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大跨度钢桁架桥梁的结构设计.pdf

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大跨度钢桁架桥梁的结构设计 摘要钢桁架桥梁的使用主要在一些公路桥梁中，在城市规划建设中使用较 少。但是近些年来随着城市道路的快速发展和铁道事业不断推进，大跨度的钢桁 架梁桥也得到了很大的发展。鉴于大跨度钢桁架桥梁在使用中施工方便和能够承 载较大的交通量的优势，给城市中桥梁建设提供了更多的选择。在本文中，详细 的介绍了大跨度钢桁架桥梁的结构设计特点，包含有桥梁结构的构造要求，通过 使用有限元软件的分析方式，对于大跨度钢桁架梁桥的设计要点和结构承载进行 讨论。 关键词大跨度钢桥；大钢桁架桥梁；结构设计；桥梁设计 在城市的发展过程中，对于交通的需求不断提升。在遇到自然阻碍的情况下 需要不断提高工程的智慧来完成实际的需要。面对江河的阻隔，架设桥梁方面就 需要改变以往的设计思路。这样的情况下，大跨度钢桁架桥梁就应运而生。下面 我们对大跨度钢桁架桥梁的结构进行设计。 1工程结构概况 某桥梁的整体结构选用下承式大跨度钢桁架桥梁，在桥梁的上部结构中包括 有桥面结构、主桁架、桥梁连接体和桥梁支座等五个主要部分。大跨度钢桁架桥 梁桥面铺装结构使用厚度为30cm的钢筋混凝土连续板，并在钢筋混凝土上面铺 设有3cm～6cm的防水层和6cm的沥青混凝土层。整体的桥面板上采用16个现 浇钢横梁。桥梁的上部结构中所选用的混凝土强度为C45，承受荷载的钢筋为 HRB450，构造筋为HRB400。 大跨度钢桁架桥梁的桥面结构由钢横梁和纵梁组成。相比于一般跨径的传力 结构相似，大跨度钢桁架桥梁通过桥面将荷载向下传递（纵梁--横梁），通过传 力节点最终分布在钢桁架杆件中。在桥面的钢桁架的横梁中有16道，断面采用 工字型的焊接钢，尺寸为2□800×60，1□850×50（单位mm）。因考虑到桥梁的结 构为大跨度，承受的荷载较大，所以结构设计时采用混凝土和钢架共同受力的模 式，同时在钢架顶端设置有螺栓剪力键，更好的使混凝土和钢架共同受力。 桥梁的连接体的作用是使得横梁和纵梁能够在风荷载的作用下保持稳定性， 并且能在地震的作用下有一定的抗倾覆能力。因此在结构中使用上弦支撑和水平 支撑。支撑选用H型钢。钢材选用300×300。在大跨度钢桁架桥梁中，主桁架是 最为重要的承力结构。考虑到大跨径梁桥的长度普遍较长，所使用的腹杆强度较 大，不能使用钢筋混凝土结构，在本设计中，选用高强度的连接系杆。连接系杆 一般不采用工资型钢，而使用高强螺栓连接，并用焊接工字型截面焊接在一起， 以此来达到设计的强度，也便于工程的施工。 2大跨度钢桁架桥梁有限元分析 在大跨度钢桁架桥梁结构设计过程中，由于跨度较大，受力杆件较多，在计 算过程中较为复杂。选用有限元软件对钢桁架受力结构进行分析。在建立有限元 模型的过程中，从平面结构和立体结构两个方面进行，在结合两种的模型建立方 式的不同，得出最为贴合工程实例的大跨度钢桁架桥梁模型。并将平面模型导入 结构程序中进行计算。得到两跨对称的横向布置参数，并在人行道中设置有防撞 墩台。在跨中处的桁架的横向影响线的计算中考虑有最不利荷载分布，进一步对 跨中处的桁架受力进行分析。 在空间模型的分析过程中，将上弦和下弦结构分离开来进行分析，考虑到了 腹杆和斜腹杆的受力结构，对于有限元中的每个单元体进行分析得到横向和纵向 量的单元信息，并。在考虑到上部结构荷载（桥面荷载、桥面铺装、人行道、防 撞墩台永久荷载、可变荷载）的分布情况，根据折减系数的计算之后，转换到各 个单元当中。由设计的结果可以看出，平面结构和空间结构所得出的桁架受力结 构模型的计算结构相似，计算结果正确。而且在使用有限元设计软件中得出的大 跨度钢桁架桥梁结构分析数据，都会比杆件的容许应力小。在软件分析中，还进 行钢桁架各个杆件的连接承载能力和连接使用疲劳性实验，都能通过《公路桥涵 钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86中所制定的要求，保证各杆件的设计强度 的情况下疲劳强度都要小于设计容许应力。 最为桥梁的称重部件，横梁在设计的过程中简化为钢和混凝土的结合体进行 考虑，在一期荷载当中主要由钢桁架进行承担所有的外部荷载，在二期恒载和活 载计算中，荷载由桥梁的纵向梁和混凝土上部面板共同承担。当荷载的分布情况 使用有限元软件分析出来之后，需要对于每个桥梁的应力阶段进行验算，其中包 括有应力的验算、挠度的验算、抗压验算、抗拉验算，抗弯验算和系统整体稳定 性的验算。在满足了这些承载力的设计要求才能进行下一步的设计工作。此外， 还要特别强调的是，不同于一般的钢桁架梁桥，在大跨度钢桁架梁桥的设计当中 还要对于高强螺栓的铆钉剪力键进行容许力验算，在通过弹性模量和塑性指标的 分析之后，计算出合适的铆钉承载能力，从而计算出使用铆钉的数量。 3大跨度钢桁架桥梁的模态分析 模态分析是动力学分