钢桥设计第一章

1、钢钢桥设计桥设计哈工大（威海）土木工程系哈工大（威海）土木工程系2014.5课程内容课程内容 钢桥概述钢桥概述 钢桥的设计方法钢桥的设计方法 钢板梁桥设计钢板梁桥设计 参考文献：参考文献：1.公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范 JTG D60-20042.公路桥涵钢结构及木结构设计规范公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ 025-863.铁路桥涵设计基本规范铁路桥涵设计基本规范TB10002.14.铁路桥梁钢结构设计规范铁路桥梁钢结构设计规范TB 10002.2-20055.公路钢结构桥梁设计规范公路钢结构桥梁设计规范 （报批初稿）（报批初稿）6. Bjorn Akesson , Und

2、erstanding Bridge Collapses Taylor & Francis第一章第一章 钢桥概述钢桥概述1.1 我国钢桥发展概况我国钢桥发展概况 我国是最早修建铁链悬桥的国家我国是最早修建铁链悬桥的国家 秦末（公元前秦末（公元前206年左右）陕西褒城马道驿寒溪铁链悬桥年左右）陕西褒城马道驿寒溪铁链悬桥 东汉（公元东汉（公元60年左右）云南景东地区澜沧江锻铁链悬桥年左右）云南景东地区澜沧江锻铁链悬桥 1706年（请康熙年（请康熙45年）四川泸定大渡河铁链悬桥年）四川泸定大渡河铁链悬桥 103m跨跨 比美国建造的比美国建造的23m跨铁索桥早近百年跨铁索桥早近百年 比号称世界最

3、早的英国比号称世界最早的英国30m铸铁拱桥也早铸铁拱桥也早70多年多年 泸定大渡河桥泸定大渡河桥桥长桥长103m 宽宽3m13根碗口粗锻铁链根碗口粗锻铁链9根做桥面根做桥面4根做护栏根做护栏两端系于直径两端系于直径20cm长长4m置于落井中的置于落井中的生铁铸成的锚桩上生铁铸成的锚桩上 旧中国钢桥发展缓慢旧中国钢桥发展缓慢 1865年发明平炉炼钢，年发明平炉炼钢，1870年轧出工字钢后，国外钢桥发展迅速。年轧出工字钢后，国外钢桥发展迅速。中国因处于半封建、半殖民地状态，钢桥发展缓慢，多为外国造。中国因处于半封建、半殖民地状态，钢桥发展缓慢，多为外国造。 1888年年 唐山唐山-胥各庄蓟运河铁路

4、桥胥各庄蓟运河铁路桥 英国设计，比利时施工英国设计，比利时施工 1896年年 哈尔滨松花江铁路桥哈尔滨松花江铁路桥 钢梁由俄国和比利时制造钢梁由俄国和比利时制造 1906年年 郑州黄河铁路桥郑州黄河铁路桥 比利时建造比利时建造 1937年年 浙赣铁路钱塘江公铁两用桥浙赣铁路钱塘江公铁两用桥 为我国著名桥梁专家茅以升负为我国著名桥梁专家茅以升负责设计和监造。桥梁总长责设计和监造。桥梁总长1453m，上层公路，下层铁路。，上层公路，下层铁路。 1937年年9月月26日建成，日建成，1937年年12月月23日炸桥，运行不到日炸桥，运行不到3个月个月 1953年年9月修复月修复钱塘江公铁两用桥钱塘江公

5、铁两用桥 上层双通道公路桥上层双通道公路桥桥宽桥宽9.1m,路宽路宽6.1m下层单线铁路桥下层单线铁路桥正桥由正桥由16孔孔65.8m简支钢桁简支钢桁梁和梁和2孔孔14.63m钢板梁组成钢板梁组成 解放初期钢桥技术的发展解放初期钢桥技术的发展 1956年年 武汉长江大桥武汉长江大桥 全长全长1670m 公铁两用公铁两用正桥由三联正桥由三联3128m连续铆接钢桁梁组成连续铆接钢桁梁组成借用苏联钢材和技术借用苏联钢材和技术材料材料A3钢钢 1968年年 南京长江大桥南京长江大桥公铁两用公铁两用含引桥含引桥铁路桥全长铁路桥全长6772m公路桥全长公路桥全长4589m主桥由主桥由一孔一孔128m钢桁梁

