【文章內容簡介】 載等級檢驗大都承載 力不足。為了能滿足當前和今后的運輸發(fā)展需要，提高橋梁設計荷載等級勢在必行，這就需要對鋼橋進行加固改造。 本課題在國內外的研究狀況及發(fā)展趨勢 目前，我國加固鋼橋的方法主要可分為：不改變原結構受力體系（如加大構件截面、采用新材料等）、改變結構受力體系（簡支變連續(xù)、施加體外預應力、增加主桁片、增加支墩、施加斜拉索等）。其中前種方法實際運用較多，理論和技術也相對比較成熟。改變結構體系的加固方法也有不少運用，如加桁片、增加支墩等對提高橋梁的剛度和豎向承載力有很大的作用，重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 7 但用這些方法時還要考慮到實際狀況是否允許 ，要因地制宜。預應力加固鋼橋方面的實踐在我國寥寥可數。目前國內還沒有關于預應力加固鋼橋系統(tǒng)的研究成果，只有一兩篇文章涉及到此內容，且研究內容的深度和廣度還遠遠不夠。而在國外預應力加固鋼桁架橋已經被廣泛的運用了。且有較完整的理論體系。英國的 Monmouth 鐵路橋是一個上承式的鍛鐵桁架橋，其跨度為。在橋建成之后一段時間，曾經采用增加下部箱形截面對來原有結構進行了加固。但是后來箱形截面內部產生嚴重腐蝕，導致橫截面面積減小。因此 1957 年，對兩根下弦桿利用四根高強鋼筋施加了預應力。鋼筋對稱地布置在弦桿的 周圍，并在距離為 的兩個裝配焊接錨固區(qū)間進行張拉。八根鋼筋用液壓千斤頂同時進行張拉。預應力增加了 的反拱度。為了減小鋼筋的下垂，在中間每隔 設置一個永久性的柔性支撐。為避免鋼筋腐蝕，將其包裹在外包塑料的密封材料中，并將張拉端突出的螺紋端也用塑料套管進行保護。 課題目的及意義 本設計是土木工程橋梁專業(yè)方向畢業(yè)生在校期間最后一次全面性、總結性的教學實踐環(huán)節(jié)。它既是本專業(yè)學生在教師指導下運用所學知識與技能解決具體問題的一次初步嘗試，又是本專業(yè)學生走向工作崗位前的一次“實戰(zhàn)演習”。 其目的主要有以下幾個方面： （ 1）通過本次畢業(yè)設計，提高學生綜合運用所學的基本理論知識解決實際工程問題的能力，使學生受到工程技術和科學技術的基本訓練以及工程技術人員所必需的綜合訓練。 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 8 （ 2）勇于創(chuàng)新，并能正確地將獨創(chuàng)精神與科學態(tài)度相結合，培養(yǎng)學生實事求是、謙虛謹慎的科學態(tài)度和刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新的科學品質。 （ 3）初步掌握鋼桁梁橋檢算、加固設計流程和方法，嚴格要求學生，使學生在步入工作崗位后，可以較快的適應工作，縮短理論到實踐的過渡時間。 工程概況 此鋼桁梁橋 是一座上承式鋼桁梁橋。該橋建于 1960 年， 該橋上部結構是由 264 米的簡支上承式鋼桁梁橋 +127 米的預應力混凝土簡支梁橋組成。每跨鋼橋是由兩個主桁片組成，通過上下平縱聯、中間橫聯、端橫聯等構件將兩片桁架連接成空間整體。兩片主桁的中心間距為 4m，桁架高 8m，每跨鋼橋有 8 個節(jié)間，每個節(jié)間長度 8m。桁架從端部起每隔 8m 在上弦節(jié)點處安裝有橫梁 ,橫梁高 ，縱梁安裝在鋼橫梁上，縱梁中心距為 2m，梁高。在縱梁腹板側面每隔 4m 處安裝有懸臂托架，人行道安裝在懸臂托架上。預應力混凝土橋跨是由兩片 的預應力混凝土 T 型梁通過濕接縫和橫隔板相連 組成的。該橋下部結構是由一個工字型墩身截面重力式橋墩、一個工字型墩身截面高墩及兩個橋臺組成。其中 1 號 重力式橋墩高 ，2 號重力式 橋墩高 ，基礎均為矩形截面的沉井基礎。 線路情況：該橋是單線、平坡（ 4‰）直線橋梁。 荷載：該橋設計荷載采用中 — 活載，基本風壓強度取 800Pa，恒載，搖擺力，制動力，橫縱向風力 。 地質情況：河床為卵石土，基本承載力 o? =1000KPa。 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 9 近年來隨著經濟的快速發(fā)展，鐵路運輸量大大增加，列車荷載也隨之增大，由于該橋建于 上世紀六十年代，建設年代早，服役時間長，無電氣化設施，設計荷載值也偏低，而今荷載增大車速提高，該橋出現承載力和橫向剛度不足等安全隱患。