构件的截面较小，所以钢桥的自重较轻，最适合于建造大跨度的桥梁。（2）最适合于工业化制造。钢桥构件一般都是在专业化的工厂由专用设备加工制作，不受季节的限制，加工制造速度快、精度高，质量容易得到控制，因而工业化制造程度高。（3）便于运输。由于钢桥构件的自重较轻，特别是在交通不便的山区便于汽车运输。（4）安装速度快。钢桥构件便于用悬臂施工法拼装，有成套的设备可用，拼装工艺成熟。（5）钢桥构件易于修复和更换。（6）钢材易锈蚀，故钢桥的养护费用高。另外，钢桥须防火，在列车通过时噪音大，故不宜在闹市区建造铁路钢桥。1.2.2 钢桥的发展展望我国地域辽阔，所建铁路、公路需要跨越大江大河、高山峡谷等不同地域和高原、严寒等不同环境条件。随着我国经济的飞速发展和钢产量的进一步提高，可以预计本世纪我国钢桥在如下几个方面将会有一个更加瞩目的发展：桥梁跨度将进一步加大，铁路钢桥的跨度将达500m左右，公路跨度将达1800m左右；对钢桥的使用功能要求将更加明显，如高速铁路对大跨径钢桥刚度的要求要保证舒适性、桥梁形式与周围景观的协调性、特殊环境（如青藏铁路）对钢材及结构的特殊要求等；桥梁建造费用和寿命周期内维护费用的通盘考虑将会使桥梁设计更加合理；焊接在钢桥制造和施工中所占比例将进一步加大，将由栓焊向全焊过渡；新的结构和构造形式将使桥梁结构形式更丰富；桥梁设计手段、制造技术、施工水平等的更新和提高将会更加保证梁的总体质量和使用要求；设计理论的更新与研究成果的应用将带动钢桥技术的整体发展。1.3 钢桥的主要类型钢桥可以根据不同的条件要求建成多种形式，其种类比其他材料制造的桥梁更多，主要可分为梁式体系、拱式体系及组合体系。1.梁式体系按力学图式分梁式体系又可分为简支梁、连续梁、悬臂梁；按主梁的构造形式分有板梁桥、桁梁桥、箱梁桥、结合梁桥。2.拱式体系按力学图式分拱式体系可分为有推力拱和无推力拱；按拱肋的构造形式分有版式、桁式、箱式。3.组合体系这类桥型包括吊桥和斜拉桥，都是利用高强钢索来承重，吊桥（又称悬索桥）的承重构件是