钢桁梁柔性拱组合体系桥受力分析及节点板研究（可编辑）

1、钢桁梁柔性拱组合体系桥受力分析及节点板研究（可编辑）学校代码中图分类号密级垒珏硕士学位论文钢桁梁柔性拱组合体系桥受力分析及节点板研究樊荣大/作者姓名：土木工程学科专业：大跨度桥梁结构研究方向：土木工程学院学院系、所：指导教师：盛兴旺教授答辩委员会主席论文答辩日期趟粒中南大学二零一三年五月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作 的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作

2、者签名：盥h期:三 堕年上月三白学位论文版权使用授权书木人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有 权保留学位论 文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅； 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学 位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文 全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：壅盏聊签名如期:巡年月尘钢桁梁柔性拱组合体系桥受力分析及节点板研究摘要:厦深铁路客运专线榕江特大桥系主跨为的钢桁梁与柔性拱组合体系桥,其跨度在同类型桥梁中位居世界首位。该桥的 节点构造形式采用了整体式

3、节点技术即:节点板事先在工厂拼装焊接成型,然后再 往整体节点板上拼装主桁等杆件。此类节点的整体刚度和局部刚域效果相较于外 贴式节点都要高，同时该桥的部分节点由于拱一桁和桁力h劲肋等结构特征导致其 结构构造和应力分布较为复杂，针对该桥的结构形式和高速铁路双线荷载的特殊背 景，同时配合铁道部科技研究开发计划的需要，本文对该桥的关键整体节点板以及 刚性吊杆与主拱连接外贴式节点的进行受力分析，主要工作有：介绍了钢桁一拱桥的特点，列举了国内钢桁梁拱桥的发展状况，同时概括了针 对节点板研究的发展状况。基于线弹性、小变形理论,采用通用有限元软件，建立了榕江特大桥上部结构 的有限元分析模型并开展了施工阶段、运

4、营阶段做了数值仿真分析。运用子空间迭代法分析计算了该桥的前八阶自振特 性，与设计院提供的数据基本吻合,验证了 设计的安全性和本文计算模型的可靠性。对实桥节点采用薄板单元建立有限元模型并进行了线性静力分析，基于等效 原理，将课题组中：模型试验结果与本文理论分析 结果进行了对比，校验了本文方法 的可靠性。为探讨整体节点板的次应力效应，就整体结构中节点分别按较接模式和刚接 模式两者不同模式下的整体节点板力学效应进行了对比分析，得出了其次应力的一 些分布规律。.针对刚性吊杆与主拱整体式节点板的连接为外贴式节点方式，考 虑外贴式节 点板中板板和板栓接触非线性特点，对该节点进行了非线性接触分析，对多排螺

5、栓群接触力发展历程和传力规律进行了初步 探索。图幅，表个，参考文献篇关键词:钢桁梁柔性拱桥，先梁后拱，整体式节点，局部应力，高强螺栓,非线性 接触。分类号：，9- 目录原创性声明?.目录？绪论.引言？.国内钢桁梁拱桥发展状况？ 节点板研究状况.钏栓节点板.。.整体式节点 板?.节点板中的接触和摩擦问题?.木文背景桥概况.木文宗旨榕江特大桥上部 结构计算分析.有限元模型？.材料特性?. 单元类型?. 节点和单元 荷载和质量.边界条件？梁单元模型施工阶段分析一.施工方案？.钢梁计算分析拱肋计算分析梁单元模型运营阶段分析? ?o.计算参数和工况？.各工况下位移计算 各工况下应力计算杆单元模型计算结果

6、对比各工况下位移计算 各工况下应力计算.两种模型计算结果对比？自振特性分析？?本章小结？整体节点板受力分析与模型试验?.典型节点概况? 。节点构造.节点数值建模？ 材料特性? 单元类型？荷载换算？ 边界条件？节点计算结果及分析？.节点板计算结果？.拱肋平板计算结果.弦杆平板计算结果节点模型试验？.试验模型介绍加载装置？.测点布置？.等效原理？ 加载原则？.试验结果？节点模型试骑数据分析及有限元结果验证?.应力分布图有限元模型的验证.木章小节? 一基于刚性节点的整体节点板受力分析?引言？,节点构造节点数值建模？.材料特性？.单元类型？.荷载换算？ 有限元模型节点板计算结果及分析木章小节?. 典型

7、节点板非线性接触分析引言?关于接触分析的机理？ 节点构造 节点的特殊性 节点的简化?.节点数值建模？ 节点接触分析计算结果.节点的变形、应力计算结果.板件之间摩擦特性.螺栓孔壁接触力？ 本章小节？结论与展望?.木文主要工作本文主要结论.展望.参考文献.致谢? 一攻读硕士学位期间主要的研究成果?.一、参加的主要科研项目？?.二、参加的主要设计项日？硕士学位论文第一章绪论绪论引言钢材用于桥梁建造的历史可以追溯到两百多年前的世纪，年建成的伊尔福徳桥 是世界时第一座钢桥铸铁跨度为。此后钢桥的应用进入了高速发展时期。基于钢 材高强度,塑性好，加工便利，跨越能力大等诸多优点，近年来发展了多种新形式的 钢桥

