第十章 连续钢桁梁

第十章 连续栓焊桁架桥
桥梁工程
四、连续桁架桥的杆件截面初步拟定
连续桁架梁为超静定结构，在求算杆件内力时，必须 先知道杆件的截面尺寸。为此，在分析内力之前需先拟定 杆件截面。杆件截面初步拟定有下列两种方法。
1、等截面惯性矩梁法
此方法是把连续桁架梁看成具有等截面惯矩的连续
梁。
A3 A5
例如，要拟定下图中弦杆 截面，可先画出具有等
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2．主要尺寸 ⑴两跨连续桁梁采用两跨度相等，三跨连续梁可采用边跨 与中孔不相等，但边跨与中跨跨长的比例，要考虑端支点不 会产生负反力，一般边跨的长度等于中间跨长的0.6~0.8左 右，边跨弯矩和中跨弯矩就大致相近，跨度比例也比较协 调、美观，但一般跨度小于100 m的连续梁采用不等跨时，节 约钢材有限，若不是桥位需要，一般都采用等跨布置。 ⑵连续梁的竖向、横向刚度都较简支梁有利，如连续桁梁 的桁高仅需跨长的1/7~1/8左右，而简支桁梁则为1/5.5~1/6.5， 在我国铁路钢桥的标准设计中，考虑到制造的标准化程度较 高，所以连续桁梁的桁高、节间长度、主桁中心距一般还都 采用与简支桁梁相同的模式。
当连续桁梁受拉区长度大于80m纵梁需断开，则断开点设在跨中，而制 动撑架则设置在支点与纵梁断开点间的中部，如下图所示。
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⑶支座的布置 连续桁架梁的几个支点中只有一个支点设置固定支座，
而作用在梁上的制动力却较同跨度的简支桁梁大几倍。制动 力的绝大部分是通过固定支座传递到墩、台上去的，因此， 最好将固定支座布置在高度较低而基础较好的墩、台之上， 以使墩、台及基础的用料可以得到节省。
接桁架的计算图式 ①等截面惯性矩梁法求主桁杆件的内力 思路如下： a.利用等截面惯性矩梁法初选截面； b.利用结构力学力法的计算思路，计算在所求杆件在
移动单位荷载作用下，杆件的内力变化，画出该杆件的内 力影响线
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c.按影响线加载法，计算恒载作用下杆件的内力； d.按影响线加载法，并按c.0.1和c.0.2（课本185页）中 活载换算均布荷载和用标准活载的换算均布荷载对影响线 加载时的规定来计算活载作用下杆件的内力；要考虑影响 线的不规则，考虑歪曲系数和加载方法。 e.根据列车横向摇摆力的规定 ，计算在横向力作用下主 桁杆件的内力；
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②桥门架作用下主桁杆件的内力计算 桥门架效应引起的主桁杆件的内力计算方法同简支桁架
梁的计算方法相同。但作用在桥门架上的水平力大小可根据 上平纵联由结构力学力法求解超静定结构支座反力得到。
③纵向制动力作用下主桁杆件的内力计算 制动力或牵引力的大小，按列车竖向静活载重量(相应于
主力作用下求各该杆件内力时的活载)的10％计算。但当与离 心力或列车竖向动力作用同时计算时，其值按竖向静活载的7 ％计算;按简支桁架桥的计算求出主桁杆件的内力。
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京通铁路密云水库白河大桥
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正在修建的南京大胜关长江大桥引桥
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二、钢桁梁桥的优缺点
1、与简支桁架桥相比的优点
(1)连续桁架梁是超静定结构，有支点负弯矩的影响，与同 跨度的简支梁相比，控制的杆件内力要小一些，所以大跨 度的钢梁采用连续梁，也可达到节省钢材的目的，根据标 准设计的资料，跨度大于100 m的连续钢桁梁比简支梁约节 省钢材4％～7％，跨度为2×64 m或3×64 m时，节省钢材 虽不多，但却较简支梁便于架设。 (2)连续钢桁梁安装架设方便，不论用悬臂法或拖拉法架设
都不需要过多地对桁梁进行加固，也可以节省钢材。 (3)连续桁梁若局部遭到破坏后，其余部分不易坠毁，修复 也比较容易。
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(4)具有较大的竖向刚度和横向刚度。与同跨度的简支梁相 比，连续桁梁具有较小的挠度，因而竖向刚度较大；连续 桁梁的上下平纵联的横向支撑在各支点处的桥门架上，相 当于水平方向的连续桁梁，具有较小的横向挠度，因而也 具有较大的横向刚度；连续桁架桥的挠度曲线均顺连续， 列车的冲击作用小，有利于高速行驶。 2、与简支桁架桥相比的缺点 (1)采用连续桁梁时必须考虑地质条件，若地质不良，地基 可能发生沉陷，桁架的杆件内力会发生变化，因而连续桁
梁最好设在岩层或经过处理的地基上。
(2)连续桁架桥的固定支座通常设在中间支点上，使几跨的 制动力集中在一个桥墩上，故制动墩受力很大，增加桥墩 及基础的建设费用。
