简支钢板梁和钢桁梁桥.ppt

第六章简支钢板梁和钢桁梁桥 第一节钢桥概述 将桥跨结构用钢制成 无论其墩台用何材料建造 均称为钢桥 与常用的其它建筑材料相比 钢材的特点 强度高匀质材料延性材料跨度特别大 荷载特别重 其它建筑材料困难时 采用钢桥 钢桥的基本特点 工业化方法来制造 运输 安装快 施工工期较短 破坏后 易于修复和更换 耐候性差 易锈蚀 铁路钢桥采用明桥面时噪声大 维护费用高 本节所讨论的钢桥主要以铁路钢桥为主 一 钢桥所用的材料 钢种 低碳钢 低合金钢 高性能钢 高强 具备耐候和防断裂性能 钢材形状桥梁钢与结构钢钢的制造工艺要求和使用要求 对钢的化学成分和力学性能的要求化学成分力学 机械 性能表6 1 强度 延伸率 断面收缩 拉伸试验 弹性极限 屈服点 极限强度 冷弯 冷弯试验 对工艺和质量的检查指标韧性 冲击试验疲劳 疲劳试验钢号 碳素钢 A3 A3q等 现标准 GB700 88Q 数字 质量等级符号 脱氧方法符号如Q235低合金钢 16Mnq 15MnVN等 现标准 GB T714 2000如Q345国家标准 钢铁产品牌号表示方法 GB221 2000 力学性能曲线 钢 板 材拉伸应力应变曲线 冲击值与温度关系曲线 二 钢桥的连接 钢桥连接指 包括将型钢 钢板组合成部件与杆件 也包括将部件及杆件连接成钢桥结构连接方式有 铆接 销接 焊接 栓接铆接 钢桥常用铆钉直径为22及24mm 铆接是将半成品铆钉加热到1050 1150 塞入钉孔 利用铆钉枪 机 将钉身礅粗填满钉孔 并将另一端打成钉头 气动 液压铆钉枪 机 焊接 焊接指用电焊机等设备通过电能将被焊钢材和焊接材料 焊条 熔化 形成一条焊缝把两个部件连接在一起 焊接结构的截面无削弱 比铆接省料 加工快 且可改善工作环境 但在野外高空作业时受到一定的限制 焊缝主要有两种 即熔透的对接焊缝和不熔透的角焊缝焊接方法有自动焊 半自动焊和手工焊 栓接 高强度螺栓连接 栓接是将已在工厂焊接好的杆件与部件运送到工地后 用高强度螺栓拼装连接成钢桥整体 承压型和摩擦型 摩擦式高强度螺栓连接扭矩法拧紧工艺 手动 电动 气动扭矩扳手 栓焊钢桥 早期 铆接 20世纪60年代 焊接栓接 1高强度螺栓 高强度螺母 高强度垫圈 拼接板5杆件 电动扭矩扳手 高强度螺栓 连接副 销接 铆接 铆接 三 钢桥的结构形式 结构型式 各种桥式均可采用钢材作为建桥材料 20世纪50 60年代 我国铁路桥梁多采用上承式简支钢板梁桥 跨度在20 32m之间 60年代以后 从节约钢材出发 多采用钢筋混凝土与预应力混凝土梁 跨度不大于32m 对于较大跨度 l 56 80m 在80年代及其以前 铁路桥均采用简支或连续钢桁梁桥 所用材料和连接方式从开始的低碳钢和铆接逐步改为低合金钢和栓焊连接 有标准设计可供使用 从80年代中期开始 对于56 96m跨度范围 开始有用混凝土梁代替钢桁架梁的倾向 对于更大跨度 l 96m 目前铁路桥是以连续钢桁架梁为主 混凝土梁跨度发展到百米以上 公路钢桥的主要结构型式是悬索桥和斜拉桥的加劲梁 以及钢拱桥 大跨度公铁两用桥 均采用钢桁架梁 拱 结构 桥例 成昆线三堆子金沙江桥 1969年 简支钢桁梁 192m 桥例 枝城长江大桥 位于湖北省宜都县的焦枝铁路线上 