8、】，而钢桁梁桥是主要形式,可以分为:钢 桁梁桥、钢桁架拱桥、钢桁梁拱桥钢 桁梁和钢桁架拱的组合形式、钢桁梁斜拉桥主梁为钢桁架形式的斜拉桥、钢桁悬 索桥主梁为钢桁架形式的悬索桥等。钢桥中节点的常用连接形式可分为焊缝连接,钏钉连接和高强螺栓连接。在栓 连接中，由于螺栓孔在一定程度上消弱了板件的有效面积，板件在荷载更容易发生撕裂破坏。现实工程中发生这样的连接板撕裂破坏也是非常常见的隅。美国桥坍塌【的重要原因就是过分减小上弦杆节点板厚度而导致撕裂破坏，最终使整座桥梁坍塌。因此对于节点板这种看似“无关紧要”的部位的研究显得尤为重要。针对大跨钢桁梁桥受力状态复杂的节点进行研究，国内通常采用有限元进 行局部

9、分析，模型试验数据较少，尤其针对整体式节点板的进行模型研究的资 料更少。木文以榕江特大桥双线铁路钢桁连续梁加柔性拱组合体系桥为背景，结合铁道部科技研究开发计划子项冃，开展整体式节点【 板受力特点研究，主要对象选择该桥具有代表性的上弦节点以及下弦节点进行了有限元静力分析，并对拱肋节点进行了非线性接触分析【】，得 出高强螺栓传力特点和以及节点板之间的接触摩擦规律。总结考虑不同因素下, 节点板和杆件上变形、应力分布规律，提出整体式节点板节点设计的控制性因 素。国内钢桁梁拱桥发展状况目前国内已建成的钢桁梁柔性拱桥见表.硕士学位论文第一章绪论表卜国内主耍钢桁梁秉性拱桥成昆铁路迎水河全焊接钢桁梁京九铁路九

10、江长江大桥焊接钢桁粱，公铁两用大准铁路黄河特大桥主梁桁架无竖杆主梁采用箱梁和桁粱的重庆菜园坝长江大桥无推力钢箱系杆拱桥道祚桥面槽型粱福厦铁路闽江特大桥京沪高铁济南黄河大桥四线铁路荷载合福铁路经开区特 大桥？卜顶推旖工整体节点厦深铁路榕江特大桥正交异形板桥面选取其中几座有代表性的简介如下；九江长江大桥【'九江长江大桥在跨度、材料、技术、工艺以及焊接、制造、架设等多项技术 实现了历史性突破，达到当时国际先进水平。是我国铁路南北通道京九线和公路干线国道跨越长江的重要桥梁，也是年代中期长江上规模最大的公、铁两 用桥梁整个大桥设计新颖，造型优美，工艺独特，雄伟壮观。大桥铁路引桥采用的无 確无枕预

11、应力箱形粱，在我国建桥史上还是第一次。主河槽米宽的大跨度,也居全 国桥梁之首正桥钢梁共孔，所有钢梁均为栓焊结构。见图。图卜】：长江大桥京沪高速铁路济南黄河大桥娜“】京沪高速铁路济南黄河大桥是京沪高速铁路在济南跨越黄河的重要工程。大 桥在两岸临黄大堤之间为京沪高速铁路和太原青岛客运专线线共建。主桥跨度布 置为，采用等高度的剧性梁柔性拱方案，刚性主梁采用带竖杆的等高度三角形桁架，柔性拱肋按圆曲线布置，主桥横向采用两片硕士学位论文第一章绪论主桁,桥面采用止交异性钢桥面板，有祚桥面刃图?京沪高速铁路济南黄河太桥重庆菜园坝长江大桥四】重庆菜园坝长江太桥采用中承式无推力钢管混凝土系杆拱桥的结构形式。 主跨

12、米，该桥是集钢箱拱、钢箱粱、钢桁粱各种新型桥梁结构形式于一身 的现代化桥梁。其中钢桁梁的节点也是采用整体节点板技术，施工时也是采用 的整节间拼装的方式。该桥与年建成通车，如图.所示：囤卜重庆菜园坝长江太桥.节点板研究状况节点板是钢结构设计中无法避免的一个重要部件，杆件之间的内力传递和绝大大部分都要通过节点板来传递;节点板由最初的钏接形式逐步发展为栓接 形式以及整体式。针对钏栓连接的节点研究有相当一部分成果,但是整体式节 点受力复杂，至今还没有一套精确的理论分析和实用计算方法供设计时使用。 以下是关于节点板研究的发展历程。硕士学位论文第一章绪论.钏栓节点板外贴式节点板【最初的连接形式是钏钉形式，

