钢桁梁桥设计例(日本例题)
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钢桁梁桥的设计(日本)
跨径在50~100米的桥，适合建造钢桁梁桥。而不再适合修建钢板梁桥。随着 跨径的增大，弯矩将增大，而剪力增加不大。这在钢板梁的设计中已经提及，对 于增加的弯矩，一般做法是增加梁高，而抵抗剪力的腹板面积不需要有太大的变 化。所以我们可以将腹板作成通透形式，这样就产生了桁梁桥的桥型。对于较大 的跨径，只要提高梁的高度，用料即使少一些也可以。
3、初步设计：
初步设计几乎把桥确定下来
在初步设计中，根据跨径把主桁架高度、弦杆的初步尺寸 等确定下来。桥梁整体尺寸的确定可以参照以往桥梁。
例题： l 77000 10000mm 7 7 3000mm ②纵梁间隔： ①主桁架高度：h 300mm ③栏杆底座宽度： 8600mm ④主桁架间隔： ⑤节间长： 1.15h 1.15 10000 11000mm ⑥纵梁高度： h1 0.4 0.1 0.4 0.1 11m 1.5m 1500mm ⑦横梁高度： h2 h1 0.2 1.5 0.2 1.7 m 1700mm ⑧弦杆高度： l l2 H 100 4.0 107 0.8 77000 77000 2 100 4.0 107 0.8 497 mm H 490mm ⑨弦杆宽度：B 1.15 H 1.15 490 560mm
主桁架上作用的荷载： 恒载： 铺装： 0.05Baidu Nhomakorabea 22.5 3.358 0.343 4.1636 桥面板： 0.23 24.5 3.358 0.343 20.8551
栏杆座： 0.3 0.4 24.5 0.948 0.052 2.9400 承托、栏杆、钢重： 3.4(假定) 8.6 / 2 14.6200 ---------------------------------------------恒载合计：wd 42.5787 KN/m 活荷载： 荷载p02 3.5 3.358 1.75 0.343 12.3533KN/m 荷载p01 10 3.358 5 0.343 35.2950KN/m 冲击系数： 弦杆及端柱：i 20/ 50 77 0.157 斜杆：i 20 / 50 77 0.75 0.186
(3)作用于斜杆的杆件力 我们知道，桁梁桥的斜杆内力D=±S/sinθ，作用有间接荷载的简支梁的CD段的剪力影响 线，如下图所示：
为求杆件D2的内力，其影响线如上图所示，它是用间接荷载引起的DF间的剪力影响线除 以sinθ得到的。D3杆件与D2杆件的内力，大小相等，符号相反。 但是，同为斜杆的端斜杆，要求出其冲击系数。 在求斜杆的内力时，重车荷载P01要扩大1.2倍。
2、设计条件：
与钢板梁桥相同，记载：桥的形式、设计荷载、 桥梁尺寸、使用材料及其容许应力值、材料的重 量等。此外，主桁架的中心间隔、桥下空间、路 面坡度等也可以写进设计条件。
例题(如右图)： (1)设计荷载：B活荷载，交通量：1000台/日； (2)桥型：简支钢桁梁桥，下承式 (3)尺寸：跨径77米；幅宽7.4米 (4)材料：钢板SM400A；钢筋SD295A；混凝土设计基准强度σck=24N/mm2 (5)材料重量：钢材：77KN/m3、钢筋混凝土24.5KN/m3、沥青混凝土铺装 22.5KN/m3、栏杆钢重3.4KN/m3 (6)采用的规范：《道路桥设计示方书》平成14年3月；日本道路协会
1、构造和设计流程
钢桁梁桥如下图所示是组成三角形的杆件的连续构造。杆件数是2根时，不能组成构造， 是4根时又不稳定。作用于钢桁梁桥的荷载，从桥面板传递给纵梁，然后传递给横梁，最 后由横梁传递给主桁架的节点。
钢桁梁桥的设计流程：
(1)设计条件 跨径、幅宽、活荷载、钢材种类、 容许应力、适用的规范等
计算要点
