第七章-钢桁架梁桥--苏庆田2013

第七章钢桁梁桥Qingtian SuTongji University, Shanghai, China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;按照上下弦杆的位置分为平行弦桁架和折线形桁架；按照荷载类型不同分为铁路桁梁桥和公路桁梁桥。

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。

（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。

（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。

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（1/8∼1/10）L（1/7∼1/8）L上承式（1/5.5∼1/8）L（1/7∼1/10）L（1/5~1/6.5）L1/7L下承式多边形桁架平行弦桁架多边形桁架平行弦桁架公路桥铁路桥桥型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。

2、悬臂桁梁优点：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。

锚跨悬跨锚跨组合跨铰•一般伸臂长与锚跨之比为1/4~1/3 ；•组合跨与锚跨之比按1.1~1.4为宜•对于挂梁及锚梁的跨中部分高度约为跨度的1/6.5~1/7一、主桁杆件构造；二、桥面系梁格构造与连结三、节点构造四、联结系构造一、主桁杆件构造（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（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。

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1/7~1/8二、桥面系梁格构造与连结纵梁平面二、桥面系梁格构造与连结纵梁剖面二、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1/4~1/6二、桥面系梁格构造与连结纵、横梁的连接形式(a)(b)(c)横梁与主桁连接形式(a)(b)(c)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。

II活动纵梁安装时临时连接孔纵梁短伸臂II活动纵梁纵梁短伸臂板铰(a)未设断缝时纵横梁变形(b)设置断缝后纵横梁变形≤80m ≤80m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。

三、节点构造（一）节点构造形式1.外贴式节点三、节点构造－节点构造形式1.外贴式节点三、节点构造－节点构造形式2. 内插式节点三、节点构造－节点构造形式2. 内插式节点三、节点构造－节点构造形式3.全焊节点受力（二）节点的基本要求•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。

制造、安装和养护•节点板形状应简单端正，不得有凹角。

•标准设计的节点板。

•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。

所有工地安装螺栓的位置，均应考虑施工时螺栓扳手工作的空间。

•节点内不得有积水、积尘的死角及难于油漆和检查的地方。

四、联结系构造（一）纵向联结系四、联结系构造（一）纵向联结系四、联结系构造（一）纵向联结系制动联结系四、联结系构造（一）纵向联结系图7.2.17 下平纵联上板铰示意图第二节桁梁桥构造四、联结系构造（一）横向联结系(a) 上承式(b) 下承式图7.2.18 桥门架与横联的几种图式一、概述桁梁桥是由主桁架、平纵联、横联和桥面系组成的空间结构。

空间桁架的结构分析，主要可分为两类。

第一类方法是把桁架作为空间杆系结构，按结构矩阵分析的方法进行。

第二类方法是把空间桁架转换成薄壁闭口截面梁，按弯曲扭转的结构进行分析简化计算方法桁梁桥的简化计算方法是把钢桁梁的杆件内力分析分为两步进行：第一步，把刚性节点的空间结构分解为纵梁、横梁、主桁、纵联、横联这样一些独立的平面结构分别进行计算，并假定各节点为铰接的。

各平面结构只承受作用于该结构平面内的荷载，两个平面结构共有的杆件的内力按两个平面结构分别计算出的内力叠加。

第二步，采用近似方法计算在第一步中没有考虑的节点刚性和结构空间作用的影响。

一般把第一步按铰接平面结构算出的应力称为主要应力或主应力，而把第二步考虑节点刚性与结构空间作用影响算出的应力称为次应力。

一、概述图7.3.1 荷载作用下钢桁梁实际工作状况二、主桁架的计算（一）永久荷载计算1、根据已有设计资料估算桁梁自重；2、根据理论公式计算桁架自重(二) 活载内力计算1、活载发展系素的考虑在铁路钢桥设计中，为了保证在较长时期内能适应机车车辆载重量增大的需要，设计时应在现今使用的列车活载基础上预留一个发展系数。

可采取二种方法：(1) 使计算活载等级大于现行运行列车的活载等级;(2) 使设计容许应力低于实际容许的应力。

我国现行《铁路桥规》的钢桥设计采用后一种方法。

设计容许应力究竞降低多少才合理主要考虑的因素有：(1) 钢桥合理使用年限（即设计基准期，一般为l00年）；(2)活载的增长速度；(3)考虑应力储备所需附加投资的有效利用。

在我国将钢桥所用钢材的设计容许应力按实际容许应力(通常称为检定容许应力)降低20%。

预留的活载发展系数：实际上能承担更高等级的活载(通常称为检定活载等级)与设计活载的比值。

2.1200240][]'[===σσζkk kk kk '')1(')1(σσμμ==++=N N N N n(二) 活载内力计算－1、活载发展系素的考虑[]A N N σ≤+L d 2.1200240][]'[===σσζ[]()L d 'L d N N A nN N +=≤+ζσ钢桁梁桥中某根杆件的恒载内力为N d ；设计活载内力为N L ，在设计活载和检定活载作用下该构件应满足：()[]()()aN N N N N N n 11L d L d L d −+=−+=−+=ζζζζζ对同一座桥中的不同构件，由于a 值是不相等的，则n 值也不同，n min …n i …n max 。

n值小，杆件能承受的活载潜力也小些，故整个钢桁梁桥活载通过能力将由n 最小的杆件控制，而所有n 较大的那些较强杆件的潜力均不能充分利用。

这显然是不合理的。

解决这一矛盾的有效办法是将所有较弱构件的设计活载内力人为提高η倍，使各件的安全度相一致，达到与最强杆具有同等的检定等级,即做到n i ＝n max 。

[]AN N i i i ση=+L d ()ii i a n 1−+=ζζη又根据()max max 1a n −+=ζζ和max n n i =))(11(1max i i a a −−+=ζη得带入2.1=ζ得)(611max i i a a −+=ηi η称为活载发展均衡系数[][]AA nN N σζσ=≤+'Ld(二) 活载内力计算•桁架梁的弦杆、斜杆、竖杆及支座反力均需按照影响线计算最大荷载，影响线面积计算见图7-3-2；•要考虑车辆及人群荷载的横向分布系数m c和m人；•考虑车辆活载对桥梁的动力作用的冲击系数(1+ μ)。

主桁材件内力N=N p+N k其中：恒载所产生的内力N p= pΩp活载所产生的内力N k= ηc(1+μ)m c kΩk+m人p人Ωk三、桥面系计算（一）纵梁内力计算《桥规》规定：纵梁跨中弯矩及支点反力可按简支梁计算；纵梁支点负弯矩则按跨中弯矩的0.6倍计算。

(二) 中间横梁的内力计算计算原则：将纵横梁分别按简支梁计算内力，对支点弯矩进行调整。