13、但由于钏接质量不可靠，同时工序繁琐以及后期维护成木高，随着焊接和栓接的出现和发展便退出了历史舞台。而对于栓接节点板的计算，国内外学者开展了以下研究工作：德国工程师是最早对节点板进行研究的学者，假定弦杆的轴力在一个假想的角度范围内传递，并且在这一范围内的应力是均匀分布的。 然后根据内力求得该处的平均应力和允许应力对比，以此作为验算结构安全性 的标准。年】进行了许多桁架节点板的模型试验，通过实验进一步证实了假定的正确性，并在此基础上修订了传力角度。此后不久,和通过试验进一步骑证了提岀的“有效宽度法''计算的正确性。年和对节点板模型进行试验，通过试验数据的分析发现剪应力的发展与板件连

14、接长度有关，最后建议对受剪面的剪应力进行 等效修正处理。年和分析了采用螺栓连接的节点板受力性能，同时对不同板厚以及不同斜杆斜交角度进行模型试验。二者还针对模型试 验进行了有限元分析。试验发现最后一排螺栓之间的板件最先破坏，和有限元 得出的结论一致。年对螺栓连接切口钢梁进行试验。考虑了螺栓排数、螺栓端距、螺栓间距、螺栓孑洞形式等因素的影响。他将有限元分析和试验分析相结 合，从有限元分析结果中可以看出双排螺栓连接受拉净截面拉应力分布趋于三 角形分布。年等对角钢构件、型钢构件、工字型钢构件试验分析。试验考虑了螺栓颗数、螺栓间距、螺栓端距等因素的影响。通过分析试验结果, 对比角钢构件和型钢构件，认为平

15、面外偏心对承载力的影响很小。通过对比发现平面内偏心对承载力的影响较平面外偏心的影响大。年等在等对切m梁螺栓连接处板件撕裂试验分析的基础上,利用个切口梁试件试验结果对螺栓连接切口梁撕裂设计进行可 靠度分析。将试验结果与当时实行的各国钢结构设计规范计算承载力进行对比, 认为各国钢结构设计规范对于螺栓连接切口梁的撕裂设计均存在不同 程度的可靠度系数偏低的现象。年等对个矩形节点板试件进行试验。试验考虑了螺栓排第一章绪论硕士学位论文列形式、螺栓端距、螺栓间距对受拉撕裂破坏形式的影响。在【所做的受拉撕裂破坏试验中观察到了明显的破坏形式。即最后一排螺栓间受拉净截 面由颈缩逐渐被撕裂，此时承载力达到最大，随后

16、沿两排螺栓孔洞剪切破坏。.整体式节点板整体式节点板相对于传统节点板外贴式节点板有以下优点:节点强度高，螺栓密集程度小，施工工序少，节省高强螺栓。因此近年来得到了跨越式 发展,不仅在铁路钢桥中得以应用，在公路桥梁中也开始出现整体式节点。近年来针对整体式的节点的研究的方向主要是疲劳性能研究和焊接残余应力研究，而且都是针对某一背景桥进行的生产服务研究，真正作为科学实验 专题性的研究非常少，采用的手段基本上模型试验。下而通过几座采用了整体 节点的大桥来介绍整体式节点板的研究进展。年月建成的京九线孙黄河大桥，在我国第一次采用焊接整体节点和节点外拼接技术，同时第一次在主桁弦杆上采用不等厚对接焊。在钢梁制

17、造中采用精密切割,边缘不再加工。孙口黄河大桥先后进行了 “整体焊接节点 残余应力测试及分析”、“整体节点模型试验”等，这些研究成果为整体节点术在孙口黄河大桥上的应用提供了保障。年底建成的长东黄河二桥【'是继孙口黄河大桥首次使用整体节点后又一次对整体节点的改进。采用了外形简洁、美观的三角形无竖杆桁梁及整体 节点形式，弦杆与节点部分连为整体，节点外拼接，斜杆仍插入节点栓接。桥 面系、联结系部分与传统的桁粱结构相同。通过箱形杆隔板交叉焊等进行试验 研究，使我国钢桥的焊接制造水平提高了一大步。在节点构造细节设计中，在孙口大桥基础上作了一些改进,促使我国整体节点技术逐步发展、成熟，提高 钢桥制造

18、工艺水平，特别是钢桥焊接水平上一个大的台阶，使我国大跨钢桥的 设计、制造等综合技术达到国际先进水平。年建成的芜湖长江大别是我国建桥史上的一座新的里程碑,在孙口黄河大桥的基础上，又向前迈进了一大步。采用了更先进的整体焊接节点:主 桁间弦杆、斜杆,竖杆的连接、弦杆与横梁及连接系杆件的连接均在节点中心 之外，下平联节点板以及横梁均与节点板焊成整体。为了减轻钢梁重量、节约 材料，弦杆盖腹板根据受力情况均进行了等厚或不等厚的对接,弦杆间的连接 采用内外拼接板拼接方式，斜、竖杆与弦杆的连接采用了斜、竖杆向整体节点 内侧插入式的连接，横梁和平联节点板均焊在节点上，并要求熔透。整体节点 上连接关系复杂、孔群密

