结构力学桁架桥设计

钢桁架桥的结构设计与分析1、概述钢桁架桥以其跨越能力强、施工速度快、承载能力强、耐久性好普遍应用于铁路桥梁。

长期以来，由于钢材价格高，材料养护费用高，钢桁架桥梁在公路领域应用较少。

近年来，随着我国炼钢水平的提高，国产的钢材品质已经完全能满足结构安全的需要，同时随着钢结构防腐技术的提高，钢结构桥梁越来越多的在公路工程领域得到应用。

相比较我国当前100m左右中等跨径常用的桥型如连续梁、系杆拱、矮塔斜拉桥等结构，钢桁架桥梁虽然建筑成本高，但刨去成本控制的因素，钢桁架桥具有以下的几点优越性：1.建筑高度低，由于钢桁架结构主桁主要由拉杆和压杆构成，对杆件界面的抗弯刚度要求不大，因此钢桁架的建筑高度由横梁控制，在桥梁宽度不是非常大时可极大的降低桥梁建筑高度，尤其适用于对桥梁建筑高度有严格限制的桥梁；2.施工周期短，速度快。

钢桁架施工可在工厂制作杆件，运到现场拼装成桥，可采用顶推和支架拼装等方法，这使它在很多工期较紧的工程（如重要道路的桥梁改建）和跨越重要道路的跨线桥上成为桥型首选之一；3.随着钢结构防腐技术的提高，钢桁架桥的耐久性大为提高，同时钢材作为延性材料，结构安全性较混凝土桥梁高。

正因为钢桁架桥梁的这几方面的优点，桁架桥梁成为特定条件下的经济而合理的桥型选择。

2、结构设计公路桥位于江苏省境内，正交跨越京杭大运河，河口宽95m，通航净空要求90x7m，桥梁主跨采用97m，由于桥梁中心至桥头平交处距离仅140余米，若采用其他结构纵坡将达到5%以上，经综合考虑，主桥采用97m下承式钢桁架结构。

2.1主桁主桁采用带竖杆的华伦式三角形腹杆体系，节间长度5.35m，主桁高度8m，高跨比为1/12.04。

两片主桁中心距为8.6m，宽跨比为1/11.2，桥面宽度为8m。

图1主桁一般构造图主桁上下弦杆均采用箱形截面，截面宽度500mm，高度均为540mm，板厚20～24mm，工厂焊接，在工地通过高强度螺栓在节点内拼接。

桁架桥计算
桁架桥是一种采用桁架结构的大型跨越性结构，常用于跨越河流、公路、铁路等场所。

在桁架桥的设计中，需要进行复杂的计算，以确保其结构的稳定性、安全性和承载能力。

桁架桥计算主要包括以下几个方面：
1. 桁架桥结构设计：根据桥梁跨度、荷载等因素，确定桁架桥
的结构类型、尺寸和形式，并进行初步的计算和分析。

2. 杆件受力分析：对桥梁的各个杆件进行受力分析，包括杆件
的拉力、压力和弯矩等，计算其受力状态和强度。

3. 节点受力分析：对桥梁的各个节点进行受力分析，计算节点
的受力状态和强度，以确保节点的稳定性和安全性。

4. 桁架桥的承载能力计算：根据桥梁的设计要求和荷载条件，
计算桁架桥的承载能力，以确保其能够承载所需的荷载。

5. 桁架桥的抗震设计：针对地震等自然灾害，进行桁架桥的抗
震设计，以确保其在地震等灾害发生时能够保持结构的完整性和稳定性。

总之，桁架桥计算是桁架桥设计中非常重要的一部分，需要进行科学、严密的计算和分析，以确保桥梁的结构稳定、安全和可靠。

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目录1、结构选型 (2)1.1 设计背景 (2)1.2 设计思路 (3)2、模型方案及制作 (3)2.1 模型方案 (3)2.2 构件加工处理及节点图 (5)3、结构分析计算 (6)3.1.静力分析 (6)3.2、动力分析 (8)4、承载能力估算及结论 (10)1、结构选型1.1 设计背景桁架桥（truss bridge）是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。

在桥梁中被广泛应用，如大家熟知的现代诗人徐志摩脍炙人口的《再别康桥》中的桥就是一座桁架桥。

我国1993年建造的九江长江大桥，是京九铁路和合九铁路的“天堑通途”，为双层双线铁路、公路两用桥，铁路桥长7675米，公路桥长4460米，其中江上正桥长1806米，是世界最长的铁路、公路两用的钢桁梁大桥。

桁架桥（见图1）一般由主桥架、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。

在桁架中，弦杆是组成桁架外围的杆件，包括上弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向之不同又区分为斜杆和竖杆。

弦杆与腹杆所在的平面称为主桁平面。

中、小跨度采用不变的桁高，即所谓平弦桁架或直弦桁架。

桁架结构可以形成梁式、拱式桥，也可以作为缆索支撑体系桥梁中的主梁（或加劲梁）。

图1 桁架桥1.2 设计思路在满足竞赛赛题要求的前提下，通过合理设计简支桥的结构形式，实现较大的结构强度、刚度以及良好的抗冲击荷载性能。

刚柔支撑并济的桁架结构体系制作工艺简单、传力明确高效，具有较强的承重能力。

根据设计要求和材料特性，经我们小组讨论分析，按“实用、经济、安全、美观”的桥梁设计原则，同时，考虑简支桥梁集中力作用下的三角形弯矩图，决定选做变截面梁式桁架桥模型。

