摘 要

装配式公路钢桥诞生于1938年，首次由英国工程师唐纳德·贝雷（Donald Bailey）设计出，所以又称之为“贝雷桥”。该桥在战时交通运输、抗震救灾、水毁等桥梁的应急抢救，和危桥加固、架设临时便桥、组成军用桥，战备桥等方面都有着不凡的表现，我国于20世界60年代初期采用了国产16Mn钢，把贝雷桥设计成了“321”型装配式公路钢桥，其后又开发出了“200”型装配式公路钢桥。装配式公路钢桥的突出优点让它在今天仍然有研究的价值。

本文首先拟定了装配式公路钢桥的结构形式和杆件型材，然后依据美国规范进行抗力计算和内力计算，用以初步校核桥梁结构是否满足强度刚度要求，然后用有限元计算方法对桥梁的强度刚度和疲劳进行了进一步的校核，结果表明所设计的桥梁结构方案满足要求。

关键词：装配式公路钢桥；钢桥设计；有限元理论；ANSYS分析

Abstract

Assembled highway steel bridge, also known for "Bailey bridge”, was born in 1938 first time designed by the British engineer Donald Bailey. The bridge has an extraordinary performance in the wartime transportation, earthquake relief, played a good role in damaged and other bridge emergency rescue, dangerous bridge reinforcement, and erection of temporary detour bridge, etc. In the early 1960s our country used the 16Mn to build assembled highway steel bridge, and designed the "321" type prefabricated highway steel bridge, and finally developed out the "ZB200" type. The outstanding advantages of the assembled highway steel bridge make it still worth studying today.

This article firstly proposed the structure of assembled highway steel bridge and members’ profiles. Then according to the specification were resistance calculation and internal force calculation, to preliminarily verify bridge structure meets strength requirements, and then carried on the further checked with finite element calculation method on the bridge of the strength, stiffness and fatigue, results show that the design of bridge structure scheme satisfies the requirement.

Key Words：Assembled highway steel bridge; Design of steel bridge; Finite element theory; ANSYS analysis

目 录

第一章 绪论 1

1.1装配式钢桥简介 1

1.2装配式钢桥发展现状 1

1.2.1 国外研究情况 1

1.2.2 国内研究情况 2

1.3选题目的及意义 2

1.4本文工作内容 3

第二章 装配式公路钢桥结构计算设计 4

2.1装配式钢桥结构简介 4

2.2装配式钢桥结构选型 4

2.3装配式钢桥抗力计算 6

2.3.1桥梁弯曲抗力计算 6

2.3.2桥梁剪力抗力计算 8

2.4装配式钢桥内力计算 9

2.4.1设计货车荷载计算 9

2.4.2设计车道载荷计算 10

2.4.3自重荷载计算 10

2.4.4人群荷载计算 11

2.4.5 钢桥内力校核 11

第三章 基于ANSYS的钢桥结构有限元计算 13

3.1 有限元法简介 13

3.2 ANSYS软件简介 14

3.3 ANSYS桥梁建模 14

3.3.1主桁建模 14

3.3.2横梁建模 16

3.3.3桥面板及人行道板建模 17

3.4 工况与计算结果 20

3.4.1最大弯矩工况 20

3.4.2最大剪力工况 22

3.4.3挠度工况 25

3.4.4疲劳计算工况 27

3.5 本章小结 28

第四章 课题结论与展望 29

4.1有限元软件在桥梁设计中的展望 29

4.2本次毕业设计结论（收获） 29

参考文献 30

致 谢 32

第一章 绪论

1.1装配式钢桥简介

从原始时代的“独木桥”到现代的预应力混凝土钢桥，桥梁的历史可谓源远流长，各式各样的桥在不同的环境中发挥着不尽相同的作用，本文所讨论的装配式钢桁桥在近代桥梁的发展历程中有着举足轻重的地位。

1938年，英国的工程师唐纳德·贝雷设计出了米字型桁架钢桥，即最初的装配式钢桥，这种桥是能实现迅速拆解和组装拼接的桥梁，主要由桁架式主梁、桥面系、连接系、桥基础等部分组成^[3], 是用在紧急情况下使用的的预先制好的金属构件组成，并配有专门使用的架设工具。应对不同的使用环境，荷载和跨径可能需要变动, 而装配式公路钢桥在组合变化上又有极大的优势，组合类型可以分为单排单层、双排双层、三排单层、双排双层、三排双层和在以上五种组合的弦杆上增设加强弦杆的其他五种形式 ^[9]。

装配式钢桥在早些时候主要被战时的军方使用，尤其是在二战期间活跃于欧洲及远东战场，因此又被称为“战时军用桥梁”。在第二次世界大战后，世界各国都在该桥的基础上结合本国实际情况设计出与之类似的桥，或将其改为民用，作为支架、栈桥、架桥机导梁和门式起重机等广泛使用。在60年代初期，由于我国公路、铁路的快速发展，改扩建工程越来越多，而装配式钢桥在保障交通通畅、水利工程、短期临时工程、以及抢险救灾应急等方面都有显著的优势，因此，装配式钢桥得到了大力开发和推广应用^[10]。

1.2装配式钢桥发展现状