6、钢桁梁和三联和三联3160m连连续铆接钢桁梁组成续铆接钢桁梁组成钢材钢材16Mn由我国自主建成由我国自主建成1964年年 广西柳州浪江铁路桥广西柳州浪江铁路桥我国第一座栓焊钢桁梁桥我国第一座栓焊钢桁梁桥跨长跨长61.44m钢材钢材16Mnq高强螺栓高强螺栓40B较铆接较铆接A3钢桥每米省钢钢桥每米省钢12%19641970年成昆铁路建设中年成昆铁路建设中共有共有44座不同结构形式栓焊桥座不同结构形式栓焊桥其中泸沽安宁河大桥、桐模甸其中泸沽安宁河大桥、桐模甸2号大桥等均为号大桥等均为112m跨系杆拱栓焊钢桥跨系杆拱栓焊钢桥公路钢桥也有较大发展公路钢桥也有较大发展1955年年 武汉汉水桥武汉汉水桥

7、主跨主跨88m 刚性梁柔性系杆拱体系刚性梁柔性系杆拱体系1966年年 四川渡口二号桥四川渡口二号桥主跨主跨180m 钢拱桥钢拱桥1972年年 山东北镇黄河桥山东北镇黄河桥主跨主跨112.7m 连续钢桁梁桥连续钢桁梁桥1984年年 拉萨河达孜悬索桥拉萨河达孜悬索桥 主跨主跨500m 改革开放后钢桥获得大发展改革开放后钢桥获得大发展 结构形式多样化、设计方法更先进、钢材高强高性能化结构形式多样化、设计方法更先进、钢材高强高性能化 1987年年 东营黄河斜拉桥东营黄河斜拉桥 主跨主跨288m 1991年年 南浦公路斜拉桥南浦公路斜拉桥 主跨主跨423m 1993年年 杨浦公路斜拉桥杨浦公路斜拉桥 主

8、跨主跨602m 1993年年 九江长江公铁两用桥九江长江公铁两用桥 主跨主跨216m 1996年年 长江西陵峡公路悬索桥长江西陵峡公路悬索桥 主跨主跨900m 1997年年 香港青马公铁两用悬索桥香港青马公铁两用悬索桥 主跨主跨1377m 1999年年 江阴长江公路悬索桥江阴长江公路悬索桥 主跨主跨1385m 2000年年 南京长江公路斜拉桥南京长江公路斜拉桥 主跨主跨628m 2002年年 上海卢浦中承式钢箱拱桥上海卢浦中承式钢箱拱桥 主跨主跨550m 2008年年 苏通长江公路大桥苏通长江公路大桥 总长总长2088m 主跨主跨1088m 双塔双索面斜拉桥双塔双索面斜拉桥 列当年世界第二位列

9、当年世界第二位 总投资总投资64.5亿亿 1.2 钢桥的主要特点钢桥的主要特点1. 跨越能力大跨越能力大2. 最适合工业化制造最适合工业化制造3. 便于运输和安装便于运输和安装 、工期短、工期短4. 钢桥构件易于修复和更换钢桥构件易于修复和更换5. 钢材易锈蚀钢材易锈蚀 、养护费用高、养护费用高6. 车辆通过噪音大车辆通过噪音大7. 应重视稳定、应重视稳定、 疲劳疲劳 、冷脆和风振问题、冷脆和风振问题1.3 钢桥的主要类型和受力特点钢桥的主要类型和受力特点1. 梁桥梁桥 1）板梁桥）板梁桥 钢板梁广泛地应用于铁路桥以及钢混凝土组合桥梁，常见的样式钢板梁广泛地应用于铁路桥以及钢混凝土组合桥梁，常

10、见的样式有上承式板梁桥，下承式板梁桥和组合板梁桥。以受弯为主。有上承式板梁桥，下承式板梁桥和组合板梁桥。以受弯为主。主梁上平纵联端横联横撑横撑2）桁梁桥）桁梁桥 桁梁桥按桥面位置可分为上承式、下承式和双承式桁梁桥。一般在桁梁桥按桥面位置可分为上承式、下承式和双承式桁梁桥。一般在桥桥下净空不受限制时采用上承式，反之采用下承式，双层桁梁桥是在下净空不受限制时采用上承式，反之采用下承式，双层桁梁桥是在桁高范围内布置两个桥面，上层为公路桥，下层为铁路桥。桁高范围内布置两个桥面，上层为公路桥，下层为铁路桥。 桁梁桥以杆件承受轴力为主（整体受弯），杆力在节点处平衡。桁梁桥以杆件承受轴力为主（整体受弯），杆