19、集且精度要求高，故制造难度很大。年通车的重庆菜园坝长江大桥】是我国首座特大公路、轨道两用无推硕士学位论文第一章绪论力提篮式钢箱梁和钢桁梁组合形式系杆拱桥，其桁梁的节点也采用了整体节点 技术。该桥钢桁梁共个正交异性桥面板钢桁梁整体节段，每个正交异性桥面 板钢桁梁整体节段由以下杆件单元组成:正交异性桥面板块、带桥面的中上弦 杆及边上弦杆、桥面横梁、主桁斜腹杆、下弦杆、下横梁、下平纵联、斜撑 杆、吊点整体节点、下弦整体节点。 节点板中的接触和摩擦问题接触和摩擦现象广泛存在于钢结构构件，尤其是节点板中。节点板与拼接板、拼接板与填板、吊杆等板件之间的传力就是通过摩擦来实现的。高强螺栓 和螺栓孔之间的挤压

20、和剪切是通过接触的方式体现出来。年英国的提出了弹性接触理论，它只能应用于一些简单、半无限体以及接触状态不复杂的接触问题。国内外许多学者通过试验,研究了螺栓连接的接触摩擦问题，分别提出了许多简化模型和公式;但基本上都是假定摩擦面没有滑移的前提下进 行的，近年来也有不少学者通过对螺栓采取不同的假定和单元,对螺栓连接中 的接触问题进行了有限元分析o接触具有强烈的非线性，因为在事先界而的初始状态未知，而且在计算中 有些界面时而接触时而分离，导致边界条件时刻发生变化，此外若计入材料非 线性那接触问题将变得十分复杂。木文背景桥概况榕江特大桥位于广东省揭阳市榕城区地都镇和汕头市潮阳区关埠镇榕江河 段，是厦深

21、铁路重点控制性工程。大桥总长，其中主桥为四跨连续钢桁x ,梁柔性拱结构，引桥为简支梁和连续梁结构。跨径组合为 钢梁全长。主桥钢桁梁的总重量约吨，单根钢梁最大重量约吨， 主桥通航净高米，工程技术难度为国内同类桥梁建设所罕见。主跨更 是同类桥型桥梁世界之最'。o主桁采用带加劲肋的箱型截面，桁高，桁宽，节问长度.边跨共个节问，中跨个节问。主桁杆件包括上弦杆、下弦杆、斜杆及竖 杆，弦杆为箱型截面整体节点，杆件之间采用整体式节点板连接，在节点板之 间内插弦杆和拱肋;柔性拱肋矢跨比/,矢高上弦杆以上.，按二次 抛物线布置。 主桥立面布置图、横截面见图.，该桥己于年月竣工，建成后的大桥效果如图.所示

22、。硕士学位论文第一章绪论囤卜椿江特大桥立面布置图图卜榕江特走桥典型截面图图卜榕江特太桥主桥效果圈该桥梁具有以下特点:跨度大，同类型桥中跨度最大；高度高，从承台顶到拱项 约风险大，旖工中最大悬臂状态处于台风期;工期紧，从开始到拼装结束个月：技术难度大，精度要求高、体系转换复杂;设备要求高， 大部分设备需特殊加工。硕士学位论文第一章绪论本文宗旨木文以厦深铁路榕江特大桥为工程背景，针对整体式节点板的计算和研究开展 了以下工作：.对大桥上部结构在施工阶段和运营阶段的受力性能进行了仿真计算分析，同 时分析计算了该桥的前八阶自振频率。一是验证该有限元模型的正确性，是给下面的章节关于节点板的研究提供节点的选

23、取标准和荷载取值依据。鉴于整体式节点板的受力分析大多通过模型试验的方法，木文通过有限元数值分析，对该桥的上弦节点以及下弦节点进行细部分析，并和哈尔滨工业大学的模型试验结果进行对比。同时比较了两种荷载模式下的节点板应力、位移响应。.对于采用高强螺栓连接的节点板，国内外学者一致认为:在给高强螺栓施加预拉力后，由于节点板和拼接板之间的摩擦系数较大，因此杆件之间的轴力是通过板与板之间的摩擦力传递的，而高强螺栓基木上不传递剪力。但针对该类假定的数值证明非常少，尤其是对于考虑了接触对节点板的应力场产生多大的影响也无从得知。因此本文针对背景桥拱肋节点，开展了非线性接触分析,得出了高强螺栓传力规律以及接触力发

24、展特点。硕士学位论文第二章榕 江特大桥上部结构计算分析榕江特大桥上部结构计算分析对于采用悬臂施工的大跨度钢桁梁桥来说，结构的最终形成，必须经历一 个漫长而又复杂施工过程以及结构体系转换过程，对施工过程中每个阶段的变 形计算和受力分析，是保证桥梁结构在整个施工阶段乃至运营阶段的安全最基 本的内容。对运营阶段的计算是确定桥梁结构能否满足正常使用功能的前提， 而自振频率和振型是评判桥梁动力性能最重要的指标【。有限元模型有限元法】的基本概念是将一个连续的求解区域离散成有限个单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表 示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各 节点的

