土木工程_重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计(编辑修改稿)

土木工程_重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计(编辑修改稿)内容摘要：

............................................................................................ 119 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 6 前言 国内现役钢桥概况 钢桥 因其有许多优点如钢材的抗拉、抗剪、抗压强度高，自重轻，跨越能力强，钢桥施工速度快等 而广泛的应用于各种领域，当钢结构服役 到一定年限时，其强度、刚度及稳定性不满足现今运营要求，此时应对钢结构进行必要的检测、检算，找出结构存在的缺陷，并采取相应措施进行加固和修复。 在桥梁工程中，钢结构得到广泛的应用。 由于现今交通运输量大幅增长、行车密度及车辆载重日益增加，现役钢桥中有相当一部分已满足不了承载能力和使用性能上的运营要求。 据统计，我国现有铁路钢桥 3300 多座，其中将近有一半是解放前建造的，而且其中绝大多数是中小跨度的桥梁，跨度小于32m 的钢桥约占钢桥总数的 70 %，这些桥梁大多数修建时采用的设计荷载等级低，用现行的荷载等级检验大都承载 力不足。 为了能满足当前和今后的运输发展需要，提高桥梁设计荷载等级势在必行，这就需要对钢桥进行加固改造。 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 目前，我国加固钢桥的方法主要可分为：不改变原结构受力体系（如加大构件截面、采用新材料等）、改变结构受力体系（简支变连续、施加体外预应力、增加主桁片、增加支墩、施加斜拉索等）。 其中前种方法实际运用较多，理论和技术也相对比较成熟。 改变结构体系的加固方法也有不少运用，如加桁片、增加支墩等对提高桥梁的刚度和竖向承载力有很大的作用，重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 7 但用这些方法时还要考虑到实际状况是否允许 ，要因地制宜。 预应力加固钢桥方面的实践在我国寥寥可数。 目前国内还没有关于预应力加固钢桥系统的研究成果，只有一两篇文章涉及到此内容，且研究内容的深度和广度还远远不够。 而在国外预应力加固钢桁架桥已经被广泛的运用了。 且有较完整的理论体系。 英国的 Monmouth 铁路桥是一个上承式的锻铁桁架桥，其跨度为。 在桥建成之后一段时间，曾经采用增加下部箱形截面对来原有结构进行了加固。 但是后来箱形截面内部产生严重腐蚀，导致横截面面积减小。 因此 1957 年，对两根下弦杆利用四根高强钢筋施加了预应力。 钢筋对称地布置在弦杆的 周围，并在距离为 的两个装配焊接锚固区间进行张拉。 八根钢筋用液压千斤顶同时进行张拉。 预应力增加了 的反拱度。 为了减小钢筋的下垂，在中间每隔 设置一个永久性的柔性支撑。 为避免钢筋腐蚀，将其包裹在外包塑料的密封材料中，并将张拉端突出的螺纹端也用塑料套管进行保护。 课题目的及意义 本设计是土木工程桥梁专业方向毕业生在校期间最后一次全面性、总结性的教学实践环节。 它既是本专业学生在教师指导下运用所学知识与技能解决具体问题的一次初步尝试，又是本专业学生走向工作岗位前的一次“实战演习”。 其目的主要有以下几个方面： （ 1）通过本次毕业设计，提高学生综合运用所学的基本理论知识解决实际工程问题的能力，使学生受到工程技术和科学技术的基本训练以及工程技术人员所必需的综合训练。 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 8 （ 2）勇于创新，并能正确地将独创精神与科学态度相结合，培养学生实事求是、谦虚谨慎的科学态度和刻苦钻研、勇于创新的科学品质。 （ 3）初步掌握钢桁梁桥检算、加固设计流程和方法，严格要求学生，使学生在步入工作岗位后，可以较快的适应工作，缩短理论到实践的过渡时间。 工程概况 此钢桁梁桥 是一座上承式钢桁梁桥。 该桥建于 1960 年， 该桥上部结构是由 264 米的简支上承式钢桁梁桥 +127 米的预应力混凝土简支梁桥组成。 每跨钢桥是由两个主桁片组成，通过上下平纵联、中间横联、端横联等构件将两片桁架连接成空间整体。 两片主桁的中心间距为 4m，桁架高 8m，每跨钢桥有 8 个节间，每个节间长度 8m。 桁架从端部起每隔 8m 在上弦节点处安装有横梁 ,横梁高 ，纵梁安装在钢横梁上，纵梁中心距为 2m，梁高。 在纵梁腹板侧面每隔 4m 处安装有悬臂托架，人行道安装在悬臂托架上。 预应力混凝土桥跨是由两片 的预应力混凝土 T 型梁通过湿接缝和横隔板相连 组成的。 该桥下部结构是由一个工字型墩身截面重力式桥墩、一个工字型墩身截面高墩及两个桥台组成。 其中 1 号 重力式桥墩高 ，2 号重力式 桥墩高 ，基础均为矩形截面的沉井基础。 线路情况：该桥是单线、平坡（ 4‰）直线桥梁。 荷载：该桥设计荷载采用中 — 活载，基本风压强度取 800Pa，恒载，摇摆力，制动力，横纵向风力。 地质情况：河床为卵石土，基本承载力 o =1000KPa。 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 9 近年来随着经济的快速发展，铁路运输量大大增加，列车荷载也随之增大，由于该桥建于 上世纪六十年代，建设年代早，服役时间长，无电气化设施，设计荷载值也偏低，而今荷载增大车速提高，该桥出现承载力和横向刚度不足等安全隐患。 具体表现为：钢桁梁部分节点板有撕裂裂纹，部分铆钉脱落，较多铆钉有一定锈蚀，个别铆钉锈蚀非常严重。 经采用有限元结构软件建模检算分析，该桥横向刚度偏低，还有部分杆件和节点板承载力不足，远不能满足重载运输的要求，因此需要进行加固改造。 使该桥在重载运输作用时，能够安全运营并满足基本运营指标。 设计主要内容 1．计算内容 1）桥梁整体结构竖向承载能力检算 2）钢桁梁桥竖向承载力加 固方案的选定 3）结构加固前后的整体承载力计算； 4）加固前后各个杆件 及节点板 的内力和应力计算。 2．出图内容 1）全桥加固总体布置图； 2）节点构造图； 3）结构加固局部构造图。 