钢桥设计基本知识II-钢桁架梁桥

三、节点构造
钢桁梁的节点既是主桁杆件交汇的地方，也是纵、横联杆件及横梁连接于主桁的 地方，它连结位于主桁、纵联、横联三个正交平面内的杆件，构造比较复杂。
（一）节点构造形式
1.外贴式节点
15
第二节 桁梁桥构造
三、节点构造－节点构造形式
1.外贴式节点
16
第二节 桁梁桥构造
三、节点构造－节点构造形式
2. 内插式节点
(b)
(c)
13
第二节 桁梁桥构造
二、桥面系梁格构造与连结
纵梁断缝 对于跨度大于80m的简支桁梁，一般在跨中的一个节间内应设有纵梁断缝。
I
安装时临时连接孔 I 活动纵梁
I
活动纵梁
板 纵梁短伸臂 铰
I
纵梁短伸臂
(a)未设断缝时纵横梁变形
(b)设置断缝后纵横梁变形
≤80m
≤80m
14
第二节 桁梁桥构造
2
第一节 概述
（三）桥面系 1、组成：由纵梁、横梁及纵梁之间的联结系 2、传力途径：荷载先作用于纵梁，再由纵梁传至横梁，然后由横梁传至主桁架 节点。 （四）桥面 桥面是供车辆和行人走行的部分。桥面的形式与钢梁桥及结合梁桥相似。
3
桥面系由纵梁、横梁及纵梁间的联结系组成。 主桁是钢桁梁的主要承重结构，它由上弦杆 (chord) 、下弦杆、腹杆 (web member) 及节点 (node 或 joint) 组成。倾斜的腹杆称为斜杆， 竖直的腹杆称为竖杆。 杆件交汇的地方称为节点，纵向两节点之 间称为节间，用节点板(gusset plate)及高强 螺栓连接各主桁杆件。
(5)主桁杆件的截面形式 主桁焊接杆件的截面形式主要有两类： H 形截面和 箱形截面。 H 形截面构造简单，焊接容易，安装方便；截面两 轴的回转半径相差较大。适用内力不很大的杆件或长 细比相对较小的压杆。 箱形截面对两个主轴的回转半径相近，承受压力方 面优于H形杆件，制造时比较费工，焊接变形也较难控 制和修整。用于内力较大和长细比较大的压杆或拉一 压杆件。
第一节 概述
二、主桁架的图式及特点 （一）、主桁架的常用类型
（二）主桁架的主要尺寸 先确定桥梁跨度，再确定主桁架的主要尺寸包括：桁架高度、节间长度、斜杆 倾角和两片主桁架的中心距。 1、主桁高度
铁路桥 桥型 下承式 上承式 平行弦桁架 1/7L 多边形桁架 （1/5~1/6.5）L （1/71/8）L 公路桥 平行弦桁架 （1/71/10）L 多边形桁架 （1/5.51/8）L （1/81/10）L
③横向框架。 横向框架由横梁、主桁竖杆和横向联结系的楣部杆 件所构成。当横梁在竖向荷载作用下梁端发生转动时 ，竖杆的上端和下端均将产生力矩。在设计竖杆时， 应考虑此力矩的影响。
④次应力。 主桁各杆件是用高强度螺栓紧固在节点板上， 相当于刚性连接，杆端难以自由转动。当主桁在荷 载作用下发生变形而节点转动时，连接在同一节点 的各杆件之间的夹角不能变化，迫使杆件发生弯曲， 由此在主桁杆件内产生附加的应力，这就是次应力 (secondary stress)。
主桁架的中心距离由横向刚度和稳定性决定 ;下承式钢桁梁桥的主桁中心距还应 满足桥梁建筑限界的要求,上承式桁梁桥的主桁中心距还要考虑横向倾覆稳定性 的要求，抗倾覆稳定安全系数不得小于1.3。
在拟定上述尺寸时，要综合考虑各种影响因素，相互协调，尽可能采用标准化 和模数化，目的在于使设计、制造、安装、养护和更换工作简化及方便。
第二节 桁梁桥构造
四、联结系构造
（一）纵向联结系
22
第二节 桁梁桥构造
四、联结系构造
（一）纵向联结系
制动联结系
23
第二节 桁梁桥构造
四、联结系构造
（一）纵向联结系
17
第二节 桁梁桥构造
三、节点构造－节点构造形式
2. 内插式节点
18
第二节 桁梁桥构造
三、节点构造－节点构造形式
3.全焊节点
19
第二节 桁梁桥构造
（二）节点的基本要求
•
• 受 力 • • • • 制 造 、 安 装 和 养 护 • • • • •
各杆件轴线应尽量在节点处交于一点，如有偏心，应计算偏心影响；对于联 结系杆件偏心影响不大，可不考虑。 所需的连接螺栓个数：主桁杆件应按杆件的承载力计算；联结系杆件按杆件 内力计算。 杆件进入节点板的第一排螺栓数，可适当少布置几个，以减少杆件的截面削 弱。 弦杆在节点中心中断时，一般均需添设弦杆拼接板。 所有杆件应尽量向节点中心靠拢，连接螺栓应布置紧凑，使节点板平面尺寸 小些，也有利于降低节点刚性次应力和增加节点板在面外的刚度。 为了加强节点板在面外的刚度、屈曲稳定和抗碰撞能力，必要时得在节点板 的自由地段设置加劲角钢或隔板。
二、桥面系梁格构造与连结
纵梁平面
10
第二节 桁梁桥构造
二、桥面系梁格构造与连结
纵梁 剖面
11
第二节 桁梁桥构造
二、桥面系梁格构造与连结
横梁立面 铁路桥横梁的高度一般是其跨度的1/4~1/6