本桥设计为上承式梁式桁架桥，梁体为平面桁架体系（见图2）。

图2 双飞桥有限元模型透视图2、模型方案及制作2.1 模型方案本桥跨度为1. 00m，两端支座长度为0.016m，桥高为0.12m，每个节间尺寸取为0.05m，上弦杆采用两根4 mm×6 mm粘结而成，截面尺寸为4mm×6mm×2；下弦杆截面为4 mm×6 mm，中间竖杆截面尺寸为4mm×6 mm；长斜杆尺寸为4 mm×6 mm，腹杆尺寸为2 mm×2 mm。

两种桁架桥的力学模型分析一、桁架桥桁架桥（Truss Bridge）是指以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。

桁架桥一般由主桥架、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。

在桁架中，弦杆是组成桁架外围的杆件，包括上弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向之不同又区分为斜杆和竖杆。

弦杆与腹杆所在的平面就叫主桁平面。

大跨度桥架的桥高沿跨径方向变化，形成曲弦桁架；中、小跨度采用不变的桁高，即所谓平弦桁架或直弦桁架。

根据结构的不同可简单分为上承式桁架桥和下承式桁架桥。

二、基本模型与假设（1）基本模型将桁架桥抽象为A、B两种模型，上承式桁架桥载重在桁架结构上方，下承式桁架桥载重主要在桁架结构下方，受力分析可得以下两种受力情况。

AB（2）基本假设1.两个杆之间均为铰接；2.桥上载荷（车）简化在各个节点上而不在杆上移动。

3.假定斜杆与水平面夹角为45度。

桥的自重简化为均匀分配至各节点的载重。

三、建立数学模型与分析对图示桁架桥模型（平面）而言，若桥面有n个节点，则共有整座桥上2n-2个节点，可得4n-4个独立方程，共计4n-7个杆件，即有4n-7个未知内力，桥两端支撑点共两个方向四个未知的约束反力，则未知数共有4n-3个为超静定问题，自由度为1；若桥端点有3个未知力，则未知数为4n-4个，静定，自由度为0。

建模时假定桥端点有3个约束反力，即假定左侧顶点处有两个力UX、UY，右侧只有一个力UY。

以桥面有9个节点为例，桥上共有16个节点，为标记简单，将桁架桥的简化模型补成矩形，共有18个节点，33个杆件，如图所示，其中节点J、R为假拟节点，9、16、17、25为假拟杆件。

将约束反力分别标为34、35、36。

共计36个方程（18个节点），36个未知力，方程组可简化为AF=B。

系数矩阵A 与外力矩阵B易从图中得到（以右、上为正方向），详情见程序源码。

故F=A^-1*B。

车经过桥梁可以简化成车载0.05从左到右依次加载到下边每个节点，分别进行计算。

桁架桥原理一、引言桁架桥是一种常见的桥梁结构，它由许多小型构件组成，这些构件互相连接形成一个稳定的三维结构。

桁架桥具有结构简单、重量轻、耐久性强等优点，因此被广泛应用于各种建筑和工程领域。

本文将详细介绍桁架桥的原理。

二、桁架结构1. 桁架的定义桁架是由若干个杆件和节点组成的三维空间刚性结构。

每个节点连接着多个杆件，在节点处形成了一个平面内的力学系统。

杆件与节点之间通过铰链连接，使得整个系统可以自由旋转。

2. 桁架的特点（1）轻质：由于使用了轻质材料（如钢管、铝合金等），因此整个结构非常轻便。

（2）高强度：虽然单独的杆件并不是非常坚固，但是通过合理地组合和连接可以形成一个非常强大的整体。

（3）易于制造和安装：由于每个部分都是相对独立的，因此制造和安装都比较容易实现。

3. 桁架的构成桁架由三个基本部分组成：杆件、节点和连接件。

（1）杆件：通常使用圆管或方管作为杆件，长度和直径可以根据需要进行调整。

（2）节点：节点是连接杆件的部分，通常使用钢板或铝合金制造，可以根据需要进行加工。

（3）连接件：连接件用于将节点和杆件连接在一起，通常使用螺栓、铆钉等固定方式。

三、桁架桥1. 桁架桥的定义桁架桥是一种采用桁架结构搭建而成的桥梁。

它由若干个相互平行的桁架组成，每个桁架由数条杆件和节点组成，相邻两个桁架之间通过跨梁连接。

整个结构形成了一个稳定的三维空间结构。

2. 桁架桥的特点（1）轻质：由于采用了轻质材料制造，因此整座桥梁非常轻便。

（2）高强度：通过合理地组合和连接可以形成一个非常强大的整体结构。

（3）耐久性强：由于采用了耐腐蚀、耐疲劳的材料，因此桥梁的寿命非常长。

（4）易于维护：由于结构简单，因此维护和保养也比较容易。

3. 桁架桥的构成桁架桥由三个基本部分组成：上部结构、下部结构和支座。

（1）上部结构：上部结构由若干个相互平行的桁架组成，每个桁架由数条杆件和节点组成。

相邻两个桁架之间通过跨梁连接。

（2）下部结构：下部结构包括桥墩、墩台、基础等。