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桥梁工点承受负应力，使支座的设计复杂化。
三、钢桁架桥的几何图式、主要尺寸、构造特点
的比值 l / A 假定为一常数K。然后用结构力学解连续桁梁
的方法求杆件内力，进而拟定杆件的截面尺寸。
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五、连续桁架桥内力计算、截面选取及相关计算
连续桁架桥所受的荷载同简支桁架桥一样；包括主力
和附加力，主力包括：恒载、活载、列车摇摆力；附加力
包括：横向风力和制动力等。 1、主力作用下主桁杆件的内力计算 主力作用下主桁杆件的内力计算计算图式采用平面铰
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一、连续钢桁梁桥概述
在我国建造了一些有名的连续钢桁梁桥，如： 武汉长江大桥（3×128m） 南京长江大桥（3×160m） 汉江长江大桥（4×128m） 嘉陵江大桥（96m+144m+96m） 金沙江大桥（112m+176m+112m） 枝城长江大桥（4×160m+5×128m） 等等
有利。 不利方面：制动墩的圬工量大，特别要尽量避免将固
定支座布置在高墩上。
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(4)温度跨度
连续桁架桥温度跨度系指相邻两联桁梁固定支座的间距或与桥台 毗邻的桁梁的固定支座至桥台挡碴墙的距离见下图所示。
连续桁架桥的温度跨度往往较大，相邻两梁端之间或梁端与桥台 挡碴墙之间需留有较大的净距，以便桁梁活动端可伸缩无阻。若此净 距甚大，致使桥枕净距超过钢轨所能跨越的最大净距时，则此处应加 设小滑梁，如下图所示。
①固定支座布置在端支点或桥台处的利与弊 从下部结构的受力来看，将固定支座布置在端支点的桥
台处可平衡桥台后的土压力是有利的。但从上部结构来看， 这样的布置却带来下列几点缺陷：
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a.使端节点的弦杆和斜杆受力不利。由于制动力大，它
对支承节点所产生的弯矩也大。当桁梁为三角形腹杆体系
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中间桥门架的结构图式，与前面所述的下承式桁架桥 的横向联结系相似，用主桁杆件作为它的腿杆，并在腿杆 上部增设楣杆。中间桥门架的布置有两种方法：一种是利 用竖杆作为腿杆，在支点处形成一个竖直的中间桥门架， 如下图所示
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一种是利用支点处左右两斜杆作为腿杆，而在支点 处形成左右两个斜的中间桥门架，如下图所示。
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武汉长江大桥 平行弦
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南京长江大桥 加劲弦桁式
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南京长江大桥
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汉江长江大桥 平行弦
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嘉陵江大桥 加劲弦桁式
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金沙江大桥
1．几何图式 连续桁梁的几何图式选择，一般在100 m以下常采用三
角形桁式，如下图所示，这样桁架梁只属于外部超静定结 构，计算比较简便。若建筑受到限制或设计更大跨度可采 用再分式桁架连续梁，但增加了桁架内部的超静定次数。
三角形几何图式
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三角形再分桁式
三角形再分桁式
上述的几座有名的大桥几何图式是曲线弦桁式和加劲 弦桁式，都是上述几种几何图式的变化而来。
特别说明：主桁杆件进行疲劳计算时，不考虑活载发展 系数，动力系数改为运营动力系数。
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②桁架杆件 l / A 为常数求主桁杆件的内力 a.确定桁架桥杆件 l / A 比值关系，初选截面；
b.利用结构力学力法的计算思路，计算在所求杆件在 移动单位荷载作用下，杆件的内力变化，画出该杆件的内 力影响线
⑵纵梁和制动撑杆
简支桁梁的跨度大于80m时，应将纵梁断开。对于 下承式连续桁梁来说，在恒载及活载作用下，同一跨间 内的下弦杆，有的受拉，有的受压，其纵向变形量小于 同跨长的简支桁梁。因此。跨度稍大于80m的连续桁 梁，也可不设纵梁断开。