主桁架的杆件内力----主桁架的杆件内力根据影响线求 得。特别要注意L荷重的载荷位 置。要理解根据影响线计算桁架 杆件内力的方法； 主桁架断面的决定----压缩杆件视为长柱进行设计。要 习惯计算形心和回转半径。要注 意断面假定的方法等事项； 主桁架杆件的联结----特别要注意上弦杆、下弦杆和斜 杆的联结方法与钢板梁桥的不同 点。掌握节点板和隔板的功能。
4、根据影响线进行主桁架的应力分析：
对于复杂、移动变化的荷载，在求构件内力时，采用“影响线”将十分方便。主桁架上 作用的荷载如下图所示，分为均布活荷载及恒载。均布活荷载要配置在使主桁架产生最 不利受力的位置，然后根据作用在主桁架上的荷载，依次求出上弦杆、下弦杆、斜杆的 内力。
(1)主桁架上作用的荷载 作用在主桁架上的活荷载，分为线荷载和分布荷载。恒载则有：桥面板、铺装、栏杆座、 钢重、承托等。这些重量都要假定后计算。钢重和承托按过去的算例假定。活荷载的布 载按最不利位置布置。承托、栏杆、钢重按总计3.4KN/m2计算，乘以主桁架间隔，然后 各分一半进行计算。影响线的绘制方法：取计算侧的主桁架下方=1.000，相反一侧的主 桁架下方=0，绘出简支梁的反力影响线。
在这里，只计算D1 ~ D4杆件的内力。D1与D2的影响线、D3与D4的影响线符号相反。 p01 35.2950 1.2 42.3540 KN / m 斜杆长b 5.52 10 2 11.413m sin 10 / 11.413 0.876 610 3 3 p02 D1 p01 1 i wd 77 sin sin sin 3 11 610 3 11 42.3540 12.3533 1 0.157 42.5787 0.876 0.876 77 0.876 2586 KN (受压杆件) 端斜杆 610 3 3 p02 D2 p01 1 i wd 77 sin sin sin 610 3 11 3 11 42.3540 12.3533 1 0.186 42.5787 77 0.876 0.876 0.876 2610 KN (受拉杆件) D2、D3与D4的冲击系数的跨径取75%。 500 25 25 p02 D3 p01 1 i wd 77 sin 12 sin 12 sin 12 sin 500 25 11 11 25 11 42.3540 12.3533 1 0.186 42.5787 77 0 . 876 12 0 . 876 12 0 . 876 12 0 . 876 1767 KN (受压杆件) D4 1767 KN (受拉杆件)
(2)作用于下弦杆的杆件力 我们知道，桁梁桥的下弦杆内力L=+M/h，即：某点的弯矩除以梁高。下弦杆的影响线， 可以用简支梁的弯矩影响线除以梁高h得到。据此影响线可以求得杆件内力。如下图所示。
活荷载的冲击系数i 20 / 50 l 20 / 50 77 0.157 1 3 4 305 梯形面积 10 面积B1 2 7 h 11h 77 h 1 15 135 750 梯形面积 面积B2 10 2 14h 154h 77 h
(2)初步设计 根据设计条件确定个构件的大概尺 寸。初步确定的尺寸包括，主桁架 高度、纵梁间隔、主桁架间隔、节 间长度、纵梁高、弦杆的高度和宽 度等。根据这些初步尺寸，验算其 安全性。
(3)桥面板的设计 桥面板的设计中，最重要的是 确定面板厚度和钢筋量。
(4)纵梁、横梁的设计 桥面板的荷载传给纵梁的翼缘 板，纵梁的荷载再传给横梁。 横梁与主桁架由节点联结，横 梁上的荷载由节点传给主桁架。 纵梁、横梁的断面设计与钢板 梁桥相同，不再赘述。
(2)作用于上弦杆的杆件力 我们知道，桁梁桥的上弦杆内力U=-M/h，即：某点的弯矩除以梁高。上弦杆的影响线， 可以用简支梁的弯矩影响线除以梁高h得到。据此影响线可以求得杆件内力。如下图所示。
活荷载的冲击系数i 20 / 50 l 20 / 50 77 0.157 1 6 8 610 梯形面积 10 面积A1 2 7 h 11h 77 h 1 10 90 1000 梯形面积 面积A2 10 2 7 h 77h 77h
