《钢桥设计》1 钢桥概述
钢桥1
一、钢桥的特点
用钢材作为主要建造材料的桥梁。
具有强度高，刚度大的特点，相对于混凝土桥可减小梁高和自重。
且由于钢材的各向同性，质地均匀及弹性模量大，使桥的工作情况与计算图示假定比较符合，另外钢桥一般采用工厂预制，工地拼接，施工周期短，加工方便且不受季节影响。
但钢桥的耐火性，耐腐蚀性差，需要经常检查，维修，养护费用高。
优点：强度高，重量轻，跨越能力强；
制造精度高，运输、连接方便；
上下部结构同步施工，架设方便，工期短；（平行作业）
跨越能力大，工厂化程度高；
安装速度快，钢桥构件易于修复和更换。
缺点：不耐腐蚀，维护费用高；
有些情况下不经济。
二、现在钢桥采用的主要技术有：
1、高强度低合金钢、预应力钢筋、高标号混凝土、聚合物
等新材料的应用;
2、桥梁上部结构采用正交异性刚桥面板和钢与混凝土的组
合结构，箱型梁、高次超静定结构（多为连续梁、斜腿钢架、斜拉桥、各种组合体系等）；
3、结构设计方面可以针对不同情况，按需要进行非线性（材
料非线性、集合非线性）分析、空间分析、动力分析、可靠性分析；
4、施工工艺方面用钻孔桩机械（土层及岩层）、大直径桩、
双臂钢围堰、自升式平台等修建深水基础，用焊接、高强度螺栓、预应力等方式进行连；用悬臂施工（混凝土灌注及各种预制件的拼装）及整体架设等方法减低造价并压缩工期。
三、钢桥技术的发展趋势：
1、大跨度钢桥将向更长、更大、更柔的方向发展；
2、轻质高性能、耐久新型钢材品种的研制开发和应用；
3、大型工厂化高精度制造钢桥节段和大型施工设备的整
体化安装将成为钢桥施工方法的主流；
4、公路钢桥设计和硬件能力达到国际先进水平。
钢桥设计课件之钢板梁桥、钢结合梁桥、钢箱梁桥的构造特点、设计要点,各类型桥的传力路径
2.1 钢板梁桥的类型及构造特点 上承式钢板梁桥上部结构
• 联结系
2.1 钢板梁桥的类型及构造特点 上承式钢板梁桥上部结构：桥面
• 一般采用明桥面
• 由桥枕、护木、正轨、护轨等组成
2.1 钢板梁桥的类型及构造特点 下承式钢板梁桥上部结构
• 主梁
• 联结系
• 桥面系 • 桥面及支座
• 结合梁截面上在混凝土板重心处的内力
NT ,b T TEb Fb
• 在此内力作用下，钢梁的应力
T , st
1 ab yi N T ,b F I i i
3.5 结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力 混凝土随着时间的推移产生干燥收缩，在结合 梁中产生收缩应力。
• 箱形截面梁的顶板由纵、横肋加强。这种用互相垂 直的纵肋和横肋加强的钢板，在纵、横两个方向上 具有不同的抗弯刚度，其力学性质和在两个垂直方 向上具有不同弹性模量的板相似，这种具有”正交异 性”的板称为正交异性板。
4.4 正交异性钢桥面板 正交异性板
• 纵肋截面的基本形式为开口式和闭口式两种
4.6 扁平钢箱梁 抗扭、抗弯惯矩大，抗风能力好，过去主要用 于悬索桥。
顶板和底板通常均采用U形纵肋加强
箱室内不设中间腹板，横隔板间距较小 横隔板通常采用实腹式 连接板、隔板、竖向加劲肋、横向加劲肋
4.7 钢箱梁结构分析方法概述 在竖向荷载和横向荷载作用下，箱形梁是按空 间结构承受外力。 箱梁截面采用正交异性钢桥面板和带加劲肋的 薄钢板组成，充分发挥薄钢板的力学性能特点， 有利于焊接。
3.5 结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力 混凝土承受应力，会产生徐变，从而使结合梁 内力产生重分布
第7章-钢桥1
§7.程碑） 特点： （1）跨度 ：160m （2）材料： 16Mnq （Q345） （3）铆 接 （4）我国独立自主从材 料到建设完全依靠自己力量 ，写入党的历史问题决议中 。
《桥梁工程》by rkang
§7.1 钢桥的发展
南京长江二桥
