第一章 绪论
1.1 论文研究的目的和意义
大件运输[1]是指大型重载货物的运输与配送，也就是说使用异于常规的车辆装载运输超长、超宽、超重、超高等特别规格大型物件的公路车辆运输。目前大件运输主要包括：大型火力发电设备中的发电机定子、水冷壁、除氧水箱、转子、锅炉汽包、大板梁、高低压加热器、大板梁等，大型水力发电设备中的转轮、转子、导水机构、上下机架、定子、主轴、座环、闸门启闭机以及主变压器、联络变、厂用变、电抗器、及高压电气设备等等[2]。大件运输自身含有两层含义，一方面是指超限，即物件轮廓尺寸超过常规车辆的界限标准；另一方面是指超重，即大件运输车辆的总重量对道路、桥梁的承载力远远大于设计荷载的货物的公路运输[3]。目前，我国大多数的公路大件运输都是超限运输。但是在公路运输过程中，大型物件的外形尺寸或是单件重量受到了行驶过程中道路、桥梁、弯道、涵洞、纵、横坡度和道路净空等因素的限制。所以在我国现有的道路条件下，对大件运输来说急需解决的问题就是，在保证要安全可靠的条件下，如何及时、合理地将重大件物品运送到目的地。大件运输是组成我国重大工程项目的重要环节。“十二五”期间，我国产生了一大批国家重点工程，例如：装备制造、冶金、石化和能源等行业，这些行业的重点工程都需要用到大件运输。尤其是我国展开西部大开发，随着中西部地区重点区域建设项目规模迅速扩张，越来越多的需要大件运输来承担关键设备的运输，其保障任务也越来越重[4]。例如，核电机组、风力发电设备、大型锅炉、变压器、石油储罐等。这些设备共有的特点是“价值高、超重、超长、超宽、超高、不可解体”[5]。其中那些具有国际领先水平的高端产品，有的单件价值在上亿元，重量往往超过千吨，长度大于百米。重点设备的运输保障任务直接影响到我国重点工程项目的建设进度程度，一旦拖延了时间，大件运输的成本就会大幅度的增加，后续工程也将难以为继，假如整个工程运行成本上升，就必然会影响到这期间重点工程项目的顺利实施。
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1.2 本论文的主要研究现状
近五十年来，随着我国现代化工业建设的快速发展，由公路运输特大及特重型工业设备已趋频繁[12]。据有关文献[13]统计，在 1974～1984 年的十年间，我国先后完成了化工、电力、石油、冶金、矿山等部门的大型设备运输近 7 万多吨，其中重量在 lOO 吨以上的有 230 件，最长的有 74.37 米，最宽的有 12.3 米，最重的达 484 吨；至 1994 年底，我国的公路运输企业就有 92 家，拥有 100 吨至 800 吨挂车 218 辆。1998 年山东齐鲁石化公司单件重达 920 吨加氢裂化反应器的运输，创造了至今为止我国公路大件运输的单件运输最重记录[14]。而国际道路大件运输单件货物的重量早已达到上千吨[15]，比如：英国 11070吨石油钻井平台，德国 6000 吨石油钻井平台和新加坡 2600 吨大型物件。由于大件荷载有体积大、构件重等特点，荷载和尺寸要求与一般正常的道路设计有相当大的差别，针对如何满足大件荷载运输的要求，合理设计道路各部分是一个涉及面很广、理论与实践性很强、难度很大的研究课题[16]。现有的文献主要是针对大件公路运输中既有道路桥梁的承载力的评估与加固，但是对涵洞的研究并不多，其相关的资料也比较缺乏。
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第二章 大件运输的概述
2.1 大件运输的现状
交通运输是人们进行社会生产和生活的必要工具，影响着我国国民经济的重要环境，成套的交通运输体系是综合和多样的，其中包括航空、公路、铁路、水运、管道等运输方式，在承担各自运输任务时又互济、互补，为我国经济的发展提供很大的帮助[26]。近二十年来，我国经济发展速度迅猛，工业化规模不断的扩大和工业进程不断在加快，调整中的产业结构、转移中的产业梯度都对国内市场带来了很大的影响。大型项目对于大型设备的需求量也是越来越大，设备的大型化、重型化暗示着大件运输业在我国是有大量市场潜力可挖掘的。并且作为运输系统中的一个较特殊领域，大件重载运输拥有着高技术含量和高投资回报等优势，种种迹象都意味着大件运输市场必将迎来蓬勃发展的明天[27]。大件重载运输是指在我国境内现有条件的道路上，装载和运输大型物件的运输。货物长度超过 14 米,或是宽度大于 3.5 米,或是高度在 3 米以上，又或者重量超过 20 吨的单体货物或不可解体的成组（捆）货物一般都被称为大件货物，根据大件的重量和外形尺寸可将大件划分为四个级别（其中大件的重量包括支承架和包装，大件的级别一般由长、宽、高与重量这四个指标中级别最高者来确定）。
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2.2 大件荷载与普通荷载的区别
