桁架桥力学分析毕业论文

桁架桥指的是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。随着我国道路基础设施的不断完善,在用桥梁的检测与评估将逐步成为相关部门的工作重点。然而 ,国内外相关规范均未提供可靠的钢结构桥梁评估方法。以《城市桥梁养护技术规范》(CJJ 99- 2003)为例,在其附录表D-2 中规定钢构件的锈蚀程度采用经验性的打分法按锈蚀范围进行评估, 但并没有说明锈蚀范围对承载力的影响,无法满足结构承载力与剩余寿命评估的需要。其他相关文献中涉及的桥梁的承载能力验算方法及剩余使用寿命评估方法同样有待改良。鉴于此, 本文结合上海市外白渡桥,研究一种适用于老龄钢桁架桥的检测与评估方法。外白渡桥建于1907 年,由跨径52 m +52 m 的简支钢桁架构成,属于老龄钢桁架桥,是上海市文物保护建筑。2008 年,为配合外滩通道施工,该桥被移至陆地进行检测、评估与加固。为避免大面积更换构件,并保障该桥可再用50年,采用了一种科学的检测与评估方法。本文着重介绍其中交通荷载分析、锈蚀构件承载能力评估及利用断裂力学法计算结构剩余寿命3 部分内容。

梁【bridge】指的是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物。 桥梁一般讲由五大部件和五小部件组成,五大部件是指桥梁承受汽车或其他车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构,是桥梁结构安全的保证.包括(1)桥跨结构(或称桥孔结构.上部结构)、(2)支座系统、(3)桥墩、(4)桥台、(5)墩台基础.五小部件是指直接与桥梁服务功能有关的部件,过去称为桥面构造.包括(1)桥面铺装、(2)防排水系统、(3)栏杆、(4)伸缩缝、(5)灯光照明. 一、桥梁的分类： 按用途分为公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥、过水桥。 按跨径大小和多跨总长分为小桥、中桥、大桥、特大桥。 按结构分为梁式桥,拱桥,钢架桥,缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥)四中基本体系,此外还有组合体系桥 按行车道位置分为上承式桥、中承式桥、下承式桥 按使用年限可分为永久性桥、半永久性桥、临时桥 按材料类型分为木桥、圬工桥、钢筋砼桥、预应力桥、钢桥 桥梁分类 多孔跨径总长L（米） 单孔跨径L0（米） 特大桥 L≥500 L0≥100 大桥 L≥100 L0≥40 中桥 30

46 世界桥梁 2009年第3期 2000～2008年美国桥梁倒塌案例分析与启示 孙 莉，刘钊 （东南大学土木工程学院，江苏南京210096） 摘 要：给出2000～2008年美周发生的16起桥梁倒塌事故的相关数据，并对其中的典型案例进行具体介绍。 在16起事故中，10例是偶然事件或超载等外部原因引发的；3例是桥梁运行了约四、五十年后因损伤累积、耐久性低下而发生坍塌；另外3例是设计或施工过程中的失误导致的。从这些事故中。得到关于桥梁设计、施工和管养工 作的几点启示。 关键词：美国桥梁；倒塌；钢桥；耐久性；案例分析中图分类号：U447 文献标志码：A 文章编号：1671—7767（2009）03－－0046—04 1前言 根据美国联邦公路管理局（FHwA）全国桥梁数据库提供的统计数据，截止2007年底，美国已建 桥梁总数为599177座，缺陷桥梁总数为151813 调查报告 、期刊杂志、新闻报道以及相关的桥梁网站，每座桥的信息都至少有2个来源。 2000～2008年美国发生的桥梁倒塌事故主要 有16起L1’“51，如表1所示。 座，缺陷桥梁约占25．4％【1］。除缺陷桥梁外，还有一些桥梁因为功能退化或遭遇偶然事件而发生倒塌，危害出行者的生命安全，这类事故一发生，在社会上总是引起强烈反响。文献E2］统计了1951～1988年在美国发生的114起桥梁倒塌事故；文献［3］对1989～2000年的桥梁倒塌情况做了统计，由于这期间发生过几次大地震和洪水，倒塌桥梁达到了503座。2000年以后，美国的桥梁倒塌事故仍不断发生，而且事故的原因各不相同。因此，旧桥的现状引起了美国桥梁界的普遍担忧，认为服役桥梁亟待进行检测、维修与加固。 本文对2000～2008年美国倒塌的16座桥梁进行了数据统计和分析，以期给我国桥梁工程的建设带来一些启示。 