第六章-简支钢板梁和钢桁梁桥.ppt

2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,1,第六章简支钢板梁和钢桁梁桥,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,2,第一节钢桥概述,一般地，将桥跨结构用钢制成，无论其墩台用什么材料建造，均可称之为钢桥。与常用的其它建筑材料相比，钢材是一种抗拉、抗压和抗剪强度均较高的匀质材料，而其重量则相对较轻。因此，钢桥具有很大的跨越能力。当要建造的桥梁跨度特别大，荷载特别重，采用其它建筑材料来建造桥梁有困难时，一般常采用钢桥。钢桥的基本特点：构件特别适合用工业化方法来制造，便于运输，工地的安装速度也快，因而钢桥的施工工期较短；钢桥在受到破坏后，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。,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,3,一、钢桥所用的材料,钢种碳素钢（含碳量为0.030.25%的钢）、低合金钢（各种合金元素总含量不超过3的钢）钢材形状工字钢、角钢、槽钢、管钢，方钢，T形钢（型材）和钢板（板材）桥梁钢与结构钢钢号碳素钢（A3，A3q等），现标准：GB70088低合金钢（16Mn,15MnVN等），现标准：GB/T159194钢的工艺要求和使用要求对钢的化学成分和机械性能的要求化学成分合金元素：碳、锰、硅等，有害杂质：硫、磷等，表61，对钢的可焊性的一种评估机械（力学）性能拉伸试验（屈服点、延伸率、抗拉强度）冷弯试验：工艺指标和质量指标冲击试验：夏比（V形缺口）试件，钢桥抗脆断性能疲劳试验（与构造有关）,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,4,力学性能曲线,钢拉伸应力应变曲线,冲击值与温度关系曲线,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,5,二、钢桥的连接,钢桥连接指：包括将型钢、钢板组合成杆件与部件，也包括将部件及杆件连接成钢桥整体连接方式有：销接、铆接、焊接、栓接铆接：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，利用铆钉枪将钉身礅粗填满钉孔，并将另一端打成钉头。,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,6,焊接,第二次世界大战后，在钢梁制造引进了焊接技术。焊接结构的截面无孔削弱，比铆接结构省料，加工快，且可改善工人工作环境，但在野外高空作业时受到一定的限制。焊接指用电焊机等设备通过电能将被焊钢材和焊接材料熔化，形成一条焊缝把两个部件连接在一起。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。,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,7,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。摩擦式高强度螺栓连接杆件或构件内力N是通过钢板与拼接板表面的摩擦力来传递的。这一摩擦力则是由于高强度螺栓拧紧后，对钢板束施加了强大的夹紧力P产生的。扭矩法拧紧工艺栓焊钢桥,1高强度螺栓高强度螺母高强度垫圈拼接板5杆件,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,8,三、钢桥的结构形式及发展,结构型式：多种多样，各种桥式均可采用钢材作为建桥材料。20世纪5060年代，铁路桥梁多采用上承式简支钢板梁桥，跨度在2032m之间。在60年代，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=5680m），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5696m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（l96m），目前铁路桥或公铁两用桥是以连续钢桁架梁为主。公路钢桥的主要结构型式是悬索桥和斜拉桥。,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,9,桥例：成昆线三堆子金沙江桥,1969年，简支钢桁梁，192m,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,10,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宽人行道铁路桥全长1742.3，公路桥全长1755.8。正桥9孔，由1联4160带下加劲弦杆的平行弦菱形桁架梁桥和1联5128平行弦菱形桁架梁桥组成。在国内铁路桥上首次采和斜拉索单层吊索架悬臂拼装法架设1971年建成,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,11,桥例：成昆线泸沽安宁河桥,1970年，刚性桁梁柔性拱，112m,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,12,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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,13,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4108.0m连续钢桁梁及一联3108.0m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。此桥也是亚洲最长的大桥，1985年建成。,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,14,孙口黄河大桥,该桥是京九铁路重要工程之一，四联4108米双线铁路钢桁梁，全长1,735.2米，用钢13,600吨，主桁采用三角形桁架，上、下弦杆和支点处斜杆采用箱形截面，其余斜腹杆为工字形截面。该桥系中国首次采用整体节点构造，1997年建成,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,15,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，结合梁桥1、上承式板梁桥主要承重结构两片工字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。上承式板梁桥的构造较简单，钢料也较省，可以整孔装运，整孔架设，因此，它是用得最多的一种钢板梁桥。,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,16,上承式板梁桥组成及横断面图,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,17,32米全焊钢粱构造,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,18,2、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桥面不是搁置在主梁上，而是搁置在纵梁上。特点建筑高度h（自轨底至梁底）小，用料较多，制造也费工。,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,19,下承式板梁桥组成及横断面图,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,20,3、结合梁桥,结合梁桥用抗剪结合器或其他方法将混凝土桥面板与其下的钢板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，提高了桥梁抗弯强度，从而可以节省用钢量或降低建筑高度。公路结合梁桥铁路结合梁桥（施工繁琐，一般用于陡坡急弯地段）抗剪器公路：型钢，连接销铁路：联结角,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,21,公路结合梁桥,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,22,铁路结合梁桥构造图,抗剪器,抗剪器,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,23,抗剪器,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,24,桥例：石家庄南二环钢箱公路桥,最大跨度96m，开口钢箱22170剪力钉1999年竣工,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,25,二、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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,26,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）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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,27,铁路下承式简支桁架桥各组成部分,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,28,铁路下承式简支桁架桥各组成部分（续）,横梁,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,29,铁路上承式钢桁梁组成部分,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,30,二、主桁的几何图式,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,31,三、主桁的主要尺寸,桁高经济高度，跨度的1/51/10，满足桥上净空要求节间长度一般为桁高的0.81.2倍斜杆倾度与竖直线的交角在3050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3050范围内,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,32,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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,33,四、桁架内力分析原理,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）（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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,34,五、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）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）,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,35,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3108m996m，1999年5月竣工,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,36,构造示例（续，传统节点）,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,37,构造示例（续）,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,38,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（以上为预处理）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，保证质量制孔用覆盖式样板或立体式机器样板在零件上进行钻孔组焊将整备好的零、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、涂装、发送工地,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,39,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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,40,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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,41,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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,42,制造示例（边缘加工）,刨边机,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,43,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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,44,制造示例（焊接）,半自动埋弧焊,杆件组焊,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,45,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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,46,制造示例（试装）,钢桁梁试拼装（九江大桥第一联）,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,47,二、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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,48,钢桥安装：悬臂法,简支桁梁半悬臂安装示意图,临时杆件,吊机,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,49,减小悬臂内力和挠度的措施,一、临时加固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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,50,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,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,51,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（减少悬臂长度）,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,52,钢桥安装：悬臂法（南京长江大桥）,2020年4月27日,司秀勇：桥梁工程概论第六章,53,钢桥安装：拖拉法,方法：钢梁在桥头路基或临时膺架上进行拼装，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