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1、武汉理工大学学士学位论文武汉理工大学本科生毕业设计（论文）下承式钢桁梁桥结构设计及优化 （跨度64m）学院（系）： 交通学院 专业班级： 工程结构分析专业0902班学生姓名： 周业超 指导教师： 潘 晋 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 周业超 2013 年 03 月 01日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构
2、送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密R 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 2013 年 03月 01 日导师签名： 年 月 日本科生毕业设计(论文)任务书学生姓名： 周业超 专业班级：工程结构分析0902 指导教师： 潘晋 工作单位： 武汉理工大学 设计(论文)题目: 下承式钢桁梁桥结构设计及优化（跨度64m） 设计（论文）主要内容：本次毕业设计拟对某64单线铁路下承式钢桁梁桥进
3、行结构设计，并采用有限元方法进行强度校核。根据计算结果，修改设计方案，达到优化钢桁梁桥的目的。基本设计参数：跨度64m,主桁中心距6.4m,主桁结构形式、桁高及节间长度自定。钢桁梁的杆件材料（主桁、纵梁和横梁、平纵联、桥门架等）均采用Q345qD级钢材，杆件间采用高强度螺栓连接。要求完成的主要任务:1. 搜集、阅读有关钢桥资料（总篇数不少于15篇，英文文献不少于3篇），明确选题意义，了解钢桁梁桥常见的结构形式及各自特点，完成钢桥研究进展综述及开题报告。2. 查阅相关设计规范，了解铁路桥梁设计的方法及步骤，初步确定钢桁梁桥的主桁结构形式及总布置方案。3. 根据规范进行结构载荷以及内力计算，设计钢
4、桁梁桥的主要构件（主桁、联接系、桥门架等）尺寸，完成设计计算说明书。4. 采用有限元软件对设计的钢桁梁结构进行强度校核，根据计算结果，优化主要构件尺寸，完成结构强度计算及优化说明书。5. 根据有限元计算的变形图，对钢桁桥进行预拱设计。6. 采用AutoCAD绘制钢桁梁桥的结构设计图，包括总布置图、杆件截面图及典型节点板设计图等。要求完成图纸张，其中1号图纸1张、2号图纸2张。7. 对所有设计及计算过程进行整理，完成不少于10000字的毕业设计计算说明书。8.翻译外文文献一篇，英文字符数不少于2 万印刷符（或翻译后的中文不少于5000个汉字）。必读参考资料：1 铁路桥涵设计基本规范（TB1000
5、2.1-2005），中国铁道出版社，2005年。2 铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005），中国铁道出版社，2005年。3 钢桥，铁道专业设计院著，中国铁道出版社，2003年。4 现代钢桥（上册），吴冲主编，人民交通出版社，2006。5 钢桥，周远棣 徐君兰编，人民交通出版社，1991年。指导教师签名： 系主任签名： 院长签名(章)_ _ 武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）钢桁梁桥因跨越性强、受力性能好、施工工期短、行车平顺、造型美观而被广泛采用。钢桁梁桥的出现，既节省了资源和空间，也符合交通运输的需要。随着重载交通的快速发展，考
6、虑桥面板与钢桁梁作为钢-混凝土组合结构共同工作、合理选择主桁截面及尺寸、提高连接的强度和牢固性、进行有限元程序整体计算校核将成为今后公铁两用钢桁梁桥的施工和设计中不容忽视的内容。1.1国内研究现状分析 在我国铁路桥梁中，连续桁架梁桥得到了越来越广泛的运用，除著名的武汉、南京长江大桥采用了大跨度连续桁架桥外，其他铁路线上也修建了许多这种类型的桥梁。如京沪铁路淮河大铁桥又称蚌埠淮河大铁桥，位于蚌埠市蚌山区蚌埠港东约500米处，是津浦线上仅次于黄河铁路桥的第二大桥。鸭绿江桥，鸭绿江桥于1943年4月竣工，全长946.21m，宽9.5m，共4联12孔，跨径94.2m。宜宾金沙江铁路大桥，铁路桥，位于四
7、川省宜宾市的宜珙铁路支线上。大桥全长 1053.5m ，正桥为 112m + 176m + 112m 三跨单线连续刚桁梁桥，主桁采用平行弦菱形钢桁架，铆钉连接，桁高 20m ，桁宽 8m 。该桥采用两岸悬臂拼装，跨中合拢法架设，是国内采用这种方法施工的第一座桥梁，1968年10月竣工。2.2国外研究现状分析国外的公铁两用桥的建设发展速度也非常快，主要表现在：跨径不断增大，桥型不断丰富，结构不断轻型化，有许多非常丰富的经验值得我们去学习。如加拿大魁北克公铁两用桥(悬臂桁梁)，主跨549m，还有早在1932年修建的澳大利亚悉尼港拱桥，跨度503m，至今仍为世界上跨度最大的公铁两用钢拱桥。因此，通过