近年来，随着各国工业化进程的迸一步加快，工业设备大型化、重型化将成为未来的主要发展趋势，石化、冶金、电力等单件重量 300 吨以上的设备数量将越来越多，千吨重的超重设备也将相继出现。这些大型或者特大型的设备必然需要经过公路运输到达需求地，然而这些大件运输荷载与规范荷载标准[43]有着很大的不同。表 2.1 列出了 5 种大件荷载和规范中最大车辆荷载的参数。件车辆通过涵洞时要保持低速行驶，一般限速 5Km/h。与此同时，严禁在过程中变速和制动。因为大件车辆在涵洞上变速、制动或快速行驶都将增大对涵洞的冲击或震动作用，从而使涵洞受到的荷载增加。假定大件运输缓慢地匀速行驶，就可使行驶荷载比较接近静载，以此来减少对涵洞的动载作用。正是因为如此，所以在进行大件运输条件下涵洞承载力的验算时，可以不考虑冲击的影响。
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第三章 大件运输条件下石拱涵结构稳定性的理论研究.......16
3.1 概述....... 16
3.1.1 涵洞的结构特点...... 16
3.1.2 涵洞的受力特点与受力分析...... 19
3.2 大件运输车辆重载及圆弧拱结构受力的分析........ 24
3.2.1 大件运输车辆的重载分析........ 24
3.2.2 圆弧拱的拱上建筑工程数量计算....... 27
3.3 大件运输条件下石拱涵的结构稳定性计算..... 31
3.3.1 石拱涵拱圈的结构稳定性计算.... 32
3.3.2 石拱涵涵台的结构稳定性计算.... 48
3.4 本章小结........ 52
第四章 大件运输条件下石拱涵结构稳定性的应用程序开发 ...53
4.1 Visual Basic 的简单介绍........ 53
4.2 大件运输条件下石拱涵结构的程序开发....... 54
4.3 VB 程序的具体运行过程..... 64
4.4 本章小结........ 68
第五章 大件运输条件下石拱涵结构稳定性的实例验算分析 ...69
5.1 本项目石拱涵的现状........ 69
5.2 大件运输条件下石拱涵结构稳定性的手工验算过程....... 70
5.3 大件运输条件下石拱涵结构稳定性的应用程序实例分析........ 83
5.4 本章小结........ 93
第六章 大件运输条件下石拱涵拱圈稳定性的有限元分析
目前常用的各种通用以和专业有限元软件基本都具有良好的可视化功能，它们通过数据以及图形的交互功能，能够更好的分析结构的受力情况，从而加深对于结构整体以及局部受力特性的认识。然而，并非所有的有限元计算软件都具有快捷、简便并且人性化的操作界面以及程序语言，为了更加精准地确定本论文石拱涵手工验算和程序验算的准确性及可靠性[62]，本论文使用 Midas Civil、桥梁博士、JQJS、ANSYS 及 SAP 等结构有限元分析程序来分别进行石拱涵结构稳定性的分析验算，通过每个程序的验算结果对比分析后发现，Midas Civil 在进行线弹性静力分析时，特别是针对施工阶段分析时，要比使用其他几种结构有限元分析软件更加便捷，在进行高端结构分析时，具有明显优势。所以，为了更好地完成本论文的研究，在验算结果分析时就选用 Midas Civil 软件来分析验证，它人性化的界面设置以及与 Excel 良好的互通性将对大件运输条件下石拱涵结构稳定性的分析提供便捷快速有效的帮助。
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结论
本文以大件运输条件下石拱涵的结构稳定性为重点研究对象，通过对大件运输及其基本特点的认识和了解，归纳并分析了石拱涵的结构稳定性基本计算理论公式，利用计算机编程工具 VB 对石拱涵的拱圈和涵台结构稳定性验算进行了编程，结合工程项目，对石拱涵结构稳定性进行了手工验算和程序验算，将两种验算结果进行了对比分析，并利用两种验算结果进行了比较和一定的研究分析，最后通过结构有限元分析软件建模对其进行了结构受力分析，判断出石拱涵在该大件运输条件下的结构稳定性能否达到要求，同时确定上述理论验算方法和程序验算方法的准确性和可靠性。具体内容如下：
① 通过对计算机编程工具 VB 的概念、原理及特点等内容的了解认识，结合研究分析了石拱涵结构稳定性的理论计算原理和步骤等，对大件运输的重载进行了分析，建立起了石拱涵结构验算程序的编程模型，并利用计算机程序 VB 6.0 对石拱涵结构验算程序进行开发，通过对程序的建立、变量定义、代码设计和编译，链接，运行调试，生成可执行目标程序。最终得到大件运输条件下石拱涵结构稳定性的验算程序，从而有利于石拱涵结构稳定性验算能够更加快捷方便的进行。
② 依托工程实例（本文以习水二郎电厂新建工程大件设备运输项目为背景依托），以草莲坝至梨园坝道路路段上单跨尺寸为 2m×3m 的石拱涵进行结构手工计算分析，得出在大件运输条件下该石拱涵的结构稳定性判定结果，同时也利用编写的程序对同一条件下的石拱涵结构稳定性进行了运行分析，再通过对比分析手工验算和程序验算的结果，确定了程序编制的准确性。鉴于涵洞在公路中的重要性地位，对涵洞进行了结构稳定性验算的实例分析研究，为同类大件运输的涵洞安全稳定性评价提供参考，也为大件运输条件下道路总体安全性评价提供重要的参考依据。
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参考文献（略）