70 240 70m钢桁拱桥施工阶段上部结构计算开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

一、目的及意义

1. 通过毕业设计,我们把理论与实际相结合,加强对理论知识的理解与掌握,提高我们分析问题解决问题的能力。

2. 通过毕业设计,重新回顾并熟练运用所学的各类计算方法,初步掌握钢桁拱桥设计与计算的基本方法。

3. 通过毕业设计,可以提升我们对制图软件,结构分析软件,数据处理软件的运用水平。

4. 通过毕业设计，我们可以熟悉国家标准规范,并且对行业中该领域的发展有一定的了解。

二、国内外的研究现状分析

近年来，我国基础建设发展迅速，钢结构由于其具有强度高、自重轻、施工迅速、抗震性能好等优点，成为建设大型结构的首选，特别是大量高层建筑和大跨度桥梁钢结构具有其特殊的优势。

钢桥具有强度高、韧性好、重量轻、质量容易控制、工厂化程度高、施工简单、工期短、结构拆除时产生的固体废物少、废钢回收价格高的特点，符合生态环保及可持续发展的需求。钢桥不仅是跨越江河山脉时大跨径桥的主要结构形式，也是高速公路和城市立交桥的主要结构形式，尤其是在城市等立交桥的弯斜坡等特殊桥梁中有广泛的应用前景。钢桥是各种桥梁类型中最有竞争力的桥梁，特别是在修建跨越大江大河及海峡桥梁时，钢桥以其轻质、高强、美观、快速及跨越能力大而成为首选之桥型。

当前，钢桁架拱桥主要用于铁路桥梁，应用在高速公路及城市道路中较少，但是在公路及城市道路领域采用钢桁架拱桥具有其特殊的优势。在公路领域，特别是在城市道路中采用钢桁架拱桥不仅可以满足当前快速、重载运输的需求，而且钢桁拱架施工迅速，中断交通的时间短，同时还可以为城市和公路添加一道风景线。

2 国内外发展概况

2.1国外钢拱桥的发展历史

1779 年建成的英国什罗普郡 Severm 河上的一座铸铁桥，是第一座使用钢铁建造的桥梁，这座桥由五个半弧拱肋组成跨度 30m 的单拱铸铁拱桥。作为第一座铁拱桥，该桥几乎完全模拟木结构拱的形状，拱肋采用分开的格构型并用放射性铁件连接在一起。该桥是英国工业革命的象征，也是欧洲第一座摆脱了砖木结构而建成的桥梁，被称为是近代桥梁的开始。

早期的铁桥主要为跨度不超过 60 米的桁架拱。一般矢跨比较小，桁架拱圈的梁高也很小，有的在铸铁桁架之间增填一些漂亮的花纹，既增加了桥梁的美观性又减小了腹杆的自由长度。这些铸铁建成的桥经历了几百年的风雨后很多依然保留至今。

1874 年美国 Missouri 修建了跨越 Stolouis 的伊兹桥（见图 1），该桥由 JamesBuchanan Eads 设计，大量使用钢材，于 1874 年 7 月通车，至今仍在使用。桥梁采用三跨（155.1m 158.6m 153.1m）上承式无铰拱，采用悬臂架设施工方法。它是双线铁路和公路俩用桥。每跨 4 肋，每肋有 2 根上下平行的弧形钢管组成，间距为 3.66 米，用斜撑联系。铬钢管作为上弦和下弦，用有格的斜杆固定位置，弦杆截面是钢圆管，杆件用厚6.3 毫米铬钢板完成直径 452 厘米钢管，合缝处为铆接，用气压沉箱将两个河中桥墩下沉。

1877 年在葡萄牙波尔图杜罗河上建造了一座跨径为 160.13 米的拱桥柔玛丽亚桥，该桥拱肋为双铰月牙形的桁架，跨中桁高 10 米。拱肋内倾，拱肋间距拱顶 3.97 米，拱脚为 3.97 米，拱脚为 15 米。该桥用锻铁制作，采用悬臂施工，为单线铁路桥。这座桥最大的特点是采用的月牙形拱肋，横向宽度变化，既符合双铰拱的受力特性，造型也非常美观。八年后在法国的 truyere 河上又建造了一座跨度 165 米的月牙形锻铁桁架拱桥—Garabitrailway brige。

人类进入 20 世纪后，汽车和飞机相继发明并投入使用，使生活方式发生了重大变化。在 20 世纪 30 到 40 年代，桥梁稳定及振动理论相继建立为桥梁建设提供了强有力的工具，钢拱桥的设计施工取得了巨大的成就。

