第五章_钢桁架桥

5.1钢桁架桥 桥面系
• 由纵梁、横梁及纵梁之间的联结系组成，主要承受 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2m。 • 下承式钢桁架桥的桥面系位于主桁的下平纵联平面 上，为了争取较小的建筑高度，下承式钢桁架桥的 纵梁和横梁通常布置在同一平面上。
• 横向联结系、主桁竖杆及横梁组成一个横向框架， 横梁在竖向荷载作用下梁端发生转动时，在竖杆的 下端点和上部横联与竖杆连接处均产生附加力矩。
5.4 主桁杆件内力计算 5.4.5 主桁内力组合及主桁架杆件内力计算
• 主桁架内力组合通常有三种形式
– 主力单独作用：设计容许应力为 [ ] – 主力+横向附加力：设计容许应力为 1.20[ ]
5.4 主桁杆件内力计算 5.4.1 主力作用下主桁杆件内力步骤
• 钢桁架桥的活载内力计算应注意以下几个方面 • 对双线铁路桥的主桁弦杆和斜杆，换算均布活载可 采用两线活载总和的90%,对竖杆、纵、横梁换算均 布活载可采用两线活载总和的100% • 对双线铁路桥的主桁杆件验算疲劳时，按一线偏心 加载以杠杆原理分配，并考虑双线列车同时作用的 影响。 • 铁道钢桥的设计，为现今列车的活载预留发展系数 • 对公路钢桥要考虑偏载最不利情况的横向分布系数 • 对公路钢钢桥也要考虑活载发展系数。
5.3 铁路钢桁架桥标准设计几何图示 共有3组图式，6种跨度
• 下承式钢桁梁，跨度有48m, 64m, 80m，主桁高度 为11m，节间长度也为8m，主桁中心距为5.75m。
5.3 铁路钢桁架桥标准设计几何图示 共有3组图式，6种跨度
• 下承式钢桁梁，跨度有96m, 112m, 128m，主桁高 度为16m，节间长度也为8m，主桁中心距为5.75m。
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
• 列车摇摆力按沿桥长5.5kN/m计算
– 作用在上平纵联上的列车摇摆力
ห้องสมุดไป่ตู้kup 0.2 5.5
– 作用在下平纵联上的列车摇摆力
klow 1.0 5.5
– 由于风力与摇摆力同时达到上述最大值的可能性很小，故 两者不叠加计算，只取其较大者计算。
5.4 主桁杆件内力计算 5.4.1 主力作用下主桁杆件内力步骤
• 主力作用下主桁杆件的内力计算采用结构力学中利 用影响线求量值的方法，由于恒载和活载均为分布 荷载，内力计算时要利用某量值的影响线面积，因 此，这种计算内力的方法称为影响线面积法。
NI N p (1 ) Nk
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
– 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)
• 桥址处的水文地质情况。
• 桥上、桥下净空的要求。
5.2 主桁架的基本尺寸 主桁的高度
• 用钢量方面 • 刚度方面 • 容许建筑高度
节间长度
• 中等跨度经济节间长度是6~8m，标准设计取8m • 小跨度桁架桥节间长度小到4m。 • 大跨度桁架桥节间长度有大到15m。
5.2 主桁架的基本尺寸 斜杆倾角
• 桥门架效应产生的杆件内力计算
– 桥门架看成平面刚架，其腿杆下端可假定嵌固在下弦端节 点上
– 作用在桥门架上的水平力就是由上平纵联传来的横向附加 力，也就是上平纵联作为简支桁架的支座反力 – 附加反力的方向随风向而改变，故和主力作用下的内力组 合时应取其最不利组合
5.4 主桁杆件内力计算 5.4.3 纵向制动力作用下主桁杆件内力计算
5.1钢桁架桥 制动联结系
• 或称制动撑架，它的作用是使作用于纵梁上的纵向 水平制动力通过制动联结系传至主桁架，再由主桁 架传给支座，从而减小纵向荷载对桥面系杆件特别 是横梁的不利影响。 • 制动联结系通常由四根短杆组成，设置在与桥面系 相邻的平纵联的中部。