下弦杆的内力(以L1、L2为例，其余不再计算)： 305 32 32 L1 p01 77 h p02 2h 1 i wd 2h 305 11 3 112 3 112 35.2950 77 10 12.3533 2 10 1 0.157 42.5787 2 10 1186 KN（受拉） 750 42 42 L2 p01 77 h p02 h 1 i wd h 750 11 4 112 4 112 35.2950 77 10 12.3533 10 1 0.157 42.5787 10 3190 KN（受拉）
上弦杆的内力以U1、U 2为例，其余不再计算： 610 32 32 U1 p01 77 h p02 h 1 i wd h 3 112 3 112 610 11 35.2950 77 10 12.3533 10 1 0.157 42.5787 10 2420 KN 1000 52 52 U 2 p01 77 h p02 h 1 i wd h 5 112 5 112 1000 11 35.2950 77 10 12.3533 10 1 0.157 42.5787 10 4024 KN
(5)主桁架的设计 主桁架由上弦杆、斜杆、下弦 杆构成。在主桁架的设计中， 要将这些杆件作为“柱”计算， 确定其断面。断面的确定采用 均布活荷载，根据影响线求出
(6)平纵联、横梁(联)的设计 平纵联主要是为了抵抗风荷载 等横向荷载而设置，横梁(联) 是使桥成为一个整体。与钢板 梁桥相同，不再赘述。
活荷载的冲击系数i 20 / 50 l 20 / 50 77 0.157 8 610 1 6 梯形面积 面积C1 10 2 7 sin 11sin 77 sin 45 500 1 5 梯形面积 面积C2 10 2 7 sin 77 sin 77 sin
(7)桥门架的设计 桥门架是为了把作用于上弦杆的风力 传给支点。上弦杆与桥门架的端斜杆 的翼缘板直接联结。上弦杆和端斜杆 的荷载与桥门架上的荷载的作用点一 般来说不一致，会有偏心荷载产生。 桥门架的设计，按有偏心力作用的短 柱来进行设计。其与端斜杆的设计相 同，这里不再赘述。
(8)支座的设计 根据支点反力(剪力)设计。
跨径在50~100米的桥，适合建造钢桁梁桥。而不再适合修建钢板梁桥。随着 跨径的增大，弯矩将增大，而剪力增加不大。这在钢板梁的设计中已经提及，对 于增加的弯矩，一般做法是增加梁高，而抵抗剪力的腹板面积不需要有太大的变 化。所以我们可以将腹板作成通透形式，这样就产生了桁梁桥的桥型。对于较大 的跨径，只要提高梁的高度，用料即使少一些也可以。
3、初步设计：
初步设计几乎把桥确定下来
在初步设计中，根据跨径把主桁架高度、弦杆的初步尺寸 等确定下来。桥梁整体尺寸的确定可以参照以往桥梁。
例题： l 77000 10000mm 7 7 3000mm ②纵梁间隔： ①主桁架高度：h 300mm ③栏杆底座宽度： 8600mm ④主桁架间隔： ⑤节间长： 1.15h 1.15 10000 11000mm ⑥纵梁高度： h1 0.4 0.1 0.4 0.1 11m 1.5m 1500mm ⑦横梁高度： h2 h1 0.2 1.5 0.2 1.7 m 1700mm ⑧弦杆高度： l l2 H 100 4.0 107 0.8 77000 77000 2 100 4.0 107 0.8 497 mm H 490mm ⑨弦杆宽度：B 1.15 H 1.15 490 560mm
主桁架上作用的荷载： 恒载： 铺装： 0.05Baidu Nhomakorabea 22.5 3.358 0.343 4.1636 桥面板： 0.23 24.5 3.358 0.343 20.8551
栏杆座： 0.3 0.4 24.5 0.948 0.052 2.9400 承托、栏杆、钢重： 3.4(假定) 8.6 / 2 14.6200 ---------------------------------------------恒载合计：wd 42.5787 KN/m 活荷载： 荷载p02 3.5 3.358 1.75 0.343 12.3533KN/m 荷载p01 10 3.358 5 0.343 35.2950KN/m 冲击系数： 弦杆及端柱：i 20/ 50 77 0.157 斜杆：i 20 / 50 77 0.75 0.186