为公路铁路两用的连续钢桁梁桥铁路和公路设于桁架下弦同一平面上 桁架间为双线铁路 外侧各有 宽单车道公路及1 45 宽人行道1971年建成 桥例 成昆线泸沽安宁河桥 1970年 刚性桁梁柔性拱 112m 宜宾金沙江大桥 该桥为铁路单线特大桥 全长1 065米 一联3孔112 176 112米连续铆接钢桁梁 1968年 长垣东明黄河铁路大桥 该桥全长10 3公里 为9孔96m简支钢桁梁和一联4 108 0m连续钢桁梁及一联3 108 0m连续钢桁梁 全长1634 21m 仅用二十个月全部建成 平均和每月成桥500米 创造了国内高速建桥的纪录 1985年建成 南京长江二桥 第二节钢板梁桥 一 常用的几种板梁桥上承式板梁桥 下承式板梁桥 结 组 叠 合梁桥1 上承式板梁桥主要承重结构 两片工字 I形 截面的板梁主梁之间的杆件联结 上平纵联 下平纵联 横联明桥面 主要由桥枕 护木 正轨 护轨等组成适用范围 当跨度小于40m左右时 钢板梁桥比钢桁梁桥经济 因此 小跨度的钢桥常用板梁桥 上承式板梁桥的特点 构造较简单 钢料也较省 可以整孔装运 整孔架设 用得最多的一种钢板梁桥 上承式板梁桥组成及横断面图 2 下承式板梁 主要承重结构 两片工字截面的板梁联结系 设下平纵联 无上平纵联和横联 但加设肱板桥面系 纵梁和横梁 与 桥面 的区别 桥面 不是搁置在主梁上 而是搁置在桥面系的纵梁上 特点建筑高度h 自轨底至梁底 小 用料较多 增加了桥面系 制造也费工 由于较宽而无法整孔运送 增加了装运和架梁的工作量 下承式板梁桥组成及横断面图 3 结合梁桥 结合梁桥 用抗剪结合器 剪力键 或其他方法将混凝土桥面板与其下的钢板 桁 梁结合成一整体的梁式结构特点 混凝土桥面板参加钢板梁上翼缘承受压应力的工作 提高了桥梁抗弯能力 从而可以节省用钢量或降低建筑高度 铁路结合梁桥 施工繁琐 用料不省 只适用于陡坡急弯地段 跨度较大的情况 抗剪器公路 型钢 连接销铁路 联结角 铁路结合梁桥构造图 抗剪器 剪力键 桥例 石家庄南二环钢箱结合梁公路桥 最大跨度96m 开口钢箱 22 170剪力钉1999年竣工 二 上承式板梁桥的计算 结构 由主梁 上平纵联和下平纵联 端横联和中间横联等组成的空间结构荷载 竖向荷载 恒载和活载 和横向荷载 包括风力 列车摇摆力 在弯道桥则还有离心力 简化计算方法 将桥跨结构划分为若干个平面结构 每个平面结构只承受作用在该平面上的力 竖向荷载由两片主梁承受 横向荷载由上 下平纵联承受 计算内容板梁桥主要尺寸的拟定 计算跨度 主梁高度和主梁中心距 主梁内力分析应力 弯曲应力 剪应力 疲劳强度 焊缝应力 主应力等 验算梁的总体稳定和板的局部稳定验算腹板加劲肋的布置及其应力 稳定性验算 第三节下承式简支桁架桥 一 简支桁架桥各组成部分及其作用组成 桥面 桥面系 主桁 联结系和支座桥面 明桥面 正轨 护轨 桥枕 护木 钩螺栓及人行道 混凝土桥面板加道碴桥面 无碴无枕桥面桥面系 纵梁 横梁及纵梁间的联结系主桁 由上弦杆 下弦杆 腹杆 斜杆 竖杆 及节点组成联结系 水平纵向联结系 简称平纵联 分上平纵联 下平纵联 横向联结系支座 多采用钢支座 见第七章传力途径 竖向 纵梁 横梁 主桁节点 主桁 支座 墩台 横向 上平纵联 