5.1钢桁架桥 桥面
• 下承式简支钢桁架桥通常采用明桥面，由桥枕、正 轨、护轨、护木、钩螺栓及人行道等组成。 • 铁路钢桥的桥面有明桥面和道碴桥面两种，我国钢 桁架桥多使用明桥面，施工方便、安全可靠，缺点 是噪音大，枕木与纵梁接触处易锈蚀，且此处纵梁 翼缘与腹板的连接焊缝易发生疲劳破坏。 • 若采用正交异性板道碴桥面，上述缺点可得到改善， 噪音小，整体刚度好，荷载分布能力强，桥面板作 为主梁的一部分参与共同受力。
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。
5.2 主桁架几何图式
5.2 主桁架的基本尺寸 桁架桥的跨度从以下两个方面综合考虑：
– 由于列车在桥上行驶的方向不同，制动力或牵引力的产生 的内力有拉力或压力，对下弦杆来说拉力是最不利的。 – 当制动力或牵引力传递到固定支座时，因作用力对支座铰 中心还有一偏心距离h,因而产生偏心弯矩值，此弯矩值由 交汇于该节点的各杆共同承受并按各杆件的单位刚度比来 分配。
5.4 主桁杆件内力计算 5.4.4 由于横向框架效应所引起的主桁杆件内 力计算
• 合理的倾角，在有竖杆的桁架桥 50度左右 • 合理的倾角，在无竖杆的桁架桥 60度左右
主桁中心距
• 主桁中心距与桁架桥的横向刚度和稳定性有关。 • 我国《桥规》规定，主桁中心距不宜小于跨度的 1/20。
5.3 铁路钢桁架桥标准设计几何图示 共有3组图式，6种跨度
• 上承式钢桁梁，跨度有48m, 64m, 80m，主桁高度 为8m，节间长度也为8m，主桁中心距为4m。
5.1钢桁架桥 联结系
• 有纵向联结系和横向联结系两种，其作用是联系主 桁架并同主桁架一起使桥跨结构成为几何图形稳定 的空间结构。 • 纵向联结系设在主桁架的上、下弦杆平面内，分别 称为上平纵联与下平纵联。纵向联结系的主要作用 是承受作用于桥跨结构上的横向水平荷载，它包括 作用于主桁架、桥面系、桥面和列车上的横向风力、 列车摇摆力及曲线桥上的离心力。另外，纵向联结 系横向支撑弦杆，减少弦杆在主桁平面外的计算长 度。
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钢桥设计
天津大学 土木工程系
第五章 钢桁架桥
5.1钢桁架桥 定义
• 钢桁架桥按桥面位置的不同，可分为上承式钢桁架 桥和下承式钢桁架桥 • 上承式钢桁架桥的桥面位于主桁架的上部 • 下承式钢桁架桥的桥面位于主桁架的下部 • 本章主要详细讨论下承式简支栓焊钢桁架桥的组成、 作用及上部结构的计算方法。
wup w1up w2up
w1up 0.8W[0.5 0.4 H 0.2 h (1 0.4)] w2up 0.8W 0.2 3.0 (1 0.4)
– 作用在下平纵联上的横向风力分布荷载(kN/m)
wlow w1low w2low
w1low 0.8W [0.5 0.4 H 1.0 h (1 0.4)] w2low 0.8W 1.0 3.0 (1 0.4)
5.1钢桁架桥 主桁架、联结系、桥面系、制动联结系、桥面、 支座及桥墩等几个主要部分组成。
5.1钢桁架桥 主桁架，是钢桁架桥的主要承重结构，主要承 受竖向荷载。
• 主桁架由左右两幅桁架组成，每幅桁架中有上弦杆、 下弦杆及腹杆等杆件。 • 杆件交汇处称为节点，有斜杆交汇的节点称为大节 点，仅有竖杆和弦杆交汇的节点，称为小节点。 • 节点之间的距离称为节间长度，一般也是钢桁架桥 面系横梁的间距及纵梁的跨度。
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：
• • • • 平纵联和主桁弦杆的共同作用 桥面系和主弦杆的共同作用 横向框架效应 节点刚性次应力
5.4 主桁杆件内力计算 5.4.1 主力作用下主桁杆件内力步骤