钢 桥
全长21.197公里。总投资30亿元人民币，2001年3月26日12:00通车; 主桥长2938米为钢箱梁斜拉桥, 主垮628米。 高性能桥板：WQ490D，由武钢轧板厂供货 WQ490E，其冲击韧性交货条件为-40゜C的V型缺口冲击韧性 值为30J，其实际供货的-40゜C的V型缺口冲击韧性值的平均值达158J； 钢种：16Mnq
结构形式：简支+连续+悬臂
《桥梁工程》by rkang
§7.2 钢桥的结构形式
2）刚构钢桥 钢 体系特征：支腿（墩或台）与梁部刚性连接 桥 支腿形式：直腿+斜腿
支腿与基础连接形式：铰接+固结
《桥梁工程》by rkang
§7.2 钢桥的结构形式
3）钢拱桥 钢 桥
体系特征：拱结构在竖向荷载作用下主要受压 拱结构形式：箱形+桁架 桥面位置：上承+中承+下承 承受推力形式：推力+无推力（系杆拱）
《桥梁工程》by rkang
§7.1 钢桥的发展
我国已建钢桥
钢 桥
斜拉桥
南京长江三桥
我国第一座钢塔斜拉桥，也是世界上第一座弧线形钢塔斜拉桥。主桥双塔钢箱梁斜 拉桥的索塔采用钢结构;全长约15.6公里。主跨跨径648米，设计为6车道高速公路。 工程投资概算39亿元,2005年10月建成通车。 桥塔用钢: 用钢量1.22万吨Q370qD钢, 由上海宝钢浦钢厚板厂提供; 钢板厚度：48mm, 46mm, 42mm, 36mm,30mm.
钢桥知识点
第一章绪论1钢桥分类：根据主要承重结构的受力体系可以分：梁式桥，拱桥，刚构桥，斜拉桥，悬索桥和混合体系桥梁。
梁式桥：竖向荷载作用，只产生竖向反力按受力体系：简支梁、连续梁、悬臂梁按结构形式：钢板梁、钢箱梁、钢桁梁、结合梁拱桥：竖向荷载作用，除产生竖向反力外，还产生水平推力按有无推力：有推力拱——设置坚固基础无推力拱（系杆拱）——于拱两端设置拉索或梁刚构桥：主要承重结构为偏心受压和受弯构件斜拉桥：高次超静定结构，关键在高塔施工和索力控制悬索桥：（吊桥），以主揽为主要承重结构，主揽只受拉力2 钢桥优缺点：优点：*钢材抗拉、抗压、抗剪强度高，重量轻，跨越能力大。
钢材可加工性能好，可用于复杂桥型和景观桥。
*材质均匀，实际应力与计算值接近，安全可靠*适合工业化方法制造，质量可靠，便于运输，便于无支架施工，工地安装速度也快。
*韧性延性好，可提高抗震性能。
*寿命长，易于修复和更换，可回收利用。
缺点：动载作用下，疲劳问题突出。
易腐蚀，需要经常检查和按期油漆，维护费用高。
铁路钢桥行车时噪声与振动均比较大。
3钢桥设计的一般要求和原则必须有足够的整体刚度、具有必要的横向刚度、满足使用阶段的受力和工作性能要求，在施工过程中满足应力和变形的要求、防腐、疲劳设计、不应有未栓合或未焊合的接触部分、应尽可能减少构件和零件的种类，钢结构的构件计尽可能标准化，使同型构件能互换、钢桥在安装或检修支座时在结构上应预设可供顶起用的结构4结构内力计算原则结构构件的内力按弹性受力阶段确定。
变形按构件毛截面计算，不考虑钉（栓）孔削弱的影响。
为简化计算，可将桥跨结构划分为若干个平面系统计算，但应考虑各个平面系统的共同作用和相互影响。
平面计算方法中，可以采用荷载横向分布系数考虑桥梁结构空间作用的影响。
5钢桥设计计算方法：容许应力法和半概率极限状态设计法σ≤γ[σ]σ—结构标准荷载的计算应力，荷载组合系数为1γ—不同荷载组合的容许应力提高系数[σ]—容许应力，为屈服强度/1.76疲劳验算方法：拉-拉或拉-压（以拉为主）的构件压-拉（以压为主）的构件第三章桥面结构1钢桥桥面构造组成及各部分作用：*桥面梁格，桥面板，桥面铺装，排水防水系统，人行道或护轮带，栏杆，照明灯具和伸缩缝等组成。
钢桥设计名词解释
1、钢结构设计原则以及规范要求？在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。