(3)作用于斜杆的杆件力 我们知道，桁梁桥的斜杆内力D=±S/sinθ，作用有间接荷载的简支梁的CD段的剪力影响 线，如下图所示：
为求杆件D2的内力，其影响线如上图所示，它是用间接荷载引起的DF间的剪力影响线除 以sinθ得到的。D3杆件与D2杆件的内力，大小相等，符号相反。 但是，同为斜杆的端斜杆，要求出其冲击系数。 在求斜杆的内力时，重车荷载P01要扩大1.2倍。
2、设计条件：
与钢板梁桥相同，记载：桥的形式、设计荷载、 桥梁尺寸、使用材料及其容许应力值、材料的重 量等。此外，主桁架的中心间隔、桥下空间、路 面坡度等也可以写进设计条件。
例题(如右图)： (1)设计荷载：B活荷载，交通量：1000台/日； (2)桥型：简支钢桁梁桥，下承式 (3)尺寸：跨径77米；幅宽7.4米 (4)材料：钢板SM400A；钢筋SD295A；混凝土设计基准强度σck=24N/mm2 (5)材料重量：钢材：77KN/m3、钢筋混凝土24.5KN/m3、沥青混凝土铺装 22.5KN/m3、栏杆钢重3.4KN/m3 (6)采用的规范：《道路桥设计示方书》平成14年3月；日本道路协会
1、构造和设计流程
钢桁梁桥如下图所示是组成三角形的杆件的连续构造。杆件数是2根时，不能组成构造， 是4根时又不稳定。作用于钢桁梁桥的荷载，从桥面板传递给纵梁，然后传递给横梁，最 后由横梁传递给主桁架的节点。
钢桁梁桥的设计流程：
(1)设计条件 跨径、幅宽、活荷载、钢材种类、 容许应力、适用的规范等
计算要点
主桁架的杆件内力----主桁架的杆件内力根据影响线求 得。特别要注意L荷重的载荷位 置。要理解根据影响线计算桁架 杆件内力的方法； 主桁架断面的决定----压缩杆件视为长柱进行设计。要 习惯计算形心和回转半径。要注 意断面假定的方法等事项； 主桁架杆件的联结----特别要注意上弦杆、下弦杆和斜 杆的联结方法与钢板梁桥的不同 点。掌握节点板和隔板的功能。
4、根据影响线进行主桁架的应力分析：
对于复杂、移动变化的荷载，在求构件内力时，采用“影响线”将十分方便。主桁架上 作用的荷载如下图所示，分为均布活荷载及恒载。均布活荷载要配置在使主桁架产生最 不利受力的位置，然后根据作用在主桁架上的荷载，依次求出上弦杆、下弦杆、斜杆的 内力。
(1)主桁架上作用的荷载 作用在主桁架上的活荷载，分为线荷载和分布荷载。恒载则有：桥面板、铺装、栏杆座、 钢重、承托等。这些重量都要假定后计算。钢重和承托按过去的算例假定。活荷载的布 载按最不利位置布置。承托、栏杆、钢重按总计3.4KN/m2计算，乘以主桁架间隔，然后 各分一半进行计算。影响线的绘制方法：取计算侧的主桁架下方=1.000，相反一侧的主 桁架下方=0，绘出简支梁的反力影响线。
在这里，只计算D1 ~ D4杆件的内力。D1与D2的影响线、D3与D4的影响线符号相反。 p01 35.2950 1.2 42.3540 KN / m 斜杆长b 5.52 10 2 11.413m sin 10 / 11.413 0.876 610 3 3 p02 D1 p01 1 i wd 77 sin sin sin 3 11 610 3 11 42.3540 12.3533 1 0.157 42.5787 0.876 0.876 77 0.876 2586 KN (受压杆件) 端斜杆 610 3 3 p02 D2 p01 1 i wd 77 sin sin sin 610 3 11 3 11 42.3540 12.3533 1 0.186 42.5787 77 0.876 0.876 0.876 2610 KN (受拉杆件) D2、D3与D4的冲击系数的跨径取75%。 500 25 25 p02 D3 p01 1 i wd 77 sin 12 sin 12 sin 12 sin 500 25 11 11 25 11 42.3540 12.3533 1 0.186 42.5787 77 0 . 876 12 0 . 876 12 0 . 876 12 0 . 876 1767 KN (受压杆件) D4 1767 KN (受拉杆件)
