第一章 第二节 钢桁梁桥

第一章 钢梁桥 ——钢桁梁桥
§1-1 钢桁梁桥的定义及分类
§1-2 钢桁梁桥的组成及受力特点
§1-3 主桁架的分类及尺寸确定
§1-1 钢桁梁桥的定义及分类
钢桁梁桥——主梁是由位于多个平面内的钢桁架连接 形成整体稳定结构，来承受荷载作用的空腹式受弯结构。
无锡兴唐桥
钢桁梁桥的分类：
按照主桁的支承方式不同，分为简支钢桁梁桥、连续钢桁 梁桥和悬臂钢桁梁桥； 按照桥面位置不同，分为上承式、下承式钢桁梁桥。
见下页节点示意图
图6 武汉长江大桥节点构造图
（3）压杆的稳定要求（即板件宽厚比）
压杆中的钢板应该有足够的稳定性，避免板件发生翘曲 而丧失局部稳定。压杆板件的宽厚比在容许值范围内，可 以保证压杆整体失稳前不出现局部失稳现象。
b b
b、δ——分别为板件的宽度和厚度。
（3）
图7 缀条和缀板示意图 （a）实腹式 (b) 格构式
形式：
缀条：三角式和斜撑式，通常采用角钢或者扁钢； 缀板：通常采用钢板，其尺寸按照构造要求决定。
图 8
缀 条 及 缀 板 示 意 图
§1-5 桁梁节点、联结系及桥面系的构造
一、桁梁节点构造与设计要求 节点：连接位于主桁、纵联、横联三个正交平面内的杆件。
下承式桁架一般不宜小于(1/20~1/17)l；对于上承式桁梁 桥， 主桁间距不宜小于（1/16~1/14)l，l为计算跨径。

我国简支钢桁梁标准设计图式
连续桁梁桥的尺寸确定
• （1）连续桁梁桥通常做成2~3跨，不超过3跨。
∵ 跨径过大，温度位移过大，伸缩缝构造复杂， ∴ 为了避免温度影响过大，使得构造简单，一般一联做成2~3跨。
图18 闭口纵肋桥面板
图19 开口纵肋构件构造图
图20 开口纵肋构件构造图
§1-6 桁梁桥的疲劳与稳定问题
桁梁桥的杆件在荷载作用下常发生的三种破坏 方式为：
① 受拉杆件的强度破坏（屈服） ② 受压杆件的失稳（屈曲） ③ 重复拉压构件的疲劳开裂 桁梁桥的杆件屈曲类型：弯曲屈曲、弯扭屈曲 桁梁桥的整体失稳类型：面内失稳（平面失稳） 面外失稳（侧倾失稳）
(2)节间长度
直接影响到斜腹杆倾角和桥道梁跨径。

合理节间长度：(0.6-0.8)h(带竖杆三角形体系)、(1.0-1.2)h(纯三角形
腹杆体系)。
(3)斜杆倾度
影响节点构造及竖杆受力。

根据设计经验，斜杆与竖直线的夹角在30°~ 50° 之间。
(4)主桁架的横向间距
主桁架的横向间距由横向刚度和稳定性决定。
横联细部实例图
下承式各组成部分拆分图
§1-3 主桁架的分类及尺寸确定
主桁架的分类
按照腹杆体系的不同分类
按照主桁架的形式分类
按照上下弦杆是否平行分类
四种 分类 方式
按照桥面相对主桁架的位置不同分类
按照承受荷载的性质不同分类
按照支承形式不同分类
主桁架的分类
按主桁架的形式分类
•
•
按照腹杆体系的不同分类：三角形腹杆体系、外倾式斜杆体系、
对于特大跨度的桥梁，为同时满足以下条件：
1、适应桥梁工厂节间长度为8m的制造设备； 2、保持斜杆适当的倾斜度，避免节点板过大或过高导致构造复杂； 3、桁梁桥的竖向刚度要求。
图(g)和图(h)可以作为大跨度或特大跨度桁梁图式，图(g)称为再分式， 图(h)称为米子形。
按支承形式分类
• 简支桁梁桥、连续桁梁桥、悬臂桁梁桥。
内倾式斜杆体系、再分式体系等。 按照上下弦杆是否平行分：折线形桁架、平行弦桁架和分段平行 弦桁架。
常 见 的 主 桁 几 何 图 式
图(a)表示的几何图式称为三角形腹杆体系，它是在华伦桁架 （Warren Truss，即该图中去掉所有竖杆后的桁架形式）的基础上添 加竖腹杆，再分形成的。这种桁架构造简单，适应设计的定型化，有 利于安装制造。 图(b)所示桁架为豪式(Howe)桁架，在竖向荷载作用下，竖杆比(a) 竖杆受力大，斜杆大多受压，对杆件的局部稳定性不好，较少采用。
• （2）3跨连续桁梁可做成不等跨，边跨:中跨= 1:1.15~1:1.25。
正负弯矩大致相等，充分利用材料，节约成本。
• （3）连续桁梁桥的桁高一般小于简支桁梁桥。
公路连续桁梁桥：h=（1/10~1/8)l;
铁路连续桁梁桥：h=（1/7~1/6.5)l。
悬臂桁梁桥的尺寸确定
• 悬臂桁梁由锚跨、伸臂或悬挂跨组成，悬挂跨和伸臂
根短斜杆即可形成。
铁路钢桁梁桥需要设置，公路钢桥常可不设。
三、桥面系的构造
组成：桥面板、桥面系梁 分类：钢筋砼桥面系、钢桥面系 钢桥面系 组成：纵肋、横肋、钢桥面板 特点：自重轻、极限承载力大 种类：闭口截面纵肋、开口截面纵肋
图17 钢桥面板示意图
闭口肋：焊接量和焊接变形小；抗扭刚度大；节省钢材。 横肋常用倒T形截面，为纵肋高的2~3倍。
b ——容许宽厚比，见《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）；

