梁式桥

2.1 钢板梁桥的类型及构造特点
上承式钢板梁桥上部结构：联结系
主梁之间带撑杆的交叉体系结构 上平纵联、下平纵联、中间横联、端横联。 联结系作用： 将两片主梁联成一体形成一个稳定的空间结构 平纵联还能传递桥跨结构的横向荷载。
2.1 钢板梁桥的类型及构造特点
上承式钢板梁桥上部结构
联结系
2.1 钢板梁桥的类型及构造特点
剪力传递器来传递梁的弯曲变形中的错动剪力
刚性剪力传递器 采用短型钢、如槽钢、角钢 柔性剪力传递器 斜钢筋，如有可靠的措施，也可采用其他的形式如带帽螺栓。 剪力传递器应焊接在钢梁上翼缘上，并与桥面板钢筋焊连。
3.2 结合梁桥的构造
剪力传递器
3.3 剪力传递器的布置
单位长度上的水平剪力
T =
按最大剪力设计计算，可分段等距布置 柔性剪力传递器与钢梁纵向夹角为30度或50度，焊缝长度不得小于钢 筋直径的4倍(I级钢筋)和5倍(II级钢筋)
QS I
3.4 结合梁桥的计算特点
结合梁截面的强度校核
结合梁的截面计算与施工方法有关 当采用支架法施工，应该按结合梁的整体截面进行计算。 整体截面进行计算 当采用支架法施工，应该按结合梁的整体截面进行计算。 直接利用钢梁来支撑模板和混凝土 第一受力阶段：钢梁、模板、混凝土及其他设备重量， 第一受力阶段：钢梁、模板、混凝土及其他设备重量， 仅由钢梁承受。 仅由钢梁承受。 第二受力阶段：桥面铺装层、防水层、 第二受力阶段：桥面铺装层、防水层、路面或铁路桥的 道渣、桥枕、钢轨、 道渣、桥枕、钢轨、人行道设施等和活载则由钢筋混凝 土板和钢梁组成的整体截面承受。 土板和钢梁组成的整体截面承受。
第二受力阶段： 第二受力阶段： 在钢筋混凝土板最外层处的挠曲应力： 在钢筋混凝土板最外层处的挠曲应力：
σh =
(M 1 + M p ) nI
yh
3.4 结合梁桥的计算特点
最后按下式校核强度
σ 1 + σ g1 ≤ σ g σ 2 + σ g 2 ≤ σ g σ h ≤ [σ h ]
4.1钢箱梁桥的构造特点
箱形截面梁
4.4 正交异性钢桥面板
正交异性板
箱形截面梁的顶板由纵、横肋加强。这种用互相垂直的纵肋和横肋 加强的钢板，在纵、横两个方向上具有不同的抗弯刚度，其力学性 质和在两个垂直方向上具有不同弹性模量的板相似，这种具有”正交 异性”的板称为正交异性板。 纵肋截面的基本形式为开口式和闭口式两种 横肋的截面形式通常采用倒T形，其间距即是纵肋的跨径。为使纵 肋能连续穿过，横肋上应设置槽口。
2.1 钢板梁桥的类型及构造特点
上承式钢板梁桥上部结构
2.1 钢板梁桥的类型及构造特点
上承式钢板梁桥上部结构：主梁
主要承重结构，由两片钢板梁组成，主要承受竖向荷载。 跨度较小，可用等截面梁，跨度较大时，可采用变截面梁。 同时设置竖向加劲肋和水平加劲肋，以保证腹板的局部稳定性。 梁端的竖向加劲肋称为端加劲肋，它传递梁端反力。 上承式钢板梁桥上部结构 主梁
4.6 扁平钢箱梁
抗扭、抗弯惯矩大，抗风能力好，过去主要用于悬索桥。 抗扭、抗弯惯矩大，抗风能力好，过去主要用于悬索桥。 顶板和底板通常均采用U形纵肋加强 顶板和底板通常均采用 形纵肋加强 箱室内不设中间腹板， 箱室内不设中间腹板，横隔板间距较小 横隔板通常采用实腹式 连接板、隔板、竖向加劲肋、 连接板、隔板、竖向加劲肋、横向加劲肋
]
第三章 结合梁桥
3.1 结合梁桥的构造特点
定义
