【文章內(nèi)容簡介】 凈寬決定鋼桁梁橋主桁架的中心距。本次設(shè)計(jì)為一人行天橋，中心距取為6米。 桁架橋總布置圖自重：參考以往鋼桁橋經(jīng)驗(yàn)，取每片主桁架所受恒載：人群荷載：，等效節(jié)點(diǎn)荷載為：。（1） 腹桿截面選擇 腹桿截面選擇表截面名稱截面類型截面大小下弦桿熱軋H型鋼上弦桿熱軋H型鋼豎桿熱軋H型鋼桿件19熱軋H型鋼桿件21熱軋H型鋼桿件23熱軋H型鋼桿件25熱軋H型鋼桿件27熱軋H型鋼縱梁熱軋H型鋼下橫梁熱軋H型鋼上橫梁熱軋H型鋼詳細(xì)計(jì)算過程，見附錄（2）縱梁 ，重力可以忽略不計(jì)，故荷載主要為人群荷載，縱梁間隔1m，則均布荷載為：，跨中彎矩根據(jù)抗彎強(qiáng)度選擇界面，需要的截面模量為： 選用熱軋H型鋼，其，跨中無孔眼削弱，此大于，梁的抗彎強(qiáng)度已足夠。由于型鋼腹板較厚，一般不必驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度。其他界面特性。（3）下橫梁選用和縱梁一樣的截面熱軋H型鋼。（4）上橫梁 由于上橫梁起著增加鋼桁梁橋的抗扭剛度并提高橫斷面的穩(wěn)定性，以確保各片主桁架共同受力的作用，故選用較小截面桿件比較經(jīng)濟(jì)，本處選取熱軋H型鋼。（5）橋面板厚參考以往設(shè)計(jì)資料。模型長度值50m，寬6m，高4m。長度單位m，力單位kN。 整體有限元模型 桁架部分模型 橋面布置圖 主桁架布置圖約束條件：兩端簡支 約束圖自重：整體坐標(biāo)Z方向，系數(shù)1人群荷載：板單元受均布荷載，方向豎直向下，如下圖所示 荷載分布圖 擾度示意圖撓度最大值： 梁單元應(yīng)力圖最大拉應(yīng)力：，安全最大壓應(yīng)力：，安全 板單元應(yīng)力圖最大應(yīng)力：，安全本章詳細(xì)介紹了簡直桁架梁橋的設(shè)計(jì)過程，從桿件內(nèi)力的計(jì)算，到桿件截面的選取，以及有限元軟件的建模驗(yàn)算，步驟明確，條理清晰。在做設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)幾條有用的經(jīng)驗(yàn)：（1）增大橋面板單元厚度，有助于減小撓度值，但是效果不是很明顯；（2）增大主桁下弦桿的截面，有助于減小撓度值，但是效果有限；（3）增大縱梁的截面，有助于減小撓度值，效果顯著；（4）增大主桁上弦截面，有助于減小撓度值，效果顯著；（5）增大主桁的高度，有助于減小撓度值，效果最好，但是要綜合考慮經(jīng)濟(jì)和實(shí)際調(diào)節(jié)，適當(dāng)調(diào)節(jié)。第4章 箱梁方案設(shè)計(jì)鋼箱梁又叫鋼板箱形梁，是工程中常采用的結(jié)構(gòu)形式。一般用在跨度較大的橋梁上，外型像一個(gè)箱子故叫做鋼箱梁。 箱梁截面有單箱單室、單箱雙室(或多室)，早期為矩形箱，逐漸發(fā)展成斜腰板的梯形箱。 箱梁橋可以是變高度，也可以是等高度。從美觀上看，有較大主孔和邊孔的三跨箱梁橋，用變高度箱梁是較美觀的；多跨橋(三跨以上)用等高箱梁具有較好的外觀效果。國外早期的大跨度橋梁多采用桁架式鋼加勁梁，如美國的金門大橋(1937)。1966年英國建成了第一座采用流線形鋼箱梁為主梁的懸索橋——Seven橋。此后，鋼箱梁逐漸在公路大跨度橋梁上取代了桁架式鋼梁的地位。我國橋梁建設(shè)事業(yè)自20世紀(jì)末以來，進(jìn)入了高速發(fā)展期，已經(jīng)建成的幾座大跨度懸索橋，從三峽西陵長江大橋開始，都采用了鋼箱梁主梁。鋼箱梁的優(yōu)勢在于：結(jié)構(gòu)重量輕、抗風(fēng)穩(wěn)定性好、 抗扭剛度高、施工和養(yǎng)護(hù)方便[11]。根據(jù)鋼箱梁橋的結(jié)構(gòu)形式，可以分為單箱單室、單箱多室、雙箱單室、扁平鋼箱梁橋等多種形式。