2、钢桥按受力体系分为几类？梁式桥拱桥钢构桥：主要承受结构为偏心受压和受弯，并兼有梁桥和拱桥的一些受力特点。
斜拉桥：将梁用若干根斜拉索拉在索塔上，斜拉索不仅为梁提供弹性支撑，而且其水平分离对梁内产生很大的轴力悬索桥。
组合体系梁桥3、结构型钢材主要性能指标？强度屈服点冷弯性能韧性可焊性耐久性：耐腐蚀性耐老化(时效硬化) 耐长期高温耐疲劳4、钢结构失稳，按失稳性质分为哪几种？分支点失稳(1)稳定分岔失稳（屈曲）(2)不稳定分岔失稳（屈曲）极值性失稳，跳跃性失稳5、钢结构连接形式有哪几种,各自的优缺点分别是？1.螺栓联接结构简单、型式多样、接可靠装拆方便、成本低缺点：在交变荷载下,易松动。
制孔精度较高。
2.焊接设备简单、生产效率高、焊缝强度高、密封性能好。
缺点:拆卸不方便3.铆接联接强度高. 密封性能好。
缺点:.拆卸不方便、制孔精度高7、降低焊接残余应力，残余变形的主要措施？（1）预留收缩变形量（2）反变形法三（3）选择合理的焊接顺序（4）锤击焊缝法（5）加热减应区法（6）焊前预热和焊后缓冷（7）合理的焊接工艺方法（8）刚性固定法8、焊缝常见缺陷？焊缝的常见缺陷有裂纹、气孔、焊瘤、弧坑、咬边、夹渣、未焊透。
二1普通螺栓抗剪连接工作原理和破坏形式？1）当螺栓直径较细而被连接钢材较厚时，可能发生螺栓杆剪切破坏2)当螺栓直径较粗而被连接钢材较薄时，孔壁可能在螺栓杆局部承压或挤压下产生较大挤压应力和塑性变形，最终导致螺栓孔拉长而使钢板在孔间剪切断裂3）当构件开孔较多使截面削弱较大时，可能发生构件沿净截面的强度极限（拉或压）破坏4）当螺栓孔距板端距离较小时，导致板端沿最大剪应力方向剪断5）当螺栓杆较长（被连接钢材总厚度较大）较细时，可能发生螺栓杆弯曲破坏工作原理：普通抗剪螺栓连接在受外力后，节点连接板即产生滑动，外力通过螺栓杆受剪和连接板孔壁承压来传力。
钢桥总结
翼缘板有效宽度与组合梁换算截面及应力计算
第七章 钢桁梁桥
桁梁桥的计算原理
主桁杆件主力的计算
• 活载发展系数与活载发展均衡系数 • 杆件恒载和活载内力的计算
桥面系纵梁、横梁的计算
纵梁与横梁间、横梁与主桁间的连接计算
节点计算
第七章 钢桁梁桥
钢桁梁的组成与作用
钢箱梁桥的用钢量
• 跨径、结构形式、桥宽等因素有关
主梁构造、确定主梁梁高与梁宽的主要影响因素
横隔板的作用与构造形式
• 限制钢箱梁的畸变和横向弯曲变形； • 支点横隔板承受支座处局部荷载，分散支座反力； • 主要形式实腹式、框架式与桁架式等
第六章 组合梁桥
组合梁桥的定义
活载组合梁与恒载组合梁的受力特点有何不同 剪力连接件的结构形式及构造
• 主桁架、联结系、桥面系、桥面
主桁架的形式特点、主桁架 主要尺寸是如何确定的 连续钢桁梁与悬臂钢桁梁的特点 主桁杆件构造
• 主桁杆件截面形式：箱形、H形 • 外廓尺寸 及板件厚度 的拟定
节点的基本要求(受力，及其它)
钢筋混凝土桥面构造
• 桥梁横截面标高的调整方法：调墩台顶面标高等四种方法
• 桥面板形状 • 桥面板厚度：钢桥砼桥面板强度和裂缝要求比钢筋砼桥要求高 的原因；提高桥面板承载力和耐久性的方法。(增加板厚，限 制主筋使用应力等
第三章 钢桥桥面
钢筋混凝土桥面板的受力特性
• 单向板、双向板、悬臂板
钢桥面构造
第一章 钢桥概述
• 疲劳影响因素：钢材品质、荷载性质、应力状态、连接的构
造与方法、构造细节等
• 疲劳检算方法 ：疲劳容许应力幅(铁路钢桥、房建) 疲劳容许应力法(公路钢桥) • 钢材的容许应力及提高系数
桥梁工程-钢梁桥的设计
桥梁辅助结构 Q235-B.Z
《碳素结构钢》（GB/T 700）
Q345c
《低合金结构钢》 （GB/T 1591）
表6-2 钢材的基本容许应力
6.1.3钢桥的主要类型
从钢桥的主要承重结构的受力和传力方式来看， 可归纳为梁式钢桥、拱式钢桥和组合体系钢桥。 1. 梁式钢桥 梁式钢桥是主要承受弯矩和剪力的结构，其力学 特征是在竖向荷载作用下，截面产生弯矩和剪力。 按照支承方式不同，可分为简支梁桥（图6-1）、 连续梁桥（图6-2）和悬臂梁桥（图6-3）。