25、数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有 限自由度问题。分析时，先进行单元分析，用结点位移表示单元内力，然后将 单元再合成结构,进行整体分析，建立整体平衡关系，由此求出各个结点位移， 进而求得单元应力。木文采用/对榕江特大桥建立了三维仿真计算模型，因为该桥的钢桁梁桥的结构形状、单元截面、边界条件是非常复杂的,而且有很多构 造复杂的节点，因此很难精确的把每一个部分都在模型中体现，而且这样做的 分析效率是极其低下的，因此必须对某些部位和和边界条件进行简化。结合榕 江特大桥的结构形势特点，在全桥模型的建立过程中，主要按照如下的思路 和原则：.材料特性榕江特人桥拱肋腹板及节点板采

26、用钢材，主桁采用钢材，钢桥而系、纵向平联、横联及桥门架采用钢材。材料设计参数根据铁路 桥涵钢结构设计规范取值，模型中材料物理参数取值为:弹性模量，泊松比，剪切模量，质量密度.x/,线膨胀系数.一。.单元类型由于后面章节需要提取不同模型下的杆件内力，因此木文有限元模型采用了两 种单元同步计算：硕士学位论文第二章榕江特大桥上部结构计算分析模型一:空间板梁单元模型模型二:空间杆单元和板单元模型模型一中主桁杆件上、下弦杆，斜杆，竖杆，横梁，平联，横联，桥门架，拱肋，吊 杆都分别采用空间梁单元和桁架单元模拟。中的梁单元是以的梁理论垂肓于中和 轴的截面，在变形后保持平面形状，但不一定要继续垂直于中和轴为基

27、础，它具有 拉、压、剪、弯、扭的变形刚度 模型二中除主桁杆件和拱肋采用杆单元外其余杆 件采用梁单元模拟。中杆单元称为桁架单元，属于三自由度两节点单元，单元只承 受轴向荷 载无弯矩和剪力；正交异性钢桥面板采用板单元模拟，板的厚度按照程序 中提供的刚度等效的原则确定。该模型主要用了节点分析，主耍成果在第三章体现, 同时也校核结构的安全性。 节点和单元模型一中在每一跟主桁杆件和拱肋节点处定义有限元节点,并在节点之间按照杆件实际截面连接成单元，为了考虑杆件自重效应,每根杆件分为四个单 元。节点坐标忽略制造预拱度的影响，另外在上下弦杆处，根据杆件的实际长 度将单元细分。对于不同杆件相交的节点,采用共节点

28、刚接的办法处理，节点 板的不在模型中模拟，重量用相应的节点荷载施加在节点上。模型二中节点和单元按照模型一方式处理，不同之处是在模型中节点是按 照较接处理即把主桁杆件的端部转动约束释放，在此处不传递弯矩即为餃接。 荷载和质量荷载的取值按照设计说明中规定的数值，主要有:一期恒载，包括结构自重程序自动计入,轻质垫层按照/计。二期恒载，包括线路设备、防撞墙、人性道板等，按照/计。拼接板以及高强螺栓的重量按照实际重 量取平均值分别施加到各个主桁节点上去，同时在计算桥梁自振频率时将该部 分荷载转化为质量参与振动;施工荷载，包括回转吊机的重量共有两种类型， 和，运梁台车及轨道的重量;活载采用活载;整体升温和

29、降温。；支座沉降按计;列车制动力按全梁单线满载的%计。动力系数按照规范规定:列车竖向活载包括列车竖向动力作用，该列车 竖向活载等于列车竖向静活载乘以动力系数，钢桥跨结构的动力系数应按下列公式 计算：“/式中为计算跨径：硕士学位论文第二章榕江特大桥上部结构计算分析对于木桥；边跨;/中跨;/卜.边界条件本文关注的是上部结构的受力状态，因此在有限元模型中未考虑下部结构。桥 墩上的永久支座按照规范中关于支座设置的原则来模拟，施工过程中设置的多个临 时支撑，采用单向竖向一般支撑模拟。对于结构的体系转化，在程序中分别定义不 同的边界组在相应的施工阶段中激活和钝化。全桥共建立个节点，个单元,其中梁 单元个，

30、扳单元个，有限元模型如图所示。圈全桥有限元计算模型梁单元模型施工阶段分析 施工方案榕江特大桥采用先梁后拱？口”的方式进行施工。通过在水中搭设临时支墩配 合回转吊机对称悬拼的总体架设方案。钢桁粱架设采用从两侧边墩位置分別向中墩、同时从中墩向两侧边墩对称悬拼，在边跨设置临时支墩辅助边跨钢桁梁的架设,在中跨设置临时支墩用于主粱台龙日；拱肋的安装采用从、主墩 的拱脚处往主墩方向架设,在墩拱脚处合龙拱肋的施工方案。具体施工步骤如下：步骤一：、从两岸堤坝顺桥向于河流上游施工钢栈桥分别至及墩，预留墩间为通航孔， 此钢栈桥作为塔吊支立、钢梁杆件水平运输的通道。、在、墩身碗施工完成后, 利用埋设其上的塔吊基础预