文献［3］把引发桥梁倒塌的原因分为6大类，分别为设计失误、构造尺寸不当、施工失误、材料质量低下、养护不足和外部诱因。根据这些原因，把2000～2008年美国发生的16起桥梁倒塌事故进行分类（见表2）。从表2可以看出，引发桥梁倒塌的原因涵盖了设计与施工失误、养护不足和外部诱因。其中外部诱因（10例，占62．5％）是导致桥梁倒塌的主要原因。这一统计结果与文献［2］给出的1989～2000年美国桥梁倒塌原因总结的规律较为接近，在其统计结果中，约83％的倒塌事故都是由外因诱 发的。 3典型桥梁倒塌案例分析 3．1利罗伊赛尔蒙桥 利罗伊赛尔蒙桥位于佛罗里达州坦帕市的一个穿越城区的快速路上，桥梁上部结构箱梁采用预制节段拼装施工，原计划于2005年夏天完工。2004年4月13日，位于第50号大道出口附近的2跨梁突然坍塌，倒塌示意如图1所示。事发时，其中一跨梁还在施工中，用于支撑箱梁节段的下行式桁架还 未拆除［6j。 2 2000＂－－2008年美国倒塌的16座桥梁数据统计 1967年，美国西弗吉尼亚州的锡尔弗（Silver）桥在交通高峰时段突然倒塌，夺走了46人的生命。这一事故促使FHWA建立了全国桥梁数据库，记录全美桥梁的基本信息，但该数据库并没有提供以往发生的桥梁倒塌事故的详细信息。目前，美国还没有一个对桥梁倒塌事故进行详细记录的数据库。本文的数据来自于FHWA的网站、各州运输部的网站、美国国家交通安全委员会的通告、事故的官方 起初分析认为，局部地基土不稳定和额外的桁架重量导致桥墩下沉了约4．6m，进而引发上部梁体坍塌。但调查发现，引发事故的真正原因是设计 收稿日期：2009一Ol－－05 作者简介：孙莉（1985一），女，2006年毕业于河海大学交通工程々业．工学学士。2009年毕业于东南大学桥梁与隧道专业。工学硕士（E— mail：sunli8586＠gmail．corn）。 2000～2008年美国桥梁倒塌案例分析与启示孙莉，刘钊47 失误。设计单位设计的桩长普遍不够，在地基土条件原本就很差的情况下，桥墩不能承受上部结构传递下来的荷载。 表2 2000～2008年美国16起桥梁倒塌原因 围1利罗伊蚕尔蒙桥倒塌示意 在事故发生时，全线的桥墩已基本施工完毕。在这种情况下，再更改设计方案已经不可能，只能开展桥墩加固工作。整个工程因此推迟了1年才竣工，这给业主造成了巨大的经济损失。3．2跨越州际公路I一70的SRl014桥 跨越州际公路I一70的SRl014桥位于宾夕法尼亚州的华盛顿县，建于1960年，是一座跨线简支斜交桥，斜交角51。。该桥跨径布置为（17＋27＋27＋ 48 13）m，主梁由8片小箱梁组成。 2005年12月27日傍晚，在没有任何征兆的情 况下，第3跨的边梁突然倒塌Ⅲ，倒塌现场如图2所 示。随后的调查发现：①由于灌浆不密实，预应力筋的腐蚀情况严重；②桥面漏水严重；③各片主梁之间的横向联系失效，已不能共同受力；④除冰盐等造成了混凝土的腐蚀。可见，在倒塌之前，桥梁的功能已严重退化。 图2跨越州际公路I－70的SRl014桥倒塌现场 3．3明尼苏达州I一35W桥 1－35W桥连接明尼阿波利斯和圣保罗2座城市，建成于1967年。全桥共14跨，总长581m。主桥为三跨连续钢桁架桥，跨越密西西比河，跨径分布为（93＋139＋93）m。桥面宽32m，双向8车道，但横向只采用了2片主桁，主桥立面布置及截面尺寸 如图3所示。 ．．7×1159＝8 113． 12×1 159＝13908 ．7×1159＝－8 113．． 1 230．2 一 l 23d．2 卜—』！塑：L—I （a）立面 卜一—j堕型．＿——叫 （c）支点处截面 单位：cm 图3主桥立面布置及截面尺寸 2007年8月1El晚6时05分左右，在没有任 何征兆的情况下桥梁突然垮塌，导致13人死亡、145人受伤，事故引起了世界范围内的广泛关注［1］。据录像显示，垮塌最先发生在主桥的中跨，随后边跨向河岸方向倾倒。 事故后的调查认为，垮塌是从中跨10号上节点板［如图3（a）中圆圈所示位置］断裂开始。资料显示，本桥在1977年和1998年经历了2次大修，混凝土面板平均厚度增加了5cm，桥面护栏的尺寸也有所增加。多个节点板的尺寸在当初设计制造中有严 世界桥梁 2009年第3期 重的误差，厚度只有设计要求的一半左右，大大降低了其承载能力。经过多年运营，杆件的腐蚀情况较严重。事故发生时，桥梁正处于一次维修状态，大型施工机械设备都已就位，而下班高峰期的拥挤车辆将剩余的车道排满，造成严重偏载。综合以上的多种因素，最终导致悲剧的发生。3．