其中，雙箱單室鋼箱梁橋是鋼箱梁橋中采用最多的梁橋結(jié)構(gòu)形式。扁平鋼箱梁橋梁高與橋?qū)捴群苄?，主要用作吊橋、斜拉橋、拱橋等的加勁梁，梁式橋中很少采用。根?jù)受力體系鋼箱梁橋可以分為簡支鋼箱梁橋、連續(xù)鋼箱梁橋和懸臂鋼箱梁橋。其中，鋼箱梁橋特別適合做成連續(xù)梁橋。 鋼箱梁橋下部結(jié)構(gòu)的組成與工字形剛板梁橋類似，主要由主梁、橫向聯(lián)結(jié)系和橋面系組成。由于鋼箱梁橋的橫向剛度很大，可以不設(shè)縱向聯(lián)結(jié)系。鋼箱梁的單箱承載力較大，可以采用單箱、雙箱和多箱的結(jié)構(gòu)形式，總體布置比較靈活。對于鐵路橋梁由于橋?qū)挷淮?，單線鐵路基本采用單箱。復(fù)線鐵路可以做成單箱雙室的結(jié)構(gòu)形式。 鋼箱梁頂、底板是箱形結(jié)構(gòu)體主要抵抗彎矩的構(gòu)件。尤其是頂板，直接承受人群荷載。設(shè)計(jì)中主要考慮強(qiáng)度條件，即頂、底板厚度要使使用過程中的應(yīng)力在鋼材容許應(yīng)力限度之內(nèi)，這關(guān)系到結(jié)構(gòu)自身安全運(yùn)營。歐洲最初的鋼箱梁頂板設(shè)計(jì)采用12 mm。我國早期修建的幾座大跨度懸索橋，從西凌長江大橋、虎門大橋，到江陰長江大橋、廈門海滄橋等，鋼橋面板厚度也都采用了12 mm。但是武漢理工大學(xué)理工一橋作為一座人行天橋，是否也需要這么厚的鋼板，就需要我們研究分析了。 箱型梁截面，通過控制其他變量參數(shù)，只改變頂板和底板厚度，進(jìn)行有限元分析得出如下結(jié)果： 板厚對撓度的影響 結(jié)論：可以看出，隨著板厚的增加，跨中撓度總體呈減小趨勢。在板厚較小時(shí)，板厚的增加對跨中撓度的影響較大；在板厚較大時(shí)，板厚增加對跨中撓度的影響越來越小，所以板厚并不是越大越好。針對次方案設(shè)計(jì)，板厚的最佳范圍大約為10mm~14mm，結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，故本次畢業(yè)設(shè)計(jì)板厚取值14mm。單箱室簡支箱梁橋可細(xì)分為單箱單室、單箱雙室和單箱多室等幾種類型。接下來我們將討論箱室數(shù)目對跨中撓度的影響。通過控制其他變量參數(shù)，只改變箱室數(shù)目，進(jìn)行有限元分析得出如下結(jié)果： 箱室數(shù)目對撓度的影響 結(jié)論：由上圖，我們可以看出，箱室的數(shù)目對撓度具有一定的影響，由單箱室增加到雙箱室，撓度變化值達(dá)到了100多個(gè)單位厚度。從雙箱室到多箱室的撓度雖然仍然隨著箱室數(shù)目的增多而減少，但是影響變得很小。隨著箱室數(shù)目的增加，用鋼量逐漸增加，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，本次設(shè)計(jì)的方案將采取單箱三室的形式。隨著梁高的增加，箱梁的截面慣性矩增大，跨中撓度減小。城市人行天橋的箱梁高度根據(jù)所處地點(diǎn)、設(shè)計(jì)承載能力等因素的不同，一般都在80cm~150cm之間。但是本次方案要滿足上下課人流高峰期理工大學(xué)生安全快速通過的要求，橋面寬度達(dá)到了6m，大于城市一般人行天橋的4m寬度，梁高的設(shè)計(jì)我們也通過有限元模擬實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果如下： 結(jié)論：由圖標(biāo)，我們可以看出，隨著梁高的增加，撓度值總體呈現(xiàn)減小趨勢。針對本方案，在梁高較小時(shí)，梁高對撓度的影響比較明顯，隨著梁高的增加，撓度的減小趨勢逐漸緩和。可以看出，撓度值下降較快，撓度值下降較慢。