31、埋件拼装塔吊。、在两边跨二甜间设计位置分别搭 设x个钢管桥临吋支墩，用于边跨钢桁梁拼装。第二章榕江特大桥上部结构计算分析硕士学 位论文？9图步骤一不意图步骤二：、边跨利用塔吊拼装三个节闻钢桁梁边跨用临时钢支座支承。、斟墩完成后, 在两侧搭设钢管桥支架，用于拼装该处四节钢桁粱 墩上安装永久支座，调好轴线与 标高后，将钢粱与支架固结。个钢管桩临时支、在两主跨、中间分別措设墩，用于钢桁粱合龙。圈步骤二示意图步骤三：、把边跨钢桁梁锚固在边墩墩顶锚固预埋件上。、在两边跨拼装完成的钢桁梁上面用塔吊拼装回转吊机、中跨墩处，利用塔吊 拼装墩顶钢桁梁支座和四个节闻钢桁粱，嫩顶钢桁粱锚固在钢管桩支架上。势亨带搠图

32、步骤三示意图步骤四硕士学位论文第二章榕江特大桥上部结构计算分析、在墩墩顶钢桁粱 顶面用塔吊拼装两台全回转吊机，第、节间通过栈桥取梁，其余钢梁利用塔吊将钢 桁梁杆件置于运梁台车上,运梁台车运送杆件至拼装工作面，利用全回转吊机拼装。、北岸边跨全回转吊机通过栈桥取梁，南岸通过运梁台车取梁。、回转吊机架 设一节问走行一节问，直至、墩,再在、墩在上弦桥面上铺设运梁台车轨道,在轨道 上拼装运梁台车。、拆除墩塔吊。、黔争掣擘髦讳图步骤四示意图步骤五：、北岸利用回转吊机继续向合龙位置拼装钢桁粱。、墩处用运梁台车运送钢 桁梁杆件至拼装而，两岸对称拼装,与边墩拼装基木同步到达合龙位置处。、南岸至墩墩处用运粱台车运

33、送钢桁梁杆件至拼装而，向合龙位 置拼装铜桁 粱。每节问都应严格临控。图步骤五示意图步骤六：、解除边跨锚固措施。、利用各墩及临时支墩墩顶位移调整系统调整钢桁粱位置。、在设计要求的 温度范围内安装合龙口钢桁梁，完成第一次体系转换。第二章椿江特丈桥上部结构计算分析硕士学位论文图步骤六示意图步骤七：、中跨回转吊机退回墩，利用塔吊拆除。、边跨台回转吊机退至拱脚处靠、墩侧，利用回转吊机自拱 脚到拱顶依次安装 两拱拱肋及吊杆，同时设置吊杆顺桥向及横桥向临时撑杆。、中跨冋转吊机拆卸完成后，边跨冋转吊机走至墩,臂杆接长至，长度满足拱顶 架设要求。图？步骤七示意图步骤八：、边跨台长臂回转吊机退至拱脚处靠、墩侧,继

34、续利用长臂回转吊机自拱脚到 拱顶依次对称安装两拱拱肋及吊杆，同时设置吊杆顺桥向及横桥向临时撑杆。、分别在两边拱脚留出台龙口。固图步骤八示意图硕士学位论文第二章榕征特大桥上部结构计算分析步骤九：、采用在临时墩上支顶等措旌，保证合龙口在各方向达到设计要求、合龙拱肋，完成体系转换。囤一步骤九示意图步骤十：、解除所有临时支撑，安装永久支座,完成体系转化、桥面铺装，安装轨道、栏 杆等附属工程。.囤步骤十示意图根据榕江特大桥的施工特点，在有限元模型中对施工阶段模拟中共分为咀下个步骤,具体步骤见表袁仝桥施工阶段划分施工施工施工项目施工项目步骤 步骤墩台基础施工 拼装/拱肋及吊杆 在,，号墩之间移动长臂吊机

35、设临时支墩,拼装?节间安装吊机，拼装节间拼装/拱肋及吊杆在，？号墩之间移动长臂吊机设临时支墩移动吊机拼装，节间拼装/拱肋及吊杆移动吊机 移动长臂吊机拼装/节间拼装/拱肋及吊杆硕士学位论文第二章榕江特大桥上部结构计算分析移动吊机移动长臂吊机拼装/节间拼装/拱肋及吊杆移动吊机移动长臂吊机拼装/节间拼装/拱肋及吊杆移动吊机 移动长臂吊机拼装/节间拼装/拱肋及吊杆移动吊机 移动长臂吊机拼装/节间拼装/拱肋及吊杆移动吊机移动长臂吊机拼装/节间拼装/拱肋及吊杆移动长 臂吊机移动吊机拼装/节间拼装/拱肋及吊杆同时拼装/节间移动吊机移动长臂吊机拼装/节问拼装/拱肋及吊杆同时拼装/节问移动长臂吊机移动吊机拼装/