三、缀条、缀板
组合杆件的各肢翼通常用缀件（缀条、缀板）联结。 作用：保证组合杆件各肢翼的共同作用和具有足够的刚度， 增加组合杆件的整体性，增加截面的抗扭性能。并承受绕虚 轴弯曲时产生的剪力。
图11 内插式节点板模型图
c.整体式：该结构形式在节点外拼接，施工方便，受力较 好；但焊接工作量大，且焊接残余变形不易矫正。
图12 整体式节点板
图 13
几 种 典 型 的 整 体 式 节 点
节点构造设计要求：
各杆件重心轴交汇于一点；(避免偏心荷载引起附 加应力)
联结铆钉及高强螺栓数量足够且对称布置，钉群
纵向联结系：联结各片主桁成为稳定的空间结构；（上、下平纵联）
联结系
横向联结系：增强桥梁抗扭刚度，使各片主桁共同受力；（端、中横联）

桥道系—— 提供行车桥面，指桥面、纵梁、横梁及其联结系统。
（纵梁+横梁+桥面板 或 纵肋+横肋+钢桥面）
下 承 式 钢 桁 梁 桥 组 成 部 分
受力特点
（1）在竖向荷载作用下 荷载通过桥面传给纵梁，由纵梁再传给横梁，横梁把荷载传给主桁 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。 （2）在水平荷载作用下 上、下水平联 主桁弦杆 桥门架（或端横联） 支座 基础 。
节点板定义：刚性节点桁架中，把交汇在节点处的各杆件
联结在一起的钢板。
节点板构造：
a. 外贴式 b. 内插式 c. 整体式
图 9 无 锡 兴 唐 桥
a. 外贴式：节点板位 于各杆件的外侧，弦杆 可连续通过。（常用）
图 10 外 贴 式 节 点 板 透 视 图
b. 内插式：节点板插入到弦杆腹板位置，为此，弦杆的 腹板在节点范围要切断，并采用连接盖板与内插节点板联 结。（少用）

i
l
i I A
（2）
（2）杆件的截面高度和宽度
高度：弦杆不大于1/10节间长度 腹杆不大于1/15腹杆长度 原因：由于节点刚性的影响，随着截面高度的加大， 杆 件中次应力会增加，影响桁架的受力分布。 宽度：同一节点处各杆件尺寸应该一致，方便节点交汇 处联结，并且还应考虑节点铆钉或螺栓联结时所需要的宽度。
用交叉式体系的纵向联结系。
图14 下承式桁梁桥
图15 拱桥纵向联结系腹杆体系
（二）横向联结系及桥Baidu Nhomakorabea架
中横联至少应每隔两个节间设置一个。
有交叉式、三角式、菱形体系等。
常见的上承式桁梁桥横向联结系形式如图1.2-20。 下承式桁梁桥的横向联结系 a. 应设置在行车净空以上； b. 桥门架：一般设置在端斜杆平面内。 原因：为了使得上平联所受到的水平荷载有效地经由桥门架 直接传给支座。
图5 箱形截面杆件安装下面板、横隔板
۞ 横隔板的布置不需要计算，沿杆件3~4m设置一道， 每一安装元件不得少于两块，并靠近两端设置。
二、 桁架杆件的截面尺寸
（1）杆件长细比
即杆件的计算长度与回转半径之比，计算长度与杆件端部的 连接方式有关；回转半径的大小等于惯性矩除总面积后再开平方。
过分柔细的杆件在搬运和拼装时容易弯曲，桥面上通过活载 时也会产生很大的振动，因此杆件长细比需要符合规范规定的容 许最大长细比。
中心尽量与杆件重心轴重合； 各杆件端部尽量靠拢，控制节点板最小； 避免狭缝与夹角； 尽量用机器样板布孔；
二、桁梁联结系的构造
（一）纵向联结系的腹杆体系
三角式、菱形、交叉式及K形体系等。 交叉式体系的节点与弦杆联结的节点相同，使得弦杆变
形均匀，不受弯曲。因此我国铁路桁梁桥标准设计图中均采
巴拉德大桥
金沙江大桥
钢桁架（梁桥）的特点：
节省钢材、减轻结构自重； 刚度大、跨越能力强； 行车通透性好； 杆件和节点较多，制造较为费工。
§1-2 桁梁桥的组成及受力特点
组成
组成部分：主桁、联结系、桥道系
下承式桁梁
上承式桁梁
作用：