采用剪力传递器将钢板梁、钢箱梁、钢桁梁等钢梁与钢筋混凝土 行车道板结合起来共同工作的一种复合梁式结构 截面为组合截面 截面刚度增大， 截面刚度增大，减少用钢量 在活载作用下比全钢梁桥的噪音小 容易调整坡度和外超高 以往简支梁桥最多采用，近年来扩展到连续梁桥、斜拉桥、悬索 桥、系杆拱桥等多种复杂体系。

3.5 结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力
温度变化时，在结合梁中产生温度应力 温度变化时， 结合梁截面上在混凝土板重心处的内力
N T , b = α T ∆ TE b F b
在此内力作用下， 在此内力作用下，钢梁的应力
σ T , st
1 ab yi = N T ,b ± F Ii i
2.2 上承式焊接板桥梁的设计
桥梁基本尺寸的拟定 恒载假定 主梁内力计算 主梁截面尺寸拟定 主梁变截面位置的确定 腹板加劲肋布置 各项验算
2.2 上承式焊接板桥梁的设计
2.2.1 板梁桥的基本尺寸拟定
计算跨度 主梁高度 最大梁高 最小梁高 经济梁高 主梁的中心距 桥枕的合理跨度 桥跨结构在水平力下横向倾覆稳定性 桥跨结构的横向刚度 用架桥机整孔架设的可能性
y st
3.5 结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力
温度变化时，在结合梁中产生温度应力 温度变化时， 结合梁截面上在钢梁重心处的内力
N T , st = α T ∆ TE st F st
在此内力作用下， 在此内力作用下，混凝土板最外层的最大应力
σ T ,b
N T , st 1 a y = ± st h n Fi Ii
2.2 上承式焊接板桥梁的设计
2.2.2 主梁的内力计算
竖向荷载(恒载和活载)和横向荷载(横向风力、列车摇摆力、在弯 道桥上离心力)。 空间结构简化为若干个平面结构。 竖向荷载由主梁承受，横向荷载由平纵联承受。
2.2.3 主梁截面的选择
先定腹板和翼缘板的尺寸，然后进行截面强度验算 选定梁高， 选定梁高，估算腹板高度和厚度 估算所需翼缘截面积 截面应力验算（弯曲应力验算、剪应力验算） 截面应力验算（弯曲应力验算、剪应力验算）
4.4 正交异性钢桥面板
纵肋截面的基本形式
4.4 正交异性钢桥面板
开口肋
4.4 正交异性钢桥面板
闭合肋
4.4 正交异性钢桥面板
纵、横肋构造
4.5 腹板、底板和加劲肋
箱形截面梁腹板的构造与板梁的腹板构造相同。 箱形截面梁腹板的构造与板梁的腹板构造相同。 水平加劲肋和竖向加劲肋设置在箱的内侧， 水平加劲肋和竖向加劲肋设置在箱的内侧，在支点处及横肋与腹板连 接处应设置竖向加劲肋。 接处应设置竖向加劲肋。 底板一般也设置纵、横肋，横肋与桥面板上的横肋位置一致， 底板一般也设置纵、横肋，横肋与桥面板上的横肋位置一致，以组成 横向联结系。 横向联结系。 箱梁应配有一定数量的框架横联或横向连接系以增强箱梁整体性和抗 失稳性能。 失稳性能。
2.2 上承式焊接板桥梁的设计
2.2.4 主梁变截面
简支板梁桥跨度较大，主梁截面大小沿跨度随弯矩变化加以变更 对只有一块盖板的焊接梁，可在离支座约1/6跨度改变盖板的 对只有一块盖板的焊接梁，可在离支座约 跨度改变盖板的 宽度或厚度。 宽度或厚度。 对双层盖板的焊接梁，可在外层盖板在理论切断点处切断。 对双层盖板的焊接梁，可在外层盖板在理论切断点处切断。 过渡段设置斜边和斜坡。 过渡段设置斜边和斜坡。 检算变截面处的疲劳强度。 检算变截面处的疲劳强度。