在第一次世界大战后的 20 年，美国率先出现了建设高速公路及和城市交通基础设施的高潮，中、小跨度的钢筋混凝土桥和大跨度钢桁架桥大量建设。在 30 年代欧洲各国也修建了许多公路大桥，以适应越来越多的汽车交通。建于 1917 年跨径为 297m 的狱门（Hell Gate）桥（见图 2），推进了钢桁架拱桥的发展。1917 年美国在纽约市修建狱门四线铁路、道砟桥面、双铰中承式钢桁架拱桥。主跨为 298 米，两片桁架拱的中心距为 18 米。在桥面水平位置设置了平面纵向联接系用来抵抗风荷载，风弦杆的中心距我28 米，恒载集度为 77t/m。立面上拱为提肩型。拱下弦的矢跨比为 1/4.5，用钢量 17200t，合计为 57.7t/m，含碳量为 0.27%-0.34%，最重的杆件为 180t。采用悬臂安装，在安装时所用的临时锚固设施总重达 15500t，由于尽量使用未安装就位的钢材料，增加新的钢材料仅为 2300t。后来的悉尼港湾大桥、贝永桥等大跨径桁架钢拱桥的建设都受到该桥设计理念的影响。

第二次世界大战后，为了修复和重建被毁的大量钢桥，预应力混凝土桥和斜拉桥开始出现，与之相关的计算理论和施工方法的逐步成熟使其迅速推广。在 200-500 米跨径内，钢斜拉桥比钢桁架桥要经济，加上斜拉桥是自平衡系统，地质条件要求低，逐渐取代了钢桁架桥而成为桥梁建设的主角。1977 年建成的美国新河谷桥，总长度 923.5m，跨度为 518.2m，主跨桥面宽度为 22m。桥型纤细而优雅，欧式的桥面结构不但使风荷载减少，也使桥梁的外观更漂亮。主拱圈为桁式，拱间距 42.5m，以钢桁架作为车道。全桥构件采用 Z 型、X 型和 H 字型组件铆接，因为使用的是耐侯钢，大大减少了维护的工作量。

2.2 国内钢拱桥的发展状况

中国在 1888 年已经开始修建钢桥，已经有一个多世纪的历史，但建国前的钢桥，跨度都不大，所用的钢材也是国外的。由我国自行修建，具有代表性的钢桥是 1937 年建成的浙赣铁路钱塘江钢梁桥，跨度为 65.84 米。五十年代，我国钢桥技术发展迅速，1956 年建成武汉长江大桥（主跨 128 米）。六十年代，为了加快铁路建设，在西南的成昆铁路建设中，我国对栓焊钢技术进行了全面系统地研发，一举建成 44 座各种不同结构形式的栓焊钢桥，结束了我国使用了近一个世纪的铆接钢桥历史，开创了我国螺栓焊接钢桥技术发展的新时代。1968 年用国产高强度新钢材16Mnq 钢完全靠自己的技术建成南京长江大桥（主跨 160 米）。1993 年用国产15Mn VNq 钢建成的九江长江大桥（主跨 214 米），2000 年用 14Mn Nbq 钢建成了芜湖长江大桥（312 米）。

钢桁架拱桥的主要结构形式进入九十年代，随着我国经济和基础建设的迅速发展、钢产量的提高、钢材种类的不断增多，钢材大量应用于桥梁工程。重庆朝天门大桥（主跨 552 米）是目前跨径最大的拱桥，两片主桁架间距为 29 米，拱顶至中间支点高度为140 米，拱下弦采用二次抛物线，其矢高为 128 米。

广州新光大桥为新光快速路跨越珠江的特大桥，位于洛溪大桥和番禹大桥之间。主桥为三跨连续钢架飞雁式钢桁架系杆拱桥，桥跨为 177 428 177 米。

我国建成的钢拱桥还有万州长江大桥、重庆菜园坝大桥、常州新龙大桥、天津国泰桥、宁波成庄大桥等。这些不同形式钢拱桥，表明我国钢拱桥的建造技术已经有了很大的发展。

图1伊兹桥 图2 狱门桥

表 1.1 钢架桁拱桥一览表

本文以某大桥为工程背景,通过建立有限元模型,计算和总结了桥梁在各种荷载及关键施工工况下的上部结构的受力特点。通过建立有限元模型,准确的模拟桥面板、横梁、主析节点间的连接关系,根据不同施工工况，承受荷载，通过桥梁电算软件准确模拟出各个阶段下桥梁的状态，并按照设计任务书的要求进行计算，完成计算书的编写。

2. 研究的基本内容与方案

论文内容和任务：

（1）内容：完成桥梁施工阶段上部结构计算。

（2）目标：某桥施工阶段上部结构计算及计算书的编写；查阅15篇（或本）以上与本论文相关的参考文献、设计手册或著作；完成不少于2万个英文（或5000个汉字）印刷符，且与专业相关的英文文献翻译工作。

3. 研究计划与安排

2016年2月底，查阅相关文献，熟悉相关计算软件，并完成实习报告的编写。

2016年3月20号之前，完成开题报告。

2016年4月15号之前，利用midascivil软件将该桥的模型建立出来。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 姚玲森．桥梁工程[m]．北京：人民交通出版社，2011

[2] 王俊，向中富．特大跨钢桁拱桥建造技术[m]．北京：人民交通出版社，2014