公路钢桥的发展也是突飞猛进，1996年建成通车的长江三 峡西陵大桥是中国人自己设计建造的第一座全焊钢箱梁公 路桥。2007年建成通车的主跨1018m的苏通长江大桥、 2008年建成的主跨552m的重庆朝天门长江大桥、2007年 合拢的主跨1650m的西堠门跨海桥分别成为我国已经建成 的斜拉桥、拱桥、悬索桥的跨度之最。
例如：铁路钢桥用钢材交货条件明确规定： Q235q、Q345q应热轧状态交货，Q370qD、 Q370qE、Q420qD Q420qE均应正火状态交货；
Q370QE钢板实物的冲击韧性交货条件为：-40℃ 时的冲击功，板厚小于等于24mm不低于100J, 板 厚大于24mm不低于120J；
Q420qE钢板实物的冲击韧性交货条件为：-40℃ 时冲击功不低于120J。
北京交通大学土木建筑工程学院
（3）工业化制造程度高。钢构件多在工厂加工，受环境影 响小、易控制、精度高、能大批生产、质量有保证、工业 化程度高。
（4）运输方便、安装速度快、施工工期短。通常，钢桥是 由小构件运至现场拼装而成的，便于运输，便于无支架安 装施工，相对于混凝土结构可缩短工期。
（5）钢桥构件易于修复和更换。
钢桥设计基本知识-钢桁架梁桥[详细]
![钢桥设计基本知识-钢桁架梁桥[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/eb7265bf76c66137ef061934.png)
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。
•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。
8
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。
制 造 、
• •
节点板形状应简单端正，不得有凹角。 标准设计的节点板。
安 装 和
• •
同一杆件两端的螺栓排列应尽量一致。 应避免不同平面内的栓钉钉头发生冲突。所有工地安装螺
养
栓的位置，均应考虑施工时螺栓扳手工作的空间。
护 • 节点内不得有积水、积尘的死角及难于油漆和检查的地方。
20
第二节 桁梁桥构造
• 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
受
弱。
力 • 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。
钢桥考点整理
钢桥考点整理TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-第一章概论1、钢桥的主要结构形式：梁式桥、拱桥、刚构桥、斜拉桥、悬索桥、混合体系桥梁2、钢桥的主要优缺点优点：钢材是一种高强匀质材料，可加工性能好，可用于复杂桥型和景观桥；钢桥自重小，跨越能力大；构件便于运输和无支架施工，工地安装速度快，故钢桥施工工期短；韧性、延性好，可提高抗震性能；钢桥破坏后，易于修复和更换；旧桥可回收，资源可再利用，有利于环保。
缺点：主要缺点——易于腐蚀，需要经常检查和按期油漆。
铁路钢桥行车噪声与振动均比较大。
3、钢桥设计的一般要求和原则必须有足够的整体刚度、具有必要的横向刚度、满足使用阶段的受力和工作性能要求，在施工过程中满足应力和变形的要求、防腐、疲劳设计、不应有未栓合或未焊合的接触部分、应尽可能减少构件和零件的种类，钢结构的构件计尽可能标准化，使同型构件能互换、钢桥在安装或检修支座时在结构上应预设可供顶起用的结构4、钢桥的设计方法：容许应力设计法、半概率极限状态设计法5、结构内力计算原则结构构件的内力按弹性受力阶段确定。