2 2
2h
f

yi
I
m

100

2.2 上承式焊接板桥梁的设计
2.2.6 梁的总体稳定问题
一般采用近似的计算方法
2.2.7 主梁的局部稳定和腹板加劲肋的布置
主梁的局部稳定，控制翼缘板伸出肢宽厚比 主梁的局部稳定， 腹板加劲肋的布置 端加劲肋的计算 腹板疲劳强度的验算
σ =
M ≤ ϕ 2 [σ Wm
4.2 箱形梁桥与桁梁桥相比的优点
重量轻、省钢 抗弯和抗扭刚度大 安装迅速，便于养护 适宜于作成连续梁 结构新颖，外形简洁、美观 顶板、底板、腹板和加劲构件等组成 在无加劲构件的情况下常出现下面一些问题 垂直荷载作用下顶板发生较大凸凹变形，在集中荷载作用点附近 受压翼缘局部屈曲，腹板压皱； 在弯矩作用下，因截面惯性矩不足，弯矩达到临界弯矩时会发生 弯折破坏； 在扭矩作用下，当扭矩达到临界扭矩时也会使箱梁出现屈曲现象。
上承式钢板梁桥上部结构：桥面
一般采用明桥面 由桥枕、护木、正轨、护轨等组成
下承式钢板梁桥上部结构
主梁 联结系 桥面系 桥面及支座
2.1 钢板梁桥的类型及构造特点
下承式钢板梁桥上部结构
主要承重结构 下翼缘设下平纵联，因列车穿过两片主梁，无法设置上平纵联。 桥面系是由纵梁和横梁组成，传递竖向荷载 主梁与横梁之间加设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ板 支撑主梁上翼缘， 支撑主梁上翼缘，保证其稳定性 起横联作用 减少或防止主梁偏斜
2.2.5 翼缘与腹板连接焊缝的计算
单位长度焊缝需传递的水平剪力 最大轮压P产生的竖向剪力 最大轮压 产生的竖向剪力 单位长度内翼缘焊缝承受的总剪力为水平剪力和竖向剪力的合力 矢量相加） （矢量相加） 1 cm长的焊缝截面所能承受的剪力 长的焊缝截面所能承受的剪力 QS 1 P 翼缘焊缝的验算公式 + τ ≤ [ ]
st ϕ t
M s ,b ,t = −
− e −ϕ t
)
4.5 结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力
混凝土随着时间的推移产生干燥收缩，在结合梁中产生收缩应力。 混凝土随着时间的推移产生干燥收缩，在结合梁中产生收缩应力。 收缩引起的钢梁的轴力
N s , st , t = − N s , b , t
收缩引起的钢梁的弯曲
3.4 结合梁桥的计算特点
第一受力阶段：钢梁、模板、混凝土及其他设备重量，仅由钢梁承受。 第一受力阶段：钢梁、模板、混凝土及其他设备重量，仅由钢梁承受。
σ1
M0 = y1 I0
M0 σ2 = y2 I0
3.4 结合梁桥的计算特点
第二受力阶段：桥面铺装层、防水层、路面或铁路桥的道渣、桥枕、 第二受力阶段：桥面铺装层、防水层、路面或铁路桥的道渣、桥枕、 钢轨、 钢轨、人行道设施等和活载则由钢筋混凝土板和钢梁组成的整体截 面承受。 面承受。 结合梁的总面积
g
+ Ag z
2
Ih Ah + n n
(a
− z
)2
3.4 结合梁桥的计算特点
第二受力阶段： 第二受力阶段： 在钢梁上、下翼缘处的挠曲应力： 在钢梁上、下翼缘处的挠曲应力：
σ
g1
=
(M 1 + M p ) I
( y1 − z )
σ
g 2
=
(M
1
+ M I
p
)
( y2 + z)
3.4 结合梁桥的计算特点

3.5 结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力