11、力在节点处平衡。中间横联桥面纵梁桥门架主桁架下弦纵向联结系纵梁横梁端横梁上弦纵向联结系 组合桁梁桥通过焊钉连接件把钢桁架上弦杆与混凝土桥面板相连，使组合桁梁桥通过焊钉连接件把钢桁架上弦杆与混凝土桥面板相连，使两者成为一个整体共同工作，达到利用混凝土桥面板支援钢桁架上弦两者成为一个整体共同工作，达到利用混凝土桥面板支援钢桁架上弦承担压力的目的承担压力的目的,也达到省去上横联、简化结构体系、节省造价的目也达到省去上横联、简化结构体系、节省造价的目的。的。2013年10月13日，庐山西海景区码头栈桥垮塌。3）箱梁桥）箱梁桥 箱梁桥包括全钢截面和组合截面。钢箱梁是典型的闭口薄壁结构，箱梁桥包括全钢截面

12、和组合截面。钢箱梁是典型的闭口薄壁结构，整体抗弯、抗扭性能好。因箱壁较薄，须设置一定数量的加劲构件整体抗弯、抗扭性能好。因箱壁较薄，须设置一定数量的加劲构件（加劲肋、横隔板）保证其整体性和稳定性。（加劲肋、横隔板）保证其整体性和稳定性。 箱形梁在偏心荷载作用下的变形有三种基本状态：纵向弯曲，横箱形梁在偏心荷载作用下的变形有三种基本状态：纵向弯曲，横向弯曲及扭转变形。在弯扭作用下箱梁的横截面上将产生纵向正应力向弯曲及扭转变形。在弯扭作用下箱梁的横截面上将产生纵向正应力和剪应力，各板中会产生横向弯曲应力与剪应力。箱形梁在弯曲时剪和剪应力，各板中会产生横向弯曲应力与剪应力。箱形梁在弯曲时剪力流在横向

13、传递过程中有滞后现象，翼缘板的应力沿横向的分布是不力流在横向传递过程中有滞后现象，翼缘板的应力沿横向的分布是不均匀的，这种现象称之为均匀的，这种现象称之为“剪力滞效应剪力滞效应”。 下下图是波纹钢腹板组合梁桥。图是波纹钢腹板组合梁桥。其其优势在于波纹钢腹板具有较高的抗优势在于波纹钢腹板具有较高的抗剪切屈曲能力，可使腹板厚度减薄而无须增加加劲肋，节省了钢材和剪切屈曲能力，可使腹板厚度减薄而无须增加加劲肋，节省了钢材和焊接工作量。焊接工作量。 由于波纹钢腹板在桥梁纵向刚度很小，使上下混凝土翼缘板纵向变由于波纹钢腹板在桥梁纵向刚度很小，使上下混凝土翼缘板纵向变形较为自由，徐变、收缩、温差等的影响减小

14、，并大幅度提高了截面形较为自由，徐变、收缩、温差等的影响减小，并大幅度提高了截面的预应力效率。研究表明，同传统的混凝土箱梁相比波纹钢腹板桥的的预应力效率。研究表明，同传统的混凝土箱梁相比波纹钢腹板桥的自重大约可以减轻自重大约可以减轻20%。1970年6月2日位于英国威尔士的Cleddau 桥在建设中垮塌。该桥属于箱梁桥。2. 拱桥拱桥 拱桥拱桥以受压为主，拱圈承受压弯作用。以受压为主，拱圈承受压弯作用。 结构结构形式多种多样形式多种多样： 根据行车道的位置，可以做成上承式、中承式或下承式根据行车道的位置，可以做成上承式、中承式或下承式； 按照有无水平推力可分为：有推力拱桥、无推力拱桥；按照有无