具體表現為：鋼桁梁部分節(jié)點板有撕裂裂紋，部分鉚釘脫落，較多鉚釘有一定銹蝕，個別鉚釘銹蝕非常嚴重。經采用有限元結構軟件建模檢算分析，該橋橫向剛度偏低，還有部分桿件和節(jié)點板承載力不足，遠不能滿足重載運輸的要求，因此需要進行加固改造。使該橋在重載運輸作用時，能夠安全運營并滿足基本運營指標。 設計主要內容 1．計算內容 1）橋梁整體結構豎向承載能力檢算 2）鋼桁梁橋豎向承載力加 固方案的選定 3）結構加固前后的整體承載力計算； 4）加固前后各個桿件 及節(jié)點板 的內力和應力計算。 2．出圖內容 1）全橋加固總體布置圖； 2）節(jié)點構造圖； 3）結構加固局部構造圖 。 本設計中采取對于采取增加支墩的加固方法，因橋梁所處的地方河溝較窄，河面距離橋跨結構下部有將近九十多米的高差，在此處進行下部結構的施工場地狹小且施工設備運到溝底相當困難。 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 10 第一章 全橋結構及構件圖 全橋構造布置 此鐵路鋼橋為 64m 上承式鋼桁梁橋，共有 8 個節(jié)間，每個節(jié)間跨度為8m，主桁高度 8m。橋面系主要由縱梁、橫梁及縱 梁之間的連接系組成?？v梁間的中心距為 2m,梁高 ，每跨 8m,共計 8 跨。該橋的縱梁安置于橫梁的上翼緣上。在桁架的每個上弦節(jié)點處都安裝有橫梁，梁高 ,共計 9片。主桁兩端的端豎桿下方還安裝有兩片起重橫梁，其與主桁上弦桿節(jié)點處的橫梁尺寸一樣。主桁由上弦桿、下弦桿、腹桿組成。上弦桿包括桿件 X1 ，X2 ， X3，下弦桿包括桿件 X4， X5 ,斜桿包括桿件 F1， F2， F3， F4，豎桿包括 S1， S2， S3， S4。上平縱聯橫撐代號 20? ，上平縱聯斜桿代號 15? ， 11? ，16? ， 17? ， 18? ， 19? ， 制動橫撐代號 1FC ， 1FC .下平縱聯平面圖下平縱聯橫撐代號 23? ， 37 ( )HS? 豎 桿 下 方 橫 撐下平縱聯斜桿代號 22? ， 21? ， 14? 。 主桁的端部有端橫聯，中間每處的豎桿安裝有中橫聯。為了方面說明，現將橋梁的布置示意圖列如下： 圖 111 橋面系 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 11 圖 112 縱橫梁側立面圖 圖 113 上平縱聯平面圖 圖 114 主桁側立面圖 圖 115 上 平縱聯平面圖 圖 11 橋梁的布置示意圖 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 12 主桁桿件截面組成表 主桁桿件均為組合桿件，桿件 F2， S2， S4， F4 均帶綴板，為工字型截面，桿件 F3 帶綴板為箱形截面，其它桿件均為實腹工字型截面桿件。桿件截面具體組成如下表 11： 表 11 桿件截面組成表 桿件 圖示 尺寸 1F 桿 4 200 120 12?? ? ? 腹 1 420 10? ? ? ? 翼 2 600 12? ? ? ? cm? 2F 桿 （綴板厚10mm） 24 200 16?? ? cm? 2X 桿 4 200 120 12?? ? ? 腹 1 420 10? ? ? ? 翼 2 600 14? ? ? ? cm? 3X 桿 4 200 120 12?? ? ? 腹 1 410 14? ? ? ? 翼① 2 600 9? ? ? ? 翼② 2 600 12? ? ? ? cm? 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 13 2S 4S 桿 （空綴 ） 4 140 90 10?? ? ? 288mA cm? 3S 桿（實腹） 4 150 100 14?? ? ? 腹 1 430 9 3625? ? ? ? ? cm? 5X 桿（實腹） 4 200 120 12?? ? ? 4 600 9? ? ? 1 410 14? ? ? cm? 1S 桿（實腹） 4 150 100 14?? ? ? 1 430 9 3625? ? ? ? cm? 1X 桿 4 200 120 12?? ? ? 1 420 9? ? ? 2 600 9? ? ? cm? 4X 桿 4 200 120 12?? ? ? 1 420 9? ? ? 2 600 9? ? ? cm? 3F 桿 24 90 10?? ? 