变形按构件毛截面计算，不考虑钉（栓）孔削弱的影响。
为简化计算，可将桥跨结构划分为若干个平面系统计算，但应考虑各个平面系统的共同作用和相互影响。
平面计算方法中，可以采用荷载横向分布系数考虑桥梁结构空间作用的影响。
第二章钢桥连接1、钢桥中部件的连接方法主要有：铆钉连接、螺栓连接、焊接连接2、焊接方法：手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、栓钉焊3、焊缝连接形式分类：对接接头、搭接接头、T 形接头、角接接头4、高强螺栓连接设计方法：全承载力设计法、最小承载力设计法和综合承载力设计法第三章桥面连接1、钢桥桥面结构组成：桥面梁格、桥面板、桥面铺装、排水防水系统、人行道或护轮带、栏杆、照明灯具和伸缩缝2、公路钢桥桥面板的结构形式：钢筋混凝土桥面板（RC桥面板）、预应力混凝土桥面板（PC 桥面板）、钢桥面板3、铁路桥桥面的形式：明桥面、道碴桥面4、钢桥面板三个基本结构体系结构系I：由顶板和纵肋组成的结构系看成是主梁（桥梁主要承载构件）的一个组成部分，参与主梁共同受力，称为主梁体系。
钢桥复习内容
定义：钢桥是指上部承重结构采用钢结构的桥梁，与之对应的有木桥、坞工桥、钢筋混凝土桥、预应力钢筋混凝土桥等。
对于钢-混凝土组合结构桥梁、钢-混凝土混合结构桥梁，根据其施工和计算的特点，也可归类为钢桥。
材料特点：钢材拉压同性，同时具有更高的抗拉、抗压强度和弹性模量，钢材有较高的强重比。
结构特点：1.钢梁的抗剪设计则通过设置横向加劲肋，以防止剪力引起的斜向主压应力导致腹板发生剪切失稳。
2.钢桥设计的重点是解决好结构、构件和板件的稳定问题。
3.钢桥活载所占比重较高，且局部构造较为复杂，因此，钢桥的受拉问题主要是解决活载或其他反复荷载作用下的疲劳问题，以及低温断裂问题。
施工特点：钢桥施工包括制造、运输、二次拼装与桥位现场安装等工序。
1.钢桥工业化程度高，构件制作加工精度高，质量易于控制，施工速度快，工期短。
2.由于钢材拉压同性、轻质高强，钢桥可以灵活地适应各种施工方法，节约大量的施工临时措施费。
运营维护特点：1.混凝土桥梁的养护重点是裂缝，而钢桥的养护重点是锈蚀。
2.混凝土桥梁一旦裂缝宽度超限，进一步出现钢筋锈蚀及锈胀开裂，其养护加固的难度较大；相比而言，钢桥锈蚀后，可除锈后再涂装，其养护更易处理和控制。
3.钢桥构件在受到损伤后易于修复、更换和回收。
运输：构件节段的划分一般取决于桥位与钢结构制造厂之间的运输和吊装能力，大节段一般采用水路运输，在交通不便的山区通常采用公路运输。
适用范围：钢材不仅具有很高的强度，而且拉压同性，因此不但适用于以受压为主的拱桥，也适用于以受拉为主的索桥和拉压组合受力的梁桥。
钢材的高强重比使得钢桥跨越能力在各种结构体系中均最强。
第二章失效概率：作用效应S和结构抗力R都可理解为随机变量，因此，结构是否满足功能要求的事件也是随杌的。
一般把结构不满足功能要求这一事件的概率称为结构失效概率，把结构满足功能要求的概率称为结构可靠概率。
汽车荷载的离心力：汽车何载对桥梁的离心力是一种伴随着车辆在弯道行驶时所产生的惯性力，其以水平力的形式作用于桥梁，是弯桥横向受力与抗扭计算所考虑的主要因素。
本科毕设-钢桥(主要类型-钢箱梁特点)绪论
1.1.3 钢桥的主要类型钢桥可以根据不同的地形环境条件要求建成多种不同的形式，由于钢构件施工方便，自重轻，安全性高，其建造的桥梁种类比其他材料制造的更多。
桥梁按照受力体系分类可分为梁、拱、索三大基本体系。
梁桥主要承受弯矩为主，其应用也最为广泛；拱桥以承受压力为主，对于桥墩或桥台要求较高；悬索桥以承受拉力为主，常见于大跨度桥梁；组合体系桥是将基本体系进行结构组合形成的桥型，如斜拉桥等。
1、钢桥按主梁的构造形式分类有钢板梁桥、钢桁梁桥、钢箱梁桥以及钢——混凝土结合梁桥；结构体系包括简支梁、连续梁和悬臂梁（见图1.1）。