4麦克阿瑟梅兹立交 麦克阿瑟梅兹立交是加利福尼亚州奥克兰一个非常大的立交桥群，连接奥克兰、伯克利和旧金山的5条高速公路在这里交汇，是当地重要的交通节点。其中南向的1－880州际公路从东向的I一580下 穿行。 2007年4月29日凌晨4时左右，一辆行驶在1－880上的汽油运输车在变道时翻车，汽油外漏并引 发大火，而事故地点就在I一880与1－580相交处。大火导致I一580高架桥的钢盖梁受高温软化并垮塌（见图4），进一步导致上部结构2跨倒塌¨］。 图4大火后的桥梁倒塌状况 1－880修建于1998年，主梁为预应力混凝土箱梁；I一580建于1955年，主梁为钢一混叠合梁，桥墩盖梁也采用了钢结构。事故后的调查表明，I一880虽然是事故发生地，并且经历上部梁体坍落时的冲击， 却损坏不严重。通过进行一些简单的修复和在梁底 加支撑（见图5），约8d后即恢复了交通。2004年3 月25日，在康涅狄格州布里奇波特也发生了一起因油罐车起火而引发桥梁倒塌的事故。在该事故中，桥面板下的钢主梁在高温下软化，导致桥梁严重下挠。从这2个案例的对比可看出，混凝土梁的耐火 性较钢梁好。 4结语 从上述美国桥梁倒塌事故中，可以得到以下几点启示： （1）对意外事故的防范。根据本文、文献［1］和 文献Ez］的统计，因外部诱因（如船撞、火灾、飓风、地 2000～2008年美国桥梁倒塌案例分析与启示孙莉，刘钊49 因此，桥梁运营时间越长，发生倒塌的可能性也越大。对数以万计的在役桥梁，如何从管理和技术的角度进行有效的检测和评估，对于防范桥梁倒塌事 故极为重要。 参考文献： ［1］http：／／www．fhwa．dot．gov，http：／／www．ntsb．gov； http：／／www．bridgeforum．corn；http：／／en．wikipedia． 图5 I。880桥修复现场 org／wiki／List＿of＿bridge＿disasters． 震等）而倒塌的桥梁分别占倒塌桥梁总数的62．5％、90％和83％。可见，这些外部诱因足导致桥梁倒塌的主要原因。目前，各国对桥梁抗震的研究相对较多，并且均有抗震设计规范。在桥墩防撞、飓风、火灾等问题上虽有认识，但在实际工程中的考虑还明 显不足。 ［2］I EHarik，AMShaaban。HGesund．UnitedStates of Pedormance ofCon— Bridge Failures［J］．Journal structedFacilities，1990，（4）：272—277． ［3］KumalasariWardhana，Fahian of Recent BridgesFailures in CHadipriono．AnalysistheUnited States［J］． JournalofPerformanceofConstructedFacilities，2003， （8）：144—150． （2）对耐久性问题的重视。美国的钢桥数量相比我国要多很多，从这些倒塌事故可以看出，虽然钢桥与混凝土桥的耐久性问题侧重点不一样，但问题都很突出。钢桥存在钢材腐蚀、疲劳、低温脆断和耐火性差等问题；混凝土桥则存在钢筋腐蚀、混凝土劣化等现象。目前在我国桥梁工程界，提高耐久性的意识还不强，规范中相应措施的可操作性还不够好，研究与实践均需要加强。 （3）对检测、评估工作的要求。一般来说，桥梁的抗力随服役时间的增长而逐渐退化，但实际运营中对桥梁的服役要求却在不断提高。在本文列举的 1 ［4］Highway／Marine ［R］．National［5］Sherif AccidentReportNTSB／HAR－－04／05 TransportationSafetyBoard．2004． El—Tawil．VehicleCollisionwithBridgePiers，Fi－ mlReport［RJ．DepartmentofCivilandEnvironmental Engineering，University2004． of Michigan，Ann Arbor． ［6］MarkHolan．ACostlyYear［DB／OL］http：／／www． AdjacentBoxBeam tbo．eom，2005． ［73 Penn DOT，PA．Non—composite Bridges［DB／OL］http：／www．transportation．org， 2006． ［8］ArlonFranklin。MazenWahbeh，DanSpeer．Quick sponse［z］．