桥门架 支座 下平纵联 支座 铁路下承式简支桁架桥各组成部分 明桥面与桥面系 下弦杆 上弦杆 节点 竖杆 斜杆 主桁 杆件 节点 空间结构 平纵联 桥面系 桥面 传力途径 铁路下承式简支桁架桥各组成部分分解图 横梁 铁路上承式钢桁梁组成部分 区别 桥面系 横联 二 主桁的几何图式 a 三角形腹杆体系 b 斜杆方向变化 c d 上承式三角形桁架 e 上承鱼腹形桁架 f 折线形三角桁架 g 再分式三角桁架 h 米字形桁架 WarrenTruss 德国的一座高速铁路桥 Newburgh BeaconBridgeNewburgh NewYork 桥例 JacquesCartierBridgeinCanada 桁架在桥梁中的应用 三 主桁的主要尺寸 桁高 经济高度 跨度的1 5 1 10 满足桥上净空要求节间长度 一般为桁高的0 8 1 2倍斜杆倾度 与竖直线的交角在30 50 范围内为宜主桁中心距 不应小于跨长的1 20 满足桥上净空要求主桁尺寸与主桁图式有密切关系 各主要尺寸之间也相互关联标准设计 跨度为48 64 80m时 主桁采用三角形桁架 桁高11m 节间长度8m 主桁中心距5 75m 斜杆倾度在30 50 范围内 主桁杆件截面形式及选择 杆件截面 H型和箱形H型 构造简单 易于施焊 焊接变形较易控制 截面对x x轴的回转半径小 适于内力不很大和长细比较小的压杆 常见型式箱形 抗扭刚度大 制造较费工 适用于受力较大的压杆或拉 压杆 特大跨度钢桁梁桥用 上弦杆 下弦杆 四 桁架内力分析原理 精确分析简化 空间结构 平面结构 考虑各平面结构之间的相互作用 两平面结构所共有杆件的内力叠加 节点 铰结 半 刚性连接 铰接 计算内力的修正 以下三种情况 横向框架 次应力效应 主桁下弦杆伸长对纵 横梁的影响 五 桁架杆件内力计算要点 主桁杆件内力 杆件内力影响线 恒载 活载加载 杆件截面选择 验算 纵 横梁内力 按两端简支计算 横向附加力 风力 列车横向摇摆力等 产生的内力 计算对象为平纵联和桥门架 纵向水平力 制动力或牵引力 产生的内力 计算对象为下平纵联和下弦杆 平行弦三角桁架 d d d d d 构造示例 主桁节点 传统主桁节点 主桁整体节点 长东黄河二桥 钢桁梁 跨度为3 108m 9 96m 1999年5月竣工 构造示例 传统节点 构造 1 重心2 紧凑3 缝隙4 第一排栓孔5 填板 构造示例 横梁与主桁节点的连接 第四节钢桥制造及安装 一 钢桥制造作样 制作样板 样杆 样条号料 利用样板 样杆 样条在选用的材料上划线 号孔 样冲 切割 将号好的料用精密切割 手工氧切或剪切制成整备的零件矫正 将切割好的零件 滚压整平 加工矫正 预处理工艺之一 边缘加工 根据要求对零件的边缘进行刨或铣 使外观整齐美观制孔 用覆盖式样板或立体式机器样板在零件上进行钻孔 全焊结构无此工序 组焊 将整备好的零 部件放入组装胎型中 用点焊组装成型焊接 按规定的焊接方法和工艺施焊整形 可用机械冷矫或用火焰热矫 矫正焊接残余变形检验 对焊缝进行超声波和X光检查试装 取有代表性的结构在工厂进行试拼装最后喷沙除锈 可提前进行 涂装 发送工地 制造示例 预处理 预处理生产线 钢板整平 除锈 涂底漆 辊压机工作示意 制造示例 切割 