主梁是主要的承重结构，梁桥受力明确，传力简单，在竖向荷载作用下，支承处（支座）不产生水平反力，只有垂直反力，竖向荷载与主梁的轴线几乎垂直，作为受弯构件，与相同跨径的其他结构体系桥梁相比，主梁内产生的弯矩是最大的。
(a)简支钢桁梁(b)连续钢桁梁(c)悬臂钢桁梁图 1.1 梁氏体系桥2、钢拱桥按拱肋的构造形式分有钢箱拱（箱板拱、箱肋拱）、钢桁拱和钢管混凝土拱等；结构体系包括有推力拱桥和无推力拱桥（见图1.2）；拱圈或拱肋是拱桥的主要承重结构，拱桥在竖向荷载作用下，支点处将产生很大的水平向推力，所以拱桥对于桥墩或桥台的要求比较高；支点水平推力减小了跨中处的弯矩。
与同跨径梁桥相比，主要承重结构的弯矩和剪力要小很多，设计合理时，主拱在竖向荷载作用下，只承受压力。
(a)有推力拱桥(b)无推力梁桥图 1.2 拱式体系桥3、悬索桥和斜拉桥（见图1.3），其主要由高强钢索来承受拉力，自重轻，跨越能力大。
；悬索桥在竖向荷载作用下，主缆将承受很大的拉力，悬索将力传给桥塔，大大减小了主梁的内力，其加劲梁受到的力也相对较小，对加劲梁的要求较低。
悬索桥按分跨情况又可分为：单跨、两跨和三跨悬索桥；按照加劲梁的构造又可分为钢板梁、钢桁梁、钢箱梁以及结合梁等。
在组合体系中，斜拉桥最为常见，以斜拉桥为例，斜拉桥由桥塔、主梁和拉索组成，斜拉索承受拉力，主梁承受压力，相互结合，共同受力。
钢桥设计
5.1钢桁架桥 桥面
• 下承式简支钢桁架桥通常采用明桥面 桥枕、正轨、护轨、护木、钩螺栓及人行道 • 铁路钢桥的桥面 明桥面和道碴桥面 • 若采用正交异性板道碴桥面较好
5.1钢桁架桥
5.2 主桁架几何图式 拟定几何图式的考虑因素
• 桥位所在地的水文、地质、地形条件等； • 桥上的运输条件及对桥下净空的要求； • 便于制造、安装和养护、构造简单、有利于设计标 准化； • 有利于节约钢材，力求经济合理； • 美观要求。
– 作用在下平纵联上的横向风力分布荷载(kN/m)
wlow W [0.5 0.4 H 1.0 h (1 0.4)]
– 风荷载强度
W K1K2 K3W0
5.4 主桁杆件内力计算 5.4.2 横向附加力作用下主桁杆件内力计算
• 桥上有车时
– 作用在上平纵联上的横向风力分布荷载 (kN/m)
5.1钢桁架桥 桥面系
• 纵梁、横梁及纵梁之间的联结系 承受并传递竖向荷载和纵向荷载 • 纵桥之间的联结系将两片纵梁联成整体，纵梁间距 通常为 2 m • 下承式钢桁架桥桥面系 主桁的下平纵联平面上 纵梁和横梁通常布置在同一平面上
5.1钢桁架桥 制动联结系（制动撑架）
• 作用 纵梁上的纵向水平制动力通过制动联结系传至主桁 架 • 四根短杆组成，设置在与桥面系相邻的平纵联的中 部
5.4 主桁杆件内力计算 桥梁上的荷载分为主力和附加力
• 主力 恒载和活载 • 附加力 横向附加力、纵向附加力、各个平面系统间 的共同作用、节点的刚性连接所引起的附加力 • 对公路钢桥作用在桥梁上的荷载 永久荷载和可变荷 载
5.4 主桁杆件内力计算 由桁架各个平面系统间的共同作用和节点的刚 性连接的影响
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• 钢桁梁主桁杆件栓接接头处 • 桥面系纵梁竖向加劲肋角焊缝下端焊趾处 • 钢板梁主梁变截面盖板端部焊缝处 • 主梁变截面附近竖向加劲肋角焊缝下端焊趾处 • 平纵联节点板与竖向加劲肋或腹板连接焊缝处
1.6 大跨度钢桥疲劳问题
影响钢桥疲劳强度的外因—疲劳应力幅
• 焊接受拉或以受拉为主构件：按应力幅控制设计 • 焊接受压或以受压为主构件：按最大应力控制设计 • 非焊接结构受拉构件：按应力幅控制设计 • 非焊接结构拉压构件：按最大应力控制设计
• 国标钢桥用钢
– Q235q、Q345q、Q370q、Q420q – A、B、C、D、E五个等级