36、节问，拼装/拱肋及吊杆同时拼装/节间主拱合龙移动吊机完成第二次体系转换拼装/节间,拆除长臂吊车同时拼装/节问拆除临时支墩，安装永久支座移动吊机，在节点设临时支墩完成第三次体系转 换拼装/节问，桥而系铺装，施加二期恒载同时拼装/节间通车运营移动吊机.钢梁计算分析钢桁梁的施工可以分为三个大的典型的施工阶段见图.、图，一是边跨钢桁梁 施工对应于表？中施工步骤二是边墩合龙后继续向中墩悬拼，直到临时支墩对应 于表中施工步骤;三是中跨钢桁梁施工 对应于表中施工步骤：以下施工阶段的受 力分析重点针对这几个典型阶段。硕士学位论文第二章桔江特大桥上部结构计算分析?堂？叫临对城图边跨钢桁梁施工深圳侧与厘门俐对林施

37、工四？;？四四四牲耐垃临时蠟图中琦钢桁粱施工边跨钢桁梁施工计算结果边跨一共节间共米，其中节点一次性拼装，然后再往中跨悬拼省下的节间，直 到边跨合龙。分别在、节点设置临吋墩。对应图中的、号临时支撑。在此分别给岀施工节间、节间以及边跨合 龙三个阶段的位移和应力等值线结果，见下图.至？。硕上学位论文第二章榕江特大桥上部结构计算分析，孤'一？一一'卜?，睡/ 矗？%1+1过跨节问竖向位移等值线出咖蒸卜、'泌、'辇毒譬？餐、'？、”、隧.?窪篓泌图进跨节闻妞合位力争值钱图胛/9仞下仞仞 /？99999- 一 9 9 圈边跨节问竖向位移等值巍图岫硕士学位论文 第二章

38、榕江特大桥上部结构计算分析？分。童 隧?一、飞叫？.一?眷彝算嵯妻一”迪.图边跨节问组合应力等值线图】厂一一?999999 99" 9 图?边跨 节问竖向位移等值线图蠢？?艇奠?篮鳍磐垫泽耋警？圉边跨 节问组合应力等值线图眦从i古i中可以看出，边跨合龙过程中杆件应力最大值口，最小值,最大下挠值，均出现在拼装节间阶段。大桥主桁杆件采用硕士学位论文第二章榕江特大桥上部结构计算分析钢材,其容许应力为，根据铁路桥梁钢结构规范条，钢粱安装过程中容许应力乘以提高系数，即？第容许拉应力为x :该阶段施工满足规范要求。钢桁粱悬臂旃工计算结果边跨合龙后完成一次体系转换，之后继续往中跨悬臂拼装个节间，直

39、至到达合龙段号临时墩。此过程中悬臂的长度越来越长，最大的时候达到。 在悬臂施工过程中尤其是大悬臂过程中，杆件的应力值往往会超过成桥运营阶段，因此最大悬臂状态下的应力和变形是不能忽视的。本文给岀了边墩钢桁粱在最大悬臂状态下位移和应力计算结果，如图图?所示。箧。'二羽翌匝:翅研图?近墩最赶悬臂工况竖向住秽等值线图皿瞧。篱澎溪窪丝圉?边壤最大悬臂工况组合应力等值线圈船从图中可以看岀，悬臂过程中前端最大下挠值为，钢桁粱上弦杆拉应力达到最 大值，下弦杆压应力达到最大值一。大桥主桁杆件采用钢材,其容许应力为，根据铁路桥梁钢结构规范硕士学位论文第二章榕江特大桥上部结构计算分析条,钢梁安装过程中容许应

40、力乘以提高系数.，即第.容许拉应力为x ；该阶段施工满足规范要求。中墩锅桁粱悬拼计算结果在边墩进行悬臂拼装的同时，在中墩号墩也向两边悬臂拼装，在该过程共悬拼 个节间，其中在节点设置了临时墩，因此最大悬臂长度为o在此给出最大悬臂状态下，主桁杆件的位移和应力等值线结果，见图？至.鬟麓墨船陌刁一9-999一9一 99 、一 ，一 9oa oa;嚣；嚣图？中墩太悬臂工况位移等值线图单位肝蠟？瑟瑟烈姜搭鬻;霭露“图？中墩大悬臂工况组合应力等值线圈单住 以上图片可以看出，钢桁梁悬臂前端最大竖向位移达到了。悬拼端根部上弦杆拉应力最大,达到了，斜腹杆和肓腹杆的应力最小，达到o大桥主桁杆件采用钢材,其容许应力为

41、，根据铁路桥梁钢结构规范第.条，钢粱安装过程中容许应力乘以提高系数，即容许拉应力为；该阶段施工满足规范要求。硕上学位论文第二章榕江特大桥上部结构计算分析.拱肋计算分析该桥的拱肋施工顺序是:从边墩处的拱角开始吊装拱肋和吊杆，然后往中墩继 续拼装，最后到中墩处的拱角合龙。本文给出其中两个关键步骤的计算结果；阶段一从边墩拱角到拱圈跨中节点对应于表施工步骤、：阶段二为从拱圈跨中 到中墩拱角即拱肋合龙对应于表施工步骤二两个阶段计算结果见圈至图等值线 图是省略边跨钢桁梁后的单元和节点< a囤摇肋吊杆拼装阶段一位移等值线固o泓以。、。“山. a图?拱肋吊杆拼装阶段一组合应力等值巍固肝硕士学位论文第二章