• • • • • • 简化为各杆件轴线所形成的平面铰接桁架 荷载包括恒载和活载 开始计算前，估计桥跨结构的恒载 计算出恒载和活载内力后进行截面设计 然后计算桁架桥的实际恒载 如实际恒载与估计恒载相差较大，按实际恒载计算 杆件内力重新进行设计。
5.4 主桁杆件内力计算 桥梁上的荷载分为主力和附加力
• 主力包括恒载和活载； • 附加力包括横向附加力、纵向附加力以及由桁架各 个平面系统间的共同作用和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称为永久荷载 （自重）和可变荷载（基本可变荷载和其他可变荷 载。）
5.4 主桁杆件内力计算
• 铁路钢桁架桥，横向附加力包括横向风力、列车摇 摆力(对弯道桥、还要考虑离心力) • 公路钢桁架桥，横向附加力则只考虑横向风力 • 横向附加力主要由平纵联承受，由于平纵联的弦杆 也是主桁架的弦杆，所以横向附加力对主桁弦杆产 生附加内力，同时也使平纵联的斜杆和横撑产生附 加内力。 • 另外，由于平纵联的两端联接在桥门架上，平纵联 将它所受的横向附加力传递给桥门架，从而使主桁 端斜杆和下弦杆也产生附加内力，即桥门架效应。
– 主力+纵向制动力：设计容许应力为 1.25[ ]
5.4 主桁杆件内力计算 钢桁架桥是一个空间结构，各个杆件之间是刚 性连接，完全可以借助计算机直接进行空间分 析。 《桥规》仍推荐使用简化的计算方法，将桥跨 结构划分为若干个平面系统分别计算，并应考 虑各个平面系统间的共同作用和相互影响。 平面系统为: 主桁架、平纵联、横联、桥门架 （端横联）、纵梁、横梁。
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
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
• 桥上无车时
– 作用在上平纵联上的横向风力分布荷载 (kN/m)
wup W[0.5 0.4 H 0.2 h (1 0.4)]
5.1钢桁架桥 联结系
• 横向联结系设在桥跨结构的横向平面内，位于桥跨 结构中部的叫中间横联，位于桥跨结构端部的叫端 横联。在下承式钢桁架桥上，端横联也叫桥门架。 • 中间横联设在主桁架的竖杆平面内，如没有竖杆可 设在中间斜杆平面内。 • 中间横联的作用是增加钢桁架桥的抗扭刚度，当受 到不对称的竖向荷载和横向荷载时，中间横联还可 以适当调节两片主桁或两片纵向联结系的受力不均 匀性 • 理论和试验表明，桥面架或端横联受力比中间横联 大。
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
• 对公路桥，上、下平纵联上的横向附加力只有横向 风力
– 作用在上平纵联上的横向风力分布荷载
wup 0.5K3h3W
– 作用在下平纵联上的横向风力分布荷载
wlow [ K1h1 h2 0.5K3h3 ]W
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
• 铁路桥梁由于列车的在桥上行驶时因制动或启动而 产生的制动力或牵引力，是纵向荷载。 • 制动力的传递路径
– 桥面系的纵梁->制动连接系->平纵联斜杆上->主桁节点上>主桁下弦杆产生附加内力
5.4 主桁杆件内力计算 5.4.3 纵向制动力作用下主桁杆件内力计算
• 铁路桥梁由于列车的在桥上行驶时因制动或启动而 产生的制动力或牵引力，是纵向荷载。
• 桥门架效应产生的杆件内力计算
– 桥门架看成平面刚架，其腿杆下端可假定嵌固在下弦端节 点上
– 作用在桥门架上的水平力就是由上平纵联传来的横向附加 力，也就是上平纵联作为简支桁架的支座反力 – 附加反力的方向随风向而改变，故和主力作用下的内力组 合时应取其最不利组合
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