1.4 钢桥所用材料 钢桥用材最多的是钢板，要求材料属性有
• 强度 • 塑性 • 低温冲击韧性 • 冷弯性能 • 可焊性 • 抗疲劳性能 (承受动荷载)
1.5 大跨度钢桥连接的若干问题 高强度螺栓连接转向焊接连接
• 跨越能力大 • 最适合于工业化制造 • 便于运输 • 安装速度快 • 易于修复和更换 • 易锈蚀，养护费高 • 防火、列车通过噪声大、不宜在闹市区建造
1.2 钢桥的主要特点及发展 1.2.2 钢桥的发展展望
• 跨度进一步加大：铁路桥: 500米 公路桥: 1800米 • 使用功能加强 • 建造费用和维护费用合理 • 由栓焊向全焊过渡 • 采用新结构和构造形式 • 桥梁设计手段、制造技术、施工管理不断提高 • 设计理论更新和科研成果的应用
– 推力拱
– 无推力拱
1.3 钢桥的主要类型 拱式体系
• 按构造形式分
– 板式拱
– 桁式拱
– 箱式拱
1.3 钢桥的主要类型
组合体系
• 悬索桥
– 利用高强钢索来承重，恒载轻，跨越能力大
• 斜拉桥
– 承重构件是斜拉索和梁，钢梁可以是板式、桁式或是箱式， 恒载较轻，风动力性能较吊桥好。
钢桁架桥
16 2001 宜昌长江大桥 公路 悬索 单跨箱梁 960 Q345E 焊接 焊接
17 2001 塘沽海河大桥 公路 单塔斜拉 混合箱梁 310 Q345E 焊接 焊接
18 2001 北盘江大桥 铁路 拱
钢管砼 236 Q345D 焊接 焊接
19 2001 军山长江大桥 公路 斜拉 三跨箱梁 460 Q345C 焊接 焊接
1890年苏格兰福思桥， 主跨520米的铁路悬臂桁架桥
钢桁架桥
港大桥（日本）
钢桁架桥
外白渡桥（上海）
钢桁架桥
三堆子金沙江桥 四川
钢箱梁桥 高强度钢、焊接技术、薄壁结构计算理论
截面形式：矩形、梯形
箱形梁：闭口的薄壁结构，薄壁结构理论计算
1850年英国建成第一座铁路钢箱梁桥Britinnia 桥
• 埋弧自动焊 • 半自动焊 • 手工焊
钢材、焊条、焊剂和焊接方法要匹配
焊丝的碳(C)、硫(S)和磷(P)含量均取下限
焊接接头为薄弱环节，接头质量尤为重要
1.5 大跨度钢桥连接的若干问题
焊缝要求，强度不能低于基材
• 对接焊缝 • 角接焊缝
螺栓连接
• 常采用10.9级高强螺栓 • 常用型号M22、M24、M27、M30 • 顺轴方向的双抗滑面连接的螺栓排数超过6排或单抗
1.1 我国钢桥的发展概况 改革开放以后 钢桥发展更快，结构形式多样
• 1987年 东营黄河公路钢斜拉桥 • 1991年 南浦公路斜拉桥 • 1993年 杨浦公路斜拉桥 • 1996年 长江西陵峡公路悬索桥 • 1997年 香港青马公路悬索桥 • 1999年 江阴长江公路悬索桥 • 2000年 南京长江公路斜拉桥 • 2002年 上海卢浦大桥 （中承式钢箱拱桥）
12 1999 厦门海沧大桥 公路 悬索 三跨箱梁 648 16Mn 焊接 焊接
13 1999 江阴长江大桥 公路 悬索 单跨箱梁 1385 Fe510D (S355J2G3) 焊接 焊接
14 2000 芜湖长江大桥 公铁 低塔斜拉 三跨桁梁 312 14MnNbq 焊接 栓接
15 2001 南京长江二桥 公路 斜拉 三跨箱梁 628 16Mnq 焊接 焊接
滑面连接的螺栓排数超过4排时，第一排螺栓的抗滑 移极限强度不得小于活载作用力的30%
1.6 大跨度钢桥疲劳问题
疲劳破坏的产生
作用在大跨度钢桥上的动荷载使钢桥结构 中应力反复变化，这种反复变化的应力会使钢 桥的结构应力集中处或存在缺陷处的局部产生 微小裂纹并使裂纹发生扩展，最终导致疲劳破 坏。
1.6 大跨度钢桥疲劳问题
钢悬索桥
海峡大桥（日本）
1.4 钢桥所用材料 钢材：碳素钢和低合金钢
• 20世纪50年代 普通碳素钢 A3 钢
– 含碳高，可焊性差，只能进行铆接
• 20世纪50年代后期 高强度低合金钢 16q和16Mnq