Steel BridgeNews，2007． re— 6起事故中，13起都是在桥梁运营过程中发生的。 CaseAnalysisandLessonsDrawnfromBridgeFailuresinUnitedStatesfrom2000to2008 sUNLt，LlUZhao （CollegeofCivilEngineering，Southeast University，Nanjing210096，China） Abstract：Therelevantdataofthecatastrophicfailuresof16bridgesoccurringintheUnitedStatesintheyearsfrom2000 to 2008 are givenandsometypical cases ofthesebridges to are de— scribedinspecificdetail．Ofthe16bridges，thefailuresofthelobridgesweredue causes theexternal ofaccidental events andoverload，thefailuresofthe3bridgeswerecausedbytheaccumu－ to lativedamageandlowstructuraldurabilityafterthebridgeshavebeeninoperationforabout4050yearsandthefailuresofthe rest ofthe3bridgeswereattributed to the errorsto inthedesignand construction．Fromtheanalysisofthefailures，somelessonsinregardtion，managementandmaintenanceofbridgeshavebeendrawn． thedesign，construe— Keywords：Americanbridge；failure；steelbridge；durability；case analysis 2000～2008年美国桥梁倒塌案例分析与启示 作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数： 孙莉， 刘钊， SUN Li， LIU Zhao 东南大学土木工程学院,江苏,南京,210096世界桥梁 WORLD BRIDGES2009，""(3)0次 参考文献(10条)1. 查看详情2. 查看详情3. 查看详情 4. I E Harik. A M Shaaban. H Gesund United States Bridge Failures 1990(04) 5. Kumalasari Wardhana. Fahian C Hadipriono Analysis of Recent Bridges Failures in the United States2003(08) 6. Highway/Marine Accident Report NTSB/HAR-04/05 2004 7. Sherif EI-Tawil Vehicle Collision with Bridge Piers,Final Report 20048. Mark Holan A Costly Year 2005 9. Penn DOT PA Non-composite Adjacent Box Beam Bridges 200610. Arlon Franklin. Mazen Wahbeh. Dan Speer Quick response 2007 相似文献(1条) 1.期刊论文 曹明旭. 刘钊. 孟杰. CAO Ming-xu. LIU Zhao. MENG Jie 美国桥梁病害及倒塌事故统计分析与思考 -公路2009,""(7) 当前美国的桥梁工程已由建设高峰期转入以维修加固为主的时期,对截止到2006年美国在役桥梁与病害桥梁的统计数据进行了分析,并对自1875年以来美国桥梁倒塌的相关资料进行了统计,并阐述了美国针对旧桥病害及倒塌事故的对策与措施.最后,结合美国的经验教训与工程对策,对我国桥梁建设与养护工作提出了几点建议. 本文链接：. 授权使用：东南大学图书馆(wfdndx)，授权号：bcb478bf-e4d4-4de6-bbbd-9de9009c976a 下载时间：2010年9月6日