1. 研究目的与意义（文献综述）

一、背景和意义：

我国改革开放之后，随着经济的慢慢复苏，基础建设受到国家重视。桥梁建设由此开始长足发展。1975年2月，中国第一座主跨为75.84米的试验性斜拉桥汤溪河桥在四川云阳修建成功。进入二十一世纪后，我国桥梁建设迅猛发展，桥梁技术更是不断进步，至今我国的桥梁技术已达到国际一流水平。我国已建成和正在建设中的桥梁，主跨在400m及以上者共有77座，其中斜拉桥39座，悬索桥27座，拱桥11座，实现了我国桥梁跨径的大超越。

然而我国桥梁建设仍有许多不足之处：①桥梁作为交通系统中的一座标志性建筑物，其美学价值和景观功能也愈发重要。桥梁工程师要不断提高自己的审美情趣和艺术素养，使每一座桥梁成为美化环境，给人民带来愉悦的艺术品。②创新是设计的灵魂，桥型设计、结构优化、高难度任务攻坚都需要以创新为源头。③工程质量问题频发应当给我们敲响警钟，技术、工艺、资质、材料问题应当层层把关，杜绝不正之风。

随着国民经济的发展，城市交通流量和道路运输量也在大幅度的增长。因为交通运输管理体制等多方面的原因，中国公路桥梁上行驶的大型车辆普遍超载，且超载严重，单车过百吨、轴重过250kn的车辆时常可见。然而我国有一大部分桥梁均是在较轻型荷载下设计的，这些桥梁目前正在超荷使用。加上我国目前对桥梁的维护和管养并不到位，全国范围内的桥梁状况堪忧。据不完全统计，我国病害桥梁超过10万座，其中危桥有6282座。为了确保行车安全和运输的畅通，必须对桥梁的承载能力进行评估。

2. 研究的基本内容与方案

三、论文主要内容：

1、钢桁架桥承载能力评估实用计算理论

钢梁的设计应满足：强度、整体稳定、局部稳定和刚度四个方面的要求。前三项属于承载能力极限状态计算，采用荷载的设计值；第四项为正常使用极限状态的计算，计算挠度时按荷载的标准值进行。

1）对于实腹式轴压构件:

①强度验算：

②刚度验算：

③整体稳定性验算：

④局部稳定验算：

翼缘：

腹板：

2）对于受弯构件：

①强度验算：包括正应力、剪应力、局部压应力验算。对组合梁还要验算翼缘与腹板交界处的折算应力。

正应力：

剪应力：

局部压应力：

折算应力：

②刚度验算：

	u≤[u] u——标准荷载下梁的最大挠度 [u]——受弯构件的挠度限值，按表规定采用

梁的最大挠度：

均布荷载下等截面简支梁

集中荷载下等截面简支梁

③整体稳定验算：

(1)判断梁是否需要进行整体稳定验算。

(2)如需要则按照梁的截面类型选择适当的计算公式计算整体稳定系数。

(3)不论哪种情况算得的稳定系数大于0.6，都应采用修正公式进行修正。

(4) 采用公式验算整体稳定承载力是否满足要求。

④局部稳定验算：

（1）对于焊接组合梁，翼缘可以通过限制板件宽厚比保证其不发生局部失稳。

（2）腹板则较为复杂，一种方法是通过设置加劲肋的方法保证其不发生局部失稳；另一种方法是允许腹板发生局部失稳，利用其屈曲后承载力。

2、钢桁架桥三维结构分析与模拟

熟悉并应用ansys软件对钢桁架桥建立三维有限元模型进行结构受力分析，

①确定桁架杆件规格、型号、截面类型。

②确定所用材料类型以及材料的属性，包括弹性模量、泊松比和密度。

③钢桁架桥的各部分杆件，包括上弦杆、下弦杆、腹杆、横梁均采用BEAM188单元（即梁单元）。此空间梁单元既可以考虑所模拟杆件的轴向变形，又可以考虑所模杆件在两个平面内的弯曲及绕杆件自身轴的扭转。钢桥面板采用SHELL181单元（即板单元），该空间板单元可以考虑在荷载作用下桥面板内所产生的各种应力。 定义了两套材料属性，桥面为混凝土，各类杆件为钢材。根据杆件规格数定义多少种梁单元截面。建模时直接建立节点和单元，在后续按照先建节点再建杆最后建桥面板的次序依次建模。

④边界条件为在梁的一端支座处施加xyz三个方向的位移约束；在另一端支座处施加yz两个方向的约束；在梁中间两个节点处施加集中荷载；最后对全局施加重力。

⑤运行静力分析求解器得出钢桁架桥的总位移图、轴力图、弯矩图、剪力图。

⑥找出具有代表性的控制构件、截面和螺栓节点。

3、钢桁架桥承载能力计算

对所建模型的代表性构件、截面和螺栓节点依据计算理论进行强度、刚度和稳定性的计算。

4、技术方案

①工作流程图如下：

②关键技术

本方案在充分了解钢桁架桥承载能力计算及评估理论的情况下，对钢桁架桥的三维结构建模是为关键技术。其具体解决方法参照第二部分的建模过程。建模过程需特别注意的问题：

（1）主桁截面的粗选。按照钢材的容许应力为屈服应力的1/1.7确定主桁需要的截面面积，从而粗选主桁截面

（2）单元的建立。上弦杆、下弦杆、腹杆、横梁均采用BEAM188单元（即梁单元），钢桥面板采用SHELL181单元（即板单元）。

（3）约束及荷载。在梁的一端支座处施加xyz三个方向的位移约束；在另一端支座处施加yz两个方向的约束；荷载组合包括恒载、活载和支座沉降。

（4）对总位移图、轴力图、剪力图、弯矩图进行分析。找出具有代表性的控制构件、截面和螺栓节点，依据计算理论分别对其强度、刚度和稳定性进行验算。

（5）依据计算结果对第一步所建模型进一步优化。包括各个杆件截面的优化，螺栓等连接系的优化。

③可行性分析

随着国民经济的发展，城市交通流量和道路运输量也在大幅度的增长。因为交通运输管理体制等多方面的原因，中国公路桥梁上行驶的大型车辆普遍超载，且超载严重，单车过百吨、轴重过250KN的车辆时常可见。然而我国有一大部分桥梁均是在较轻型荷载下设计的，这些桥梁目前正在超荷使用。加上我国目前对桥梁的维护和管养并不到位，全国范围内的桥梁状况堪忧。据不完全统计，我国病害桥梁超过10万座，其中危桥有6282座。这些实际情况都在说明着钢桁架桥梁承载力评估的必要性。

本方案利用ANSYS软件对实际桥梁进行结构建模，模拟桥梁实际的受力特点，以此来计算其承载力是否满足要求，给与桥梁监测者和维护者参考性建议。

3. 研究计划与安排

四、进度安排

1、前三周：阅读文献，翻译文章，撰写开题报告；

2、第六周前：完成主要计算理论

4. 参考文献（12篇以上）

五、参考文献