本设计中采取对于采取增加支墩的加固方法，因桥梁所处的地方河沟较窄，河面距离桥跨结构下部有将近九十多米的高差，在此处进行下部结构的施工场地狭小且施工设备运到沟底相当困难。 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 10 第一章 全桥结构及构件图 全桥构造布置 此铁路钢桥为 64m 上承式钢桁梁桥，共有 8 个节间，每个节间跨度为8m，主桁高度 8m。 桥面系主要由纵梁、横梁及纵 梁之间的连接系组成。 纵梁间的中心距为 2m,梁高 ，每跨 8m,共计 8 跨。 该桥的纵梁安置于横梁的上翼缘上。 在桁架的每个上弦节点处都安装有横梁，梁高 ,共计 9片。 主桁两端的端竖杆下方还安装有两片起重横梁，其与主桁上弦杆节点处的横梁尺寸一样。 主桁由上弦杆、下弦杆、腹杆组成。 上弦杆包括杆件 X1 ，X2 ， X3，下弦杆包括杆件 X4， X5 ,斜杆包括杆件 F1， F2， F3， F4，竖杆包括 S1， S2， S3， S4。 上平纵联横撑代号 20 ，上平纵联斜杆代号 15 ， 11 ，16 ， 17 ， 18 ， 19 ， 制动横撑代号 1FC ， 1FC .下平纵联平面图下平纵联横撑代号 23 ， 37 ( )HS 竖 杆 下 方 横 撑下平纵联斜杆代号 22 ， 21 ， 14。 主桁的端部有端横联，中间每处的竖杆安装有中横联。 为了方面说明，现将桥梁的布置示意图列如下： 图 111 桥面系 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 11 图 112 纵横梁侧立面图 图 113 上平纵联平面图 图 114 主桁侧立面图 图 115 上 平纵联平面图 图 11 桥梁的布置示意图 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 12 主桁杆件截面组成表 主桁杆件均为组合杆件，杆件 F2， S2， S4， F4 均带缀板，为工字型截面，杆件 F3 带缀板为箱形截面，其它杆件均为实腹工字型截面杆件。 杆件截面具体组成如下表 11： 表 11 杆件截面组成表 杆件 图示 尺寸 1F 杆 4 200 120 12   腹 1 420 10    翼 2 600 12    cm 2F 杆 （缀板厚10mm） 24 200 16  cm 2X 杆 4 200 120 12   腹 1 420 10    翼 2 600 14    cm 3X 杆 4 200 120 12   腹 1 410 14    翼① 2 600 9    翼② 2 600 12    cm 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 13 2S 4S 杆 （空缀 ） 4 140 90 10   288mA cm 3S 杆（实腹） 4 150 100 14   腹 1 430 9 3625     cm 5X 杆（实腹） 4 200 120 12   4 600 9   1 410 14   cm 1S 杆（实腹） 4 150 100 14   1 430 9 3625    cm 1X 杆 4 200 120 12   1 420 9   2 600 9   cm 4X 杆 4 200 120 12   1 420 9   2 600 9   cm 3F 杆 24 90 10  2 440 12   cm 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 14 4F 杆 （缀板厚10mm） 4 200 120 12   cm 上下平纵联杆件截面组成及尺寸表 表 12 上平纵联杆件截面表 15 缀板厚 16mm 宽 210mm 4 75 75 8   11 缀板厚 16mm 宽 210mm 4 75 75 8   16 19 缀板厚 16mm 宽 210mm 4 75 75 8   重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 15 17 缀板厚 16mm 宽 210mm 4 75 75 8   18 缀板厚 16mm 宽 210mm 4 75 75 8   横撑 20 缀板厚 16mm 宽 210mm 4 100 75 8   表 13 下平纵联杆件截面表 22 缀板厚 10mm 高 130mm 2 140 90 10   21 14 填板厚 10mm 高 100mm 2 120 80 12   重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 16 23 填板厚 10mm 高 100mm 2 120 80 12   端、中横联杆件截面组成及尺寸表 表 14 端横联斜杆截面组成表 1H 缀板厚 10mm 高 130mm 表 15 端横联下方起重横梁 1H 截面组成表 4 100 100 12   1 1440 10 cm cm cm 表 16 中横联杆件截面组成表 5H 缀板厚 10mm 高 130mm 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 17 6H 缀板厚 10mm 高 80mm 7H 缀板厚 10mm 高 110mm 纵横梁截面组成及尺寸表 表 17 纵梁、横梁截面组成表 横梁截面图 及栓孔位图 4 100 100 12   1 1440 10 纵梁截面图 及栓孔位图 4 150 100 14   1 1440 9 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 18 纵梁间横联杆件截面组成及尺寸 表 18 纵梁间横向联结系杆件截面组成（尺寸单位： mm） Z12 Z13 填板厚 12 Z14 90 90 10   Z15 90 90 10   小结 本章对全桥的杆件进行了系统的编号并对尺寸和拼接构成进行了提取，一一将其列表以方便以后章节的检算与设计。 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 19 第二章 桥梁各杆件截面几何特性计算 主桁杆件截面几何特性计算 依据《铁路桥梁检定。