42、榕江特大桥上部结构计算分析飞隧?口丫、。一彳一咋'二一下'屯一霄同和秘“、一:划？划一扩9 ”图拱肋吊杆拼装阶段二位移等值线图o o隧兰鲨虢荔懿莎。o?山：o ?固?拱肋吊杆拼蓑阶段二组合压力等值线图【邺从图中可以看出阶段一拼装到跨中时最大位移值为,拉应力最大为咿,位于节 间斜腹杆，压应力最大为.,位于节间直腹杆。阶段二最大位移值为，拉应力最大为, 位于节间斜杆;压应力最大为，位置为节间竖杆。太桥主桁杆件采用钢材，其容许 应力为，根据铁路桥梁钢结构规范条，?第钢粱安装过程中容许应力乘以提高系数.，即容许拉应力为x ;该阶段施工满足 规范要求。粱单元模型运营阶段分析运营阶段的分析

43、是桥梁结构分析的重要部分。是保证结构止常使用的前提，其 分析结果也是判断设计是否合理的主要依据。本节主要对运营阶段全桥结构的位移、受力情况进行分析，计算模型的建立同上节，这里不再赘述,荷载组 硕士学位论文第二章榕江特大桥上部结构计算分析合,参考以下规范【】【】：铁路桥梁钢结构设计规范.？以下简称钢规；铁路桥涵设计基木规 范？以下简称规范。.计算参数和工况 根据规范第.条，木文分析时主要考虑如下荷载下表？ 所示，模型中的计算工况见表?所示。表分析时考虑的荷载荷载分类荷载名称结构自重恒载二期恒载y主力支座沉降列车竖向静活载活载列车竖向动力作用制动力附加力温度变化的作用表模型中的计算工况工况类型 工

44、况序号 工况名称恒载白重二期恒载制动力静力荷载整体升温。整体降温。支座沉降活载移动荷载根据规范规定，“桥涵结构设计应根据结构的特性，就其可能的最不利 组合情况进行计算”。木文计算模型中荷载组合工况见表所示：表荷载组合工况组合描述组合序号组合类型主力组合一恒载活载组合二 恒载活载沉降升温制动力主力纵向附加力 组合主力纵向附加力恒载十活载沉降降温制动力 各工况下位移计算组合工况一榕江特大桥在主力工况恒载活载作用下，边跨最大竖向挠度为，中跨最大竖向 位移，拱肋最大竖向位移，竖向位移等值线图见下图所示。硕士学位论文第二章 榕江特大桥上部结构计算分析囤?组合工况一下竖向位移等值线圈组合工况二辖江特大桥在

45、组合二恒载活载沉降升温制动力作用下，边跨最大竖向挠度为，中跨最大竖向位移，拱肋最大竖向位移，竖向位移等值线图见下囤.所示。?歹驳.姒罗雾近.盥.翼致？多国组合工况二下竖向位移等值线圈i&组合工况三榕江特大桥在主力工况恒载活载沉降降温制动力作用下.边跨最大竖向挠度为, 中跨最大竖向位移,拱肋最大竖向位移，竖向位移等值线图见下囤?所示。硕士学位论文第二章桔江特大桥上部结构计算分析?歹驳。墨蔓强陵迅:翼爻？夕噩一隧峨耋荤。巫薰憲差善筹一，图组合工况三下竖向住秽等值线圈【静活载下的位移与预拱度为了保证列车运行的平稳性、列车司机及旅客的舒适度，防止列车在桥上脱轨, 即保证桥梁的竖向刚度用挠跨比表

46、示，静活载作用下的竖向位移不能 过大。钢 规条规定:钢桁梁由静活载引起的竖向挠度,简支桁梁及连续桁梁的边跨不应 大于/,连续桁梁的中跨不应大于。图和图是结构在静活载作用下最大竖向位移等值线圈，其中边跨和中跨最大 上挠、下挠值以及规范容许值见表所示。从表中可以看出，边跨最大上挠、下挠，中跨最大上挠、下挠，均满足规范要求。隧也互芽眷.；徐尊:黒卖、殄'图？静活载作用下最大下挠值蛆i硕士学位论文第二章辖江特大桥上部结捣计算 分析漠委歹煎。？挪沪气 糕。图?静活袭作用下最大上挠值itt表静活载作 用下边跨、中跨最大位穆值缸 理论预拱度是铁路钢桥设计的一项重要内容，同时也 是钢桥制造线形的依据,铁路桥梁采用自重、二期恒载以及，静活载作用下的竖向 位移的反号值作为桥梁的理论预拱度。榕江特大桥在自重、二期