2 440 12? ? ? cm? 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 14 4F 桿 （綴板厚10mm） 4 200 120 12?? ? ? cm? 上下平縱聯桿件截面組成及尺寸表 表 12 上平縱聯桿件截面表 15? 綴板厚 16mm 寬 210mm 4 75 75 8?? ? ? 11? 綴板厚 16mm 寬 210mm 4 75 75 8?? ? ? 16? 19? 綴板厚 16mm 寬 210mm 4 75 75 8?? ? ? 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 15 17? 綴板厚 16mm 寬 210mm 4 75 75 8?? ? ? 18? 綴板厚 16mm 寬 210mm 4 75 75 8?? ? ? 橫撐 20? 綴板厚 16mm 寬 210mm 4 100 75 8?? ? ? 表 13 下平縱聯桿件截面表 22? 綴板厚 10mm 高 130mm 2 140 90 10?? ? ? 21? 14? 填板厚 10mm 高 100mm 2 120 80 12?? ? ? 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 16 23? 填板厚 10mm 高 100mm 2 120 80 12?? ? ? 端、中橫聯桿件截面組成及尺寸表 表 14 端橫聯斜桿截面組成表 1H? 綴板厚 10mm 高 130mm 表 15 端橫聯下方起重橫梁 1H 截面組成表 4 100 100 12?? ? ? 1 1440 10?? cm? cm? cm? 表 16 中橫聯桿件截面組成表 5H? 綴板厚 10mm 高 130mm 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 17 6H? 綴板厚 10mm 高 80mm 7H? 綴板厚 10mm 高 110mm 縱橫梁截面組成及尺寸表 表 17 縱梁、橫梁截面組成表 橫梁截面圖 及栓孔位圖 4 100 100 12?? ? ? 1 1440 10?? 縱梁截面圖 及栓孔位圖 4 150 100 14?? ? ? 1 1440 9?? 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 18 縱梁間橫聯桿件截面組成及尺寸 表 18 縱梁間橫向聯結系桿件截面組成（尺寸單位： mm） Z12 Z13 填板厚 12 Z14 90 90 10? ? ? Z15 90 90 10? ? ? 小結 本章對全橋的桿件進行了系統(tǒng)的編號并對尺寸和拼接構成進行了提取，一一將其列表以方便以后章節(jié)的檢算與設計。 重載運輸下鐵路簡支鋼桁梁橋加固設計 19 第二章 橋梁各桿件截面幾何特性計算 主桁桿件截面幾何特性計算 依據《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（以后簡稱《檢規(guī)》）對桁架各桿件檢算時 需要先求出桿件截面毛截面面積及對自身對稱軸的慣性矩，在計算時 將不規(guī)則截面劃分成規(guī)則圖形，可運用平行移軸定理求得。 1X ， 4X 桿件計算如下： 圖 21 毛截面積： 22 6 0 0 . 9 4 2 0 . 9 4 1 8 . 8 1 . 2 4 1 2 1 . 2 2 9 3 . 6 4mA c m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 對 x 軸慣性矩： 3 3 3 60 42 18 .8 12 4 ( 18 .8 11 ) 4 ( 12 5 )12 12 12 12xI ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 對 y 軸慣性矩： 3 3 3 3220. 9 42 60 0. 9 18 .8 1. 2 1. 2 122 4 ( 18 .8 1. 2 21 .5 ) 4 ( 12 1. 2 16 .1 )12 12 12 12yI ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 242 6 0 0 . 9 2 2 . 5 5 1 1 7 8 2 8 . 1 2 cm? ? ? ? ?