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纵梁不断开的连续桁梁，其制动撑架设在跨中，如下图所示。
由等截面惯性矩连续梁c点剪力影响线求得的剪力（恒
载和活载）当作节间 E4E5 的剪力 Q4−5 ，则斜杆的内力
为 Q4−5 / sinθ
此法是把连续桁梁看成等截面惯矩的连续梁，因此，
它只适用于平行弦的连续桁架桥。
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2、设桁架杆件 l / A 为常数
此法是把连续桁梁的杆件长度 l 与其毛截面积 A
特别说明：主桁杆件进行疲劳计算时，不考虑活载发展 系数，动力系数改为运营动力系数。
2、附加力作用下主桁杆件的内力计算 ①横向风力作用下主桁杆件的内力计算
横向风力作用下主桁杆件的内力计算同简支桁架桥是一 样的。是把平纵联看成水平放置的连续桁架，两端支承在 端桥门架上，中间支承在中间桥门架上。
第十章 连续栓焊桁架桥
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⑶大跨度连续桁架桥的杆件截面大，仍采用8m的节间长 度，节点刚性所生的次应力较高，有时d=9.5m或d=12m。
3．构造特点 ⑴桥门架 下承式连续桁架桥中，除设置端桥门架外，还应在中
间支点处设置中间桥门架，作用在上平纵联的横向水平 力，不仅通过端桥门架，也通过中间桥门架传递到墩台上 去。在中间支点处增设了桥门架，为上平纵联提供中间支 承，使它成为一个连续的平面桁架，加强它的横向刚度。
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火车在三孔的布置情况
锚杆产生弯曲变形情况
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②固定支座布置在中间支点上的利与弊 有利的方面： a.制动力对支承节点所产生的附加弯矩可由五根杆或
四根杆分担，对交汇于该支承节点上的杆件受力有利。 b.使桁梁活动端的总伸缩量变小，对线路及桥垮连接
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武汉长江大桥
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南京长江大桥
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南京长江大桥
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汉江长江大桥
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嘉陵江大桥
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金沙江大桥
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枝城长江大桥
c.按影响线加载法求恒载作用下主桁杆件的内力；
d.按影响线加载法，并按c.0.1和c.0.2（课本185页） 中活载换算均布荷载和用标准活载的换算均布荷载对影响 线加载时的规定来计算活载作用下杆件的内力；要考虑影 响线的不规则，考虑歪曲系数和加载方法。
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d.根据列车横向摇摆力的规定，计算在横向力作用下主 桁杆件的内力；
时，则只有两根杆件分担，因此，端下弦杆及端斜杆将承
受很大的弯矩。
b.将固定支座设在端支承节点，使桁梁另一端由于活载
及温度变化产生的总伸缩量较大，当伸缩量甚大时，将使
梁端连接及线路构造变得复杂。
c.将固定支座设在端节点对支座受力不利。当前面三孔 均有活载，而第四孔无活载，见下图所示；若列车在桥上 紧急制动，则端支点处的固定支座这时承受的竖向压力小 而纵向水平力大。故支座底面与支承垫石间的水平摩擦力 小，大部分纵向水平力将由锚栓承受。当水平力过大时， 锚栓将产生弯曲变形，见下图所示。
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3、主桁杆件的内力组合
主力荷载产生的杆件内力及附加力产生的杆件内力后， 要将它们按主力及主力+附加力进行组合。确定杆件内力， 其方法同简支桁架桥一样。
序号 1
内力组合 主力
容许应力提高 系数
1.0
截面惯矩的连续梁在4点处的弯矩影响线，并作E为4 连续桁梁
处的M弯4 矩影响线，然后A3按A5 影响线面积M法4 /求h 出 h 处的弯
矩 ,可求出弦杆
的内力A3 A5
( 为主桁的
高度)。再根据此内力设计弦杆
的截面。利用此方法
可以求出主桁弦杆，然后选取各个杆件的截面。
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