(2)作用于下弦杆的杆件力 我们知道，桁梁桥的下弦杆内力L=+M/h，即：某点的弯矩除以梁高。下弦杆的影响线， 可以用简支梁的弯矩影响线除以梁高h得到。据此影响线可以求得杆件内力。如下图所示。
活荷载的冲击系数i 20 / 50 l 20 / 50 77 0.157 1 3 4 305 梯形面积 10 面积B1 2 7 h 11h 77 h 1 15 135 750 梯形面积 面积B2 10 2 14h 154h 77 h
(2)初步设计 根据设计条件确定个构件的大概尺 寸。初步确定的尺寸包括，主桁架 高度、纵梁间隔、主桁架间隔、节 间长度、纵梁高、弦杆的高度和宽 度等。根据这些初步尺寸，验算其 安全性。
(3)桥面板的设计 桥面板的设计中，最重要的是 确定面板厚度和钢筋量。
(4)纵梁、横梁的设计 桥面板的荷载传给纵梁的翼缘 板，纵梁的荷载再传给横梁。 横梁与主桁架由节点联结，横 梁上的荷载由节点传给主桁架。 纵梁、横梁的断面设计与钢板 梁桥相同，不再赘述。
(2)作用于上弦杆的杆件力 我们知道，桁梁桥的上弦杆内力U=-M/h，即：某点的弯矩除以梁高。上弦杆的影响线， 可以用简支梁的弯矩影响线除以梁高h得到。据此影响线可以求得杆件内力。如下图所示。
活荷载的冲击系数i 20 / 50 l 20 / 50 77 0.157 1 6 8 610 梯形面积 10 面积A1 2 7 h 11h 77 h 1 10 90 1000 梯形面积 面积A2 10 2 7 h 77h 77h
下弦杆的内力(以L1、L2为例，其余不再计算)： 305 32 32 L1 p01 77 h p02 2h 1 i wd 2h 305 11 3 112 3 112 35.2950 77 10 12.3533 2 10 1 0.157 42.5787 2 10 1186 KN（受拉） 750 42 42 L2 p01 77 h p02 h 1 i wd h 750 11 4 112 4 112 35.2950 77 10 12.3533 10 1 0.157 42.5787 10 3190 KN（受拉）
上弦杆的内力以U1、U 2为例，其余不再计算： 610 32 32 U1 p01 77 h p02 h 1 i wd h 3 112 3 112 610 11 35.2950 77 10 12.3533 10 1 0.157 42.5787 10 2420 KN 1000 52 52 U 2 p01 77 h p02 h 1 i wd h 5 112 5 112 1000 11 35.2950 77 10 12.3533 10 1 0.157 42.5787 10 4024 KN
(5)主桁架的设计 主桁架由上弦杆、斜杆、下弦 杆构成。在主桁架的设计中， 要将这些杆件作为“柱”计算， 确定其断面。断面的确定采用 均布活荷载，根据影响线求出
(6)平纵联、横梁(联)的设计 平纵联主要是为了抵抗风荷载 等横向荷载而设置，横梁(联) 是使桥成为一个整体。与钢板 梁桥相同，不再赘述。
活荷载的冲击系数i 20 / 50 l 20 / 50 77 0.157 8 610 1 6 梯形面积 面积C1 10 2 7 sin 11sin 77 sin 45 500 1 5 梯形面积 面积C2 10 2 7 sin 77 sin 77 sin
(7)桥门架的设计 桥门架是为了把作用于上弦杆的风力 传给支点。上弦杆与桥门架的端斜杆 的翼缘板直接联结。上弦杆和端斜杆 的荷载与桥门架上的荷载的作用点一 般来说不一致，会有偏心荷载产生。 桥门架的设计，按有偏心力作用的短 柱来进行设计。其与端斜杆的设计相 同，这里不再赘述。
(8)支座的设计 根据支点反力(剪力)设计。