混凝土随着时间的推移产生干燥收缩，在结合梁中产生收缩应力。 混凝土随着时间的推移产生干燥收缩，在结合梁中产生收缩应力。 收缩引起的混凝土的轴力
N s ,b ,t =
εs Eb Fb (1 − e −γ ϕ
stϕ t
)
收缩引起的混凝土的弯曲
aI b γ st εs (e − γ E b Fb nI st (1 − γ st ) ϕ
4.7 钢箱梁结构分析方法概述
在竖向荷载和横向荷载作用下，箱形梁是按空间结构承受外力。 在竖向荷载和横向荷载作用下，箱形梁是按空间结构承受外力。 箱梁截面采用正交异性钢桥面板和带加劲肋的薄钢板组成， 箱梁截面采用正交异性钢桥面板和带加劲肋的薄钢板组成，充分发挥 薄钢板的力学性能特点，有利于焊接。 薄钢板的力学性能特点，有利于焊接。 箱形梁在受力分析中属于闭口薄壁结构，按薄壁结构理论进行计算。 箱形梁在受力分析中属于闭口薄壁结构，按薄壁结构理论进行计算。 箱形梁受力后会产生纵向弯曲、横向弯曲、扭转与畸变变形， 箱形梁受力后会产生纵向弯曲、横向弯曲、扭转与畸变变形，并产生 相应的应力。 相应的应力。 剪力滞现象 箱形梁产生纵向弯曲时，产生弯曲的横向力通过腹板传给翼缘板， 箱形梁产生纵向弯曲时，产生弯曲的横向力通过腹板传给翼缘板， 而剪应力在翼缘板上的分布是不均匀的， 而剪应力在翼缘板上的分布是不均匀的，在腹板与翼缘板交接处最 远离腹板处剪应力减少，因此沿翼缘板上的剪切变形也不均匀， 大，远离腹板处剪应力减少，因此沿翼缘板上的剪切变形也不均匀， 从而引起弯曲时远离腹板的翼缘的纵向位移滞后于近腹板的翼缘的 纵向位移，使翼缘的弯曲应力沿梁宽的分布呈曲线形状， 纵向位移，使翼缘的弯曲应力沿梁宽的分布呈曲线形状，这就是所 谓的”剪力滞 现象。 谓的 剪力滞”现象。 剪力滞 现象
[ ] [ ]
3.5 结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力
混凝土承受应力，会产生徐变，从而使结合梁内力产生重分布 混凝土承受应力，会产生徐变， 徐变引起的混凝土和钢梁的附加应力为
σ b ,t =
N b ,t Fb
+
M
b ,t
Ib
yb
σ st , t =
N st , t F st
+
M st , t I st
钢桥设计
天津大学 土木工程系
第二章 梁板钢桥
2.1 钢板梁桥的类型及构造特点
钢板梁桥定义 主梁用钢板做成的钢梁桥，称为钢板梁桥。 按桥面位置的不同 上承式钢板梁桥： 桥面位于主梁上翼缘 下承式钢板梁桥： 桥面位于主梁下翼缘 跨度小于40m较钢桁梁桥经济，但与钢筋混凝土梁比，钢板板梁造价高 上承式钢板梁桥上部结构主要有 主梁 联结系 桥面 支座
A = Ag +
Ah n
3.4 结合梁桥的计算特点
第二受力阶段： 第二受力阶段： 结合梁截面的重心距钢梁截面的重心
Ah a z = n A
3.4 结合梁桥的计算特点
第二受力阶段： 第二受力阶段： 结合梁截面对通过它自身重心轴线x-x的惯性矩 结合梁截面对通过它自身重心轴线 的惯性矩
I = I +
M
s , st , t
= N
s ,b ,t
a + M
s ,b ,t
第四章 钢箱梁桥
4.1钢箱梁桥的构造特点
定义 钢箱梁桥是指主梁为薄壁闭合截面形式的桥，主梁常为箱形截面 梁或箱形梁。 箱形梁不但可以作为梁式桥的主梁形式，而且是其他大跨度桥梁， 如悬索桥、斜拉桥所经常采用的主梁形式。
4.1钢箱梁桥的构造特点