所以。 鋼箱梁橋的箱體一般應(yīng)用低合金薄板焊接而成，抗彎抗扭剛度大，彎曲應(yīng)力圖形合理，剪應(yīng)力小，自重小。另外，從箱梁的結(jié)構(gòu)上來看，無論是承受豎直偏心荷載還是水平荷載，都能作為一個(gè)空間結(jié)構(gòu)來抵抗外力，能發(fā)揮各個(gè)桿件的力學(xué)性能，沒有零桿。 然而鋼箱梁的頂板、底板和腹板，其厚度與高度和寬度之比非常小，是較混凝土箱梁更為典型的薄壁結(jié)構(gòu)，在集中荷載、均布荷載、彎矩和扭矩等作用下橫截面會(huì)發(fā)生明顯的變形，從而導(dǎo)致整個(gè)梁體發(fā)生局部屈曲、腹板壓皺和彎折破壞等現(xiàn)象，因此設(shè)置一定數(shù)量的橫隔板來保證其受力性能，達(dá)到阻止橫截面形狀的變形，限制由橫截面形狀變形和扭轉(zhuǎn)共同引起的橫向彎曲畸變應(yīng)力和縱向正應(yīng)力，同時(shí)起著局部約束截面扭曲的作用，從而阻止梁體由于局部屈曲而產(chǎn)生的失穩(wěn)現(xiàn)象。 橫隔板主要起到荷載橫向分配的作用，間距不宜過大，日本阪神規(guī)定其間距不大于6m。本次方案取橫隔板間距為5m。 對于橫隔板間距對撓度的影響，我也通過有限元建模分析了，結(jié)果如下： 橫隔板間距對撓度影響結(jié)論：由圖可以看出，橫隔板間距對撓度的影響很小，可以忽略不計(jì)。參照以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加勁肋采用熱軋H型鋼。 根據(jù)以上對各種參數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，箱型梁的截面形式最終定為：單箱三室，板厚14mm，橫隔板間距5m，加勁肋熱軋H型鋼。 箱型截面布置模型長度值50m，寬6m。長度單位m，力單位kN 梁單元布置圖約束條件：兩端簡支 邊界布置圖自重：整體坐標(biāo)Z方向，人群荷載：頂部板單元受均布荷載，方向豎直向下，如下圖所示 荷載布置圖 撓度值圖跨中最大撓度為： 梁單元應(yīng)力圖最大正應(yīng)力，安全最大負(fù)應(yīng)力，安全 頂板應(yīng)力圖 底板應(yīng)力圖最大應(yīng)力值：，安全 縱隔板應(yīng)力圖 橫隔板應(yīng)力圖本章通過利用有限元軟件的模擬計(jì)算結(jié)果，參考以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出了一種等截面的箱型梁橋方案，撓度滿足規(guī)范的要求，應(yīng)力也滿足安全要求。本章總結(jié)出了一些對于以后設(shè)計(jì)有參考價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)：（1）隨著板厚的增加，跨中撓度總體呈減小趨勢。（2）箱室的數(shù)目對撓度具有一定的影響，需要具體問題具體分析。（3）隨著梁高的增加，撓度值總體呈現(xiàn)減小趨勢。（4）橫隔板間距對撓度的影響很小，可以忽略不計(jì)（5）隨著加勁肋截面的增大，撓度值減小。第5章 板梁橋方案設(shè)計(jì)鋼板梁橋是指由鋼板焊接、栓接或鉚接，形成的實(shí)腹式鋼梁作為主要承重結(jié)構(gòu)的鋼梁，截面多為工字形。鋼板梁橋是中小跨徑橋梁中最常用的鋼橋形式，同時(shí)也是構(gòu)成其他形式鋼橋構(gòu)件的一部分。鋼板梁橋的主梁，通常采用工字鋼、H形鋼、焊接工形梁等結(jié)構(gòu)形式，主梁與主梁之間采用橫梁和縱梁相連形成整體受力結(jié)構(gòu)。主要受力結(jié)構(gòu)的主梁和橫梁在平面上形成格子形狀的梁格，因此鋼板梁橋也被稱為格子梁橋。工字鋼和H形鋼是由工廠軋制而成，通常為等截面形式，與焊接鋼梁相比，具有結(jié)構(gòu)簡單