– 屈服点340MPa, 较 A3 钢节约钢材
• 20世纪70年代 15MnVNq钢
– 屈服点420MPa,较 16Mnq 节约钢材
8 1996 上海徐浦大桥 公路 斜拉 混合梁 590 S355N 焊接 栓接
9 1996 西陵长江大桥 公路 悬索 单跨箱梁 900 16Mnq 焊接 焊接
10 1997 香港青马大桥 公铁 悬索 三跨箱梁 1377 BS 4360 Gr.500YS 焊接 栓接
11 1997 虎门大桥 公路 悬索 单跨箱梁 888 16Mnq 焊接 焊接
联邦德国于1961年在莱茵河上建成一座箱形两 跨连续梁，跨度为113米。
钢拱桥
九江长江大桥
钢拱桥
芦浦大桥
钢拱桥
悉尼桥
钢拱桥
美国新河桥
钢斜拉桥
法国塞纳河上诺曼底(Normandy) 桥
钢斜拉桥
日本横滨港湾桥
钢斜拉桥
上海徐浦大桥
钢悬索桥
广东虎门大桥
钢悬索桥
西陵长江大桥
1.3 钢桥的主要类型 梁式体系 拱式体系 组合体系
1.3 钢桥的主要类型 梁式体系
• 按力学图式分
– 简支梁桥
– 连续梁桥
– 悬臂梁桥
1.3 钢桥的主要类型 梁式体系
• 按柱梁的构造形式分
– 板梁梁
– 桁架梁
– 箱梁桥
– 结合梁桥
1.3 钢桥的主要类型 拱式体系
• 按力学图式分
1.1 我国钢桥的发展概况 现代钢桥技术比国外起步晚150多年，但发展 进步很快。
目前多采用大跨度悬索桥、斜拉桥及梁-拱组合。 由栓焊向全焊工艺过渡。 由空间计算代替平面计算。 铁路钢桥主要采用容许应力理论 公路钢桥已经采用极限强度理论。 基于可靠度理论的多系数极限状态设计表达式。
1.2 钢桥的主要特点及发展 1.2.1 钢桥的主要特点
• 21世纪初 14MnNbq 钢
– 屈服强度 340MPa，可焊接最大板厚 50 mm
1.4 钢桥所用材料 <<桥梁钢结构设计规范>>(TB1002.2-2005)
• 国标钢号以屈服点命名 例如 Q235qD
– Q 汉语拼音屈服点手写字母 – 板厚16 mm的屈服点大小 (MPa) – q 为汉语拼音桥梁用钢首写字母 – D是钢材等级
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钢桥设计
天津大学 土木工程系
本章内容: 我国钢桥的发展概况，钢桥的主要 类型、钢桥所用材料，大跨度钢桥连接和疲 劳问题。
1.1 我国钢桥的发展概况 解放前 钢桥建设发展极为缓慢
• 跨度小 • 钢材进口 • 结构铆接 • 跨度大一些的多为外国商人设计和监造 • 1937年浙赣铁路钱塘江大桥中国自主设计建造
4 1991 上海南浦大桥 公路 斜拉 结合梁 423 StE355 焊接 栓接
5 九江长江大桥 公铁 系杆拱 三跨连续 216 15MnVNq 焊接 栓接
6 1993 上海杨浦大桥 公路 斜拉 结合梁 602 StE355 焊接 栓接
7 1995 孙口黄河大桥 铁路 桁梁 四跨连续 108 SM490C 焊接 栓接
1.1 我国钢桥的发展概况 解放初期 钢桥技术得到发展
• 1956年 武汉长江大桥 • 1968年 南京长江大桥 • 1969年 金沙江桥、大渡河桥、雅砻江大桥
各种体系及新钢材的钢桥不断建成
• 1977年 密云水库白河桥 （连续栓焊钢桁桥） • 1982年 安康汉江桥 （斜腿钢构箱型梁桥） • 1993年 九江长江公、铁路两用桥 （15MnVN钢厚板） • 2000年 芜湖长江公、铁路桥 （钢斜拉桥）
年代 桥名 类别 桥型 结构 跨径/m 钢材 制造 安装
1 1957 武汉长江大桥 公铁 桁梁 三跨连续 128 相当Q235 铆接 铆接
2 1968 南京长江大桥 公铁 桁梁 三跨连续 160 16Mnq 铆接 铆接
3 1970 迎水河桥大桥 铁路 系杆拱 刚性梁 112 16Mnq 焊接 栓接（成昆铁路）