主桁—— 主要的承重结构，由上、下弦杆及腹杆组成；
2. 双壁式截面：多用于主桁架杆件，主要分为H形截面和 箱形截面。
H形截面特点：
图3 桁梁杆件截面形式（H形）
a. 构造简单，制作、安装方便； b. 截面绕实轴的回转半径比绕虚轴的回转半径小很多，用 作压杆时容许应力折减大，不经济； c. 适用于内力不很大及长度不很长的压杆； d. 我国现有桥梁中应用最多。
图16 横向联结系及桥门架构造
（三）制动联结系
原因：考虑到列车在行驶时候因变速引起的制动力或牵引
力经由钢轨或桥枕传给纵梁，由纵梁传给横梁，横梁因为纵梁
的带动而引起过大的水平挠曲。为了减少横梁所受到的水平弯 矩，将制动力从主桁节点传给弦杆，然后传给固定支座，一般 在跨中设置制动联结系。 构造：通常在纵横梁交点及纵向联结系斜杆交点间加设4
按照承受荷载的性质分类
• 铁路桁梁桥、公路桁梁桥。
武汉长江大桥
公铁两用
下承式钢桁梁桥模型图
主桁架尺寸的确定
主桁的主要尺寸是指：桁高、节间长度、斜杆倾度及 两主桁的中心距，这些尺寸的拟定对于桥梁的经济技术指 标有重要作用。 (1)桁高
主要由最少用钢量、刚度条件、建筑界限要求来确定。

经济桁高：按照主桁用钢量最少的经济条件来确定桁高。 主桁用钢量主要反映在弦杆和腹杆与桁高的关系上，一般 简支桁梁桥的经济梁高为跨径的1/6.5-1/6。
回转半径: 其大小与截面的形心轴有关，是截面展开程度
的直接度量。
i
I A
H形 钢截 面尺 寸 —— 截面惯性矩； —— 截面总面积。 型号 尺寸 mm
I A
(1)
H
18 28b 32a 32b 180 280 320 320
B
94 124 130 132
图4
桁梁杆件截面形式（箱形）
箱形截面特点： a. 对两个主轴的回转半径相近，承受纵向压力时比H形 为佳；闭口截面，力学性能更好； b.为保证竖板和水平板的局部稳定性，杆件内必须设置 横隔板，间距为3~4m; c.构造较复杂，制作较麻烦，桁梁桥中较少采用。
按照桥面位置分类
• 上承式、下承式、公铁两用桥
图(c)- (e)为上承式桁架，(d)较少采用，端竖杆要承受较大支承反 力，用料太多。最常用的是(c)，小跨径的也可做成(e)。
上承式和下承式钢桁梁桥的选择：
（1）桥下净空不受限制时，采用上承式桁梁桥可以减小桥墩 高度，既经济又安全； （2）当桥下净空受限制时，也常采用下承式桁梁桥。 （3）当建筑高度足够时，中小跨径的桥梁一般都采用上承式 桁梁桥： 上承式桁梁桥在构造方面，尤其是行车部分，要简单； 上承式桁梁桥主桁间距可比下承式的小，从而桥墩和桥台的 宽度可比下承式的小； 上承式美观，行车视野好； 在加固和改建道路时，上承式的要比下承式的容易。
钢板梁——竖向加劲肋
1、桁梁桥的组成及其作用？ 2、主桁架尺寸确定？
第一章 钢梁桥 ——钢桁梁桥的构造设计
§1-4 桁梁杆件的截面形式与尺寸 §1-5 桁梁节点、联结系及桥面系构造 §1-6 桁梁桥的稳定与疲劳问题
§1-4 桁梁杆件的截面形式与尺寸
一、桁梁杆件的截面
1. 单壁式截面：只有一个肢翼，只用于内力较小或者次 要杆件上。
组成的又叫组合跨。 • 悬臂桁梁桥一般设置为奇数跨，容易布置铰，保证整个 结构为静定结构。 • 跨长布置： 伸臂长:锚跨 = 1/4 ~1/3; 组合跨:锚跨 = 1.1 ~1.4。 其中，伸臂长与锚跨之比是为了节约钢材，降低成本； 组合跨和锚跨之比选择得当可以使弦杆内力均匀。 • 悬臂桁梁有平行弦桁架和阶梯形桁架（外形与弯矩图基 本相符）。