12
第二节 桁梁桥构造
二、桥面系梁格构造与连结
纵、横梁的连接形式
横梁与主桁连接形式
(a)
(b)
(c)
(a)
1
第一节 概述
（二）联结系 1、分类：纵向联结系和横向联结系 2、作用：联结主桁架，使桥跨结构成为稳定的空间结构，能承受各种横向荷载 3、纵向联结系分上部水平纵向联结系和下部水平纵向联结系；主要作用为承受 作用于桥跨结构上的横向水平荷载、横向风力、车上横向摇摆力及离心力。另外 是横向支撑弦杆，减少其平面以外的自由长度。 4、横向联结系分桥门架和中横联；主要作用为是增加钢桁梁的抗扭刚度。适 当调节两片主桁或两片纵联的受力不均。
5
第一节 概述
三、连续桁梁及悬臂桁梁桥 1、连续桁架梁 跨度大于120m的多孔桥，采用连续桁梁桥较为合理 。 优点：比简支梁节省约8~10%的钢材 ；竖向及横向刚度均比简支梁大 ；内力 分布更趋合理 ，破坏性小易修复。 结构布置：每联跨数是两跨或三跨，极少超过五跨 ；二孔连续梁应做成等跨 的。三孔时为使各孔弯矩平衡，跨度的合理比例是7:8:7。但为了美观，特别 是遇到两联以上的长桥时，也常采用等跨布置 。 梁高:通常为跨度的1/7~1/8, 支座处可适当加高。 2、悬臂桁梁
(3)斜杆倾度 斜杆倾度影响到节点构造。斜度设置不当，不仅会 影响节点板的形状及尺寸，而且使斜杆位置难以布置在 靠近节点中心处，以致削弱节点平面外刚度，增加节点 平面内的刚度。 根据以往设计经验，斜杆轴线与竖直线的交角以在 30一50度范围内为宜。
(4)主桁的中心距 主桁的中心距与桁梁桥的横向刚度有关。为了保证 桥梁的横向刚度，主桁的中心距不应小于跨长的1/20. 对于下承式桁梁桥，主桁中心距还必须满足建筑限 界的要求；对于上承式桁梁桥，主桁中心距与桁梁桥的 横向倾覆的稳定性有关.
8
我国钢桁梁主桁杆件的宽 度b有460、600、720mm 等三种；高度h有260、 440、600、760、920、 l100mm等多种
主桁的主要尺寸是指：主桁高度 ( 简称桁高 ) 、节间 长度；斜杆倾度及两主桁的中心距，这些尺寸的拟定对 桁梁桥的技术经济指标起着重要作用。 (1)桁 高 从用钢量; 挠度; 满足建筑限界的要求。 (2)节间长度 节间长度对桁梁桥的用钢量有一定影响。节长较短 ，纵梁、横梁数量增多；但梁的截面可小，主桁腹杆也 相应变短。一般下承式桁梁节间长度为 5 ． 5—12m ，或 为桁高的0．8—1．2倍。
武汉长江大桥，即武汉长江一桥（以下为其一组局部照片）
第二节 桁梁桥构造
二、桥面系梁格构造与连结
我国铁路下承式各种跨度的栓焊钢桁梁标准设计其桥面系采用统一布置及统一 尺寸，见图7.2.2、图7.2.3、图7.2.4
纵梁立面 铁路桥纵梁的高度一般是其跨度的1/7~1/8
9
第二节 桁梁桥构造
竖向荷载的传力途径是：
荷载通过桥面传给纵梁，由纵梁传给横梁，再 由横梁传给主桁节点，然后通过主桁的受力传给支 座，最后由支座传给墩台及基础。
钢桁梁除承受竖向荷载外，还承受横向水平荷载 (风力、列车横向摇摆力和曲线桥上的离心力)。由水 平纵向联结系直接承担并向下传递。 在两片主桁对应的弦杆之间，加设若干水平布置 的撑杆，并与主桁弦杆共同组成一个水平桁架，叫做 水平纵向联结系，简称平纵联。 在上弦平面的平纵联，称为上平纵联； 在下弦平面的平纵联，称为下平纵联；
（一）主桁杆件的截面形式 主桁杆件一般采用双壁式截面，有H形和箱形两种 （二）主桁杆件的外廓尺寸 应考虑下列因素： •同一主桁中各杆件的宽度b必须一致； •上、下弦杆在各节间的高度应尽可能一致 ； •外廓尺寸不宜过大和过小； •制作和操作 空间以及标准化制造 （三）主桁杆件板件厚度 •最小板厚限值； •H形腹板、翼缘厚度及二者的厚度比 ； •局部稳定所需的板件宽厚比； （四）主桁杆件的刚度要求 为了防止过大的挠度和振动，杆件有最大长细比限值。
4
第一节 概述
2、节间长度
铁路钢桥：中、小跨径的桁架，上承式桁架的节间长度一般为3~6m，下承式 桁架的节间长度一般为6~10m，跨径较大的下承式桁架节间可达12~15m。公 路钢桥：节间长度可适当增大。
3、斜杆倾角 斜杆倾角由主桁高度与节间长度的比值决定，有竖杆的桁架的合理倾角为50° 左右；无竖杆的桁架的合理倾角为60°左右。斜杆倾角与桁高、节长有矛盾 时，可在合理范围内进行调整。 4、主桁架中心距
钢 桁 梁 桥
第一节 概述
一、钢桁梁的组成
1、分类：按桥面位置的不同分为上承式桁梁桥、下承式桁梁桥、和双层桁梁桥
2、组成：由主桁、联结系、桥面系及桥面组成
（一）主桁
它是的主要承重结构，承 受竖向荷载。 主桁架由上、下弦杆和腹 杆组成。腹杆又分为斜杆 和竖杆； 节点分大节点和小节点； 节间距指节点之间的距离。