8、对以上国内外钢桁梁桥，至少是钢桥的发展状况的分析，我们可以发现从现代桥梁的发展趋势来看，各种桥型结构都在向大跨径发展。跨海工程已被桥梁工程师提上日程。日本的跨海工程本州四国联络线于20世纪末完成;意大利计划修建跨径3300m的墨西拿海峡大桥；日本计划修建25003000m纪淡海峡大桥。我国本世纪初拟定修建五个跨海工程：渤海海峡工程、长江口越江工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程和琼海海峡工程。这就给桥梁工程界提出了新的挑战：在结构上研究适合应用于更大跨度的结构类型;在结构理论上研究更符合实际状态的力学分析方法与新的设计理论，充分发挥建筑材料的强度，力求工程结构的安全度更为科学和可靠。大跨
9、度桥梁设计中，越来越重视空气动力学、振动、稳定、疲劳、非线性等的研究和应用，这对我们研究钢桁梁桥这种常见桥梁类型也有深刻的借鉴意义。2、基本内容和技术方案本次论文设计钢桁梁桥跨度64m,主桁中心距6.4m,论文内容主要包括主桁、平纵联、桥面系、桥门架四个部分的结构设计，绘制主要结构设计图，并用有限元软件Ansys建立所设计结构的有限元模型，进行结构有限元强度校核及结构优化。为顺利完成论文，主要按如下方案进行;首先查阅资料，了解钢桁桥的结构特点和工作原理，掌握钢桁结构桥梁的计算设计方法；然后，根据64米钢桁桥结构手工估算内力结果，并参考现有图纸资料，初步拟定结构构件尺寸；学习使用绘图软件Auto
10、CAD，并绘制主体部分结构设计图和主要节点详图；学习使用结构分析有限元软件Ansys，建立钢桁桥结构的有限元模型，进行静力分析以校核设计结构的强度；根据计算结果对结构设计方案及其设计图进行必要修改及优化；最后编制毕业设计论文。3、进度安排1、3月01日至3月15日，查阅资料，了解钢桁桥的常见结构形式和各自特点，了解铁路桥梁设计的步骤和需要满足的要求，编写开题报告。2、3月16日至3月25日，根据相关设计规范，确定钢桁桥结构形式和构件布置，进行结构载荷和内力的初步计算。3、3月26日至3月31日，根据结构强度和稳定性要求初步拟定构件截面尺寸。4、4月01日至4月14日，学习使用绘图软件AutoC
11、AD,并完成设计图绘制工作。5、4月15日至4月28日，学习用有限元软件Ansys进行工程结构强度计算。6、4月29日至5月12日，建立钢桁桥有限元模型，计算结构在最不利载荷作用下的的应力和变形，校核结构强度。7、5月13日至5月26日，根据有限元强度计算结果，对设计的构件尺寸进行必要修改和优化，绘制结构设计图，并编写毕业设计论文。8、5月27日至5月31日，完成英文翻译，准备答辩。 4、指导教师意见学生的调研已充分，基本内容和技术方案已明确，已经具备开始设计的条件，能达到预期的目标，同意进入设计阶段。 指导教师签名： 年 月 日第1章绪论1.1桥梁概述桥梁的历史是伴随人类的历史的发展而发展起
12、来的。桥梁发展大致经历了一下三次飞跃：（1）19世纪中叶钢材的出现，随后又出现高强度钢材，是桥梁工程的发展获得了第一次飞跃，跨度不断加大。（2）20世纪初，钢筋混凝土的应用以及30年代兴起的预应力混凝土技术，使桥梁建设获得了廉价、耐久、且刚度和承载力很大的建筑材料，从而推动桥梁的发展产生第二次飞跃。（3）20世纪50年代以后，随着计算机技术的迅速发展，使得人们可以方便的完成过去不可能完成的大规模结构计算，这是桥梁工程的发展获得了第三次飞跃。桥梁与人类生活密切相关。没有桥梁，我们的生活空间将大受限制，更不会有今天四通八达的公路与铁路把世界如此紧密地联系在一起。桥梁是人类所建造的最古老、最壮观与美
13、丽的建筑工程，是一个时代文明与进步的标志。在人类远古时期，桥梁是人类为扩大自己的活动范围，克服自然障碍而最早建造的工程建筑。一般认为，人类是从倒下的树干，学会建造梁桥；从天然的石穹，学会建造拱桥；从攀爬的藤蔓，学会建造索桥。也正因为如此，古代桥梁所用的材料多为木、石、竹等的天然材料。直至锻铁出现以后才开始有简单的铁链桥，但它们的强度都很低、跨度很小、断面偏大、外形敦实。到了近代与当代，钢、水泥、钢筋混凝土及预应力混凝土等人工材料在桥梁上的应用是近代桥梁的标志。现代桥梁的主要特征是：高强轻质材料的发展与应用；跨度的不断增大；型式的多样化与结构的整体化设计与计算的电脑化；制造的工业化、自动化与程控
14、化；以及把安装工作从笨拙的脚手架中彻底解放了出来等。这些都大大推动了桥梁技术的飞速发展。在公路、铁路、城市和农村道路交通以及水利等建设中，为了跨越各种障碍（如河流、沟谷或其它线路等）必须修建各种类型的桥梁，因此桥梁又成了陆路交通中的重要组成部分。在经济上，桥梁的造价一般平均占公路总造价直接经济损失价的1020%。特别是在现代高级公路以及城市高架道路的修建中，桥梁不仅在工程规模上十分巨大，而且也往往是保证全线早日通车的关键。在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要高度快速、机动的现代战争中具有非常重要的地位。1.2世界现代桥梁的发展趋势随着世界经济和社会的发展，世界桥梁建设在不断的发展中，尤其是在法国人Freyssinet 于 1928 年提出预应力混凝土的概念和设计理论（EUGENEFREYSSINET18791962法国人、预应力结构创始人20世界上半页最伟大的钢筋混凝土结构工程师，最早在拱顶预埋千斤顶施加预应力）、德国人 Dishinger 在 1938年提出的现代斜拉桥设计构思之后的