钢板剪切示意 角钢剪切示意 手工焰切 数控多头切割机 制造示例 边缘加工 刨边机 制造示例 制孔 覆盖式机器样板及钻孔套 数控钻床 摇臂钻床 制造示例 焊接 半自动埋弧焊 胎型内杆件组焊 制造示例 矫正 角钢矫正机示意 马刀形弯曲及火焰矫正 顶弯机工作示意 火焰矫正 制造示例 整形 H形杆件的焊接变形 H形杆件矫正机示意 钢梁矫正 制造示例 试装 钢桁梁试拼装 九江大桥第一联 二 钢桥安装 钢桥跨的构件由制造工厂运抵桥址以后 必须架设到设计位置上 牢固支承连接 准备好桥面和其它必要设施 才能行车 这部分施工工作 总称为安装 或架设 安装关键环节 把一定长 大 重的分散构件在空间妥善支承 组装 连接 形成能承重的桥跨 包含提升 跨越桥孔 在桥轴线上就位等工序 安装要求 完成的结构 轮廓正确平顺 部件衔接密贴 孔眼圆整对齐 扣件传力均匀 对钢梁安装方法起决定性影响的因素有 桥址的地形条件 桥址的气象水文条件 桥梁的技术条件常采用的安装方法 悬 伸 臂法 拖拉 推顶 法 浮运法等 需要结合具体情况 选择合理有利的安装方法 安装前的准备工作 安装图表 结构图纸 拼装顺序图 预拼图纸 辅助设施构造图纸 施工组织图表等 和场地布置 钢桥安装 悬臂法 多孔 简支桁梁半悬臂安装示意图 加强的临时杆件 吊机 悬臂法 不用支架 将杆件逐根悬臂拼装成桥的方法 全悬臂拼装 半悬臂拼装 跨中合龙降低钢梁安装应力和悬臂梁端挠度的措施 英国福斯海峡铁路桥悬臂施工 悉尼港大桥悬臂安装 减小悬臂内力和挠度的措施 一 临时加强伸臂支点附近的杆件 见前 二 临时加固伸臂支点附近的梁体 减小悬臂内力和挠度的措施 续 三 辅助吊索塔架 单层或双层 九江长江大桥双层辅助吊索塔架 减小悬臂内力和挠度的措施 续 四 墩旁托架 减少悬臂长度 五 水上吊机 减少梁端施工荷载 六 半 对称 悬臂拼装及跨中合龙 减少悬臂长度 南京长江大桥墩旁托架辅助悬臂施工 钢桥安装 悬臂法 南京长江大桥 万州长江铁路大桥悬臂安装 钢桥安装 拖拉法 方法 钢梁在桥头路基或临时赝架上进行拼装 安设 上滑道 下滑道 在滑道间放置滚轴 通过牵引设备 沿桥轴纵向拖拉钢梁至预定的桥孔 最后落梁就位 特点 工作条件好 容易保证质量 其次 钢梁的拼装工作可以与墩台基础的施工并列进行 可以缩短工期 但使用拖拉法需要有一定的拖拉牵引的设备 需要设置一定数量的滑道以及布置临时墩架等 更主要的是 拖拉法受建桥工点附近地形的限制 拖拉技术 在拖拉过程中 有时需要在永久性的墩 台之间设置临时性的中间墩架 以承托被拖拉的桥跨结构 称为半悬臂拖拉 若无临时墩架 则称为全悬臂拖拉 为使伸臂端尽早到达前方墩台 可在梁端前加设导梁 鼻梁 为保证钢梁在拖拉过程中的纵向稳定性 抗倾覆 有时尚需在平衡梁上采取压重等措施 对多孔等跨简支梁 拖拉时需临时连接为连续梁 钢桥安装 拖拉法 半悬臂拖拉 采用临时支墩 半悬臂拖拉 采用浮船 钢桥安装 拖拉法 续 全悬臂拖拉 采用导梁 全悬臂拖拉 孔跨临时连接 钢桥安装 浮运法 方法 在桥位岸边 将钢梁拼装成整孔后 利用码头把钢梁滚移到浮船上 再浮运至预定架设的桥孔上落梁就位 或直接采用大吨位浮吊 架梁要求 桥孔中有适当水深 钢梁底面距施工水位净空不宜过高 浮运过程中风力与