15、水平推力可分为：有推力拱桥、无推力拱桥； 按照主拱圈所使用的材料：有钢拱桥、钢管混凝土拱桥等。按照主拱圈所使用的材料：有钢拱桥、钢管混凝土拱桥等。1）钢拱桥）钢拱桥 钢拱桥的结构形式多样，如钢桁拱和箱形肋拱。钢拱桥自重轻，易钢拱桥的结构形式多样，如钢桁拱和箱形肋拱。钢拱桥自重轻，易于运输和安装（如可采用悬臂施工），在要求工期短、施工受到外界于运输和安装（如可采用悬臂施工），在要求工期短、施工受到外界气候条件干扰大的桥梁施工中比较适用。气候条件干扰大的桥梁施工中比较适用。 钢拱桥一般水平推力相对较小，承载力高，但刚度较弱。钢拱作为钢拱桥一般水平推力相对较小，承载力高，但刚度较弱。钢拱作为压弯结构

16、，由于其跨径的不断增大，面外的稳定性成为桥梁运营及施压弯结构，由于其跨径的不断增大，面外的稳定性成为桥梁运营及施工安全的主要控制因素。下图为上海卢浦大桥总体布置图。工安全的主要控制因素。下图为上海卢浦大桥总体布置图。 卢浦大桥，双片提篮式拱，主跨卢浦大桥，双片提篮式拱，主跨550m，钢箱拱肋宽，钢箱拱肋宽5米，拱脚处高米，拱脚处高9米，渐变至拱顶处高米，渐变至拱顶处高6米，是目前世界上最大的钢箱拱肋截面，也是米，是目前世界上最大的钢箱拱肋截面，也是跨径最大的钢拱桥，跨径最大的钢拱桥，拱肋截面拱肋截面如如下下图所示。图所示。2）钢管混凝土拱桥）钢管混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥结成功的利用了钢材与混

17、凝土两种材料的优点，钢管混凝土拱桥结成功的利用了钢材与混凝土两种材料的优点，可以首先架设自重轻，强度、刚度均较大的钢管骨架，然后再浇注混可以首先架设自重轻，强度、刚度均较大的钢管骨架，然后再浇注混凝土形成钢管混凝土拱。混凝土在钢管的套箍作用下，其强度和塑性凝土形成钢管混凝土拱。混凝土在钢管的套箍作用下，其强度和塑性性能得到大大提高，内置混凝土增强了钢管壁的稳定性。性能得到大大提高，内置混凝土增强了钢管壁的稳定性。 拱肋横截面型式通常分为：单肋型、双肢哑铃型、四肢格构型、拱肋横截面型式通常分为：单肋型、双肢哑铃型、四肢格构型、三角形格构型和集束型。三角形格构型和集束型。 单肋断面主要用于跨径单肋

18、断面主要用于跨径80m以下的城市桥梁和人行天桥中。以下的城市桥梁和人行天桥中。 双肢哑铃形截面适用于跨径双肢哑铃形截面适用于跨径80m-120m的拱桥。的拱桥。宜宾南门桥，混凝土拱，钢吊杆。1990年11月通车，2001年11月7日发生吊杆腐蚀断裂。3. 斜拉桥斜拉桥斜拉桥属于缆索承重的组合体系，上部结构由主梁、索塔和斜拉斜拉桥属于缆索承重的组合体系，上部结构由主梁、索塔和斜拉索组成，它是一种桥面体系以主梁受压（密索体系）或受弯（稀索体索组成，它是一种桥面体系以主梁受压（密索体系）或受弯（稀索体系）为主、支承体系以斜拉索受拉及索塔受压为主的桥梁。系）为主、支承体系以斜拉索受拉及索塔受压为主的桥

19、梁。 索塔索塔斜拉索主梁 斜拉桥是由梁、塔、索三种基本构件组成的桥梁结构体系，塔梁斜拉桥是由梁、塔、索三种基本构件组成的桥梁结构体系，塔梁是主要承重构件，借助斜拉索组合成整体结构。是主要承重构件，借助斜拉索组合成整体结构。1）索塔）索塔 索塔索塔除受除受自身重力及斜拉索传递的主梁桥面系重力引起的轴向荷自身重力及斜拉索传递的主梁桥面系重力引起的轴向荷载外，载外，还受还受由风荷载或地震力引起的弯矩由风荷载或地震力引起的弯矩作用。作用。 索塔在顺桥向的形式有单柱式、索塔在顺桥向的形式有单柱式、A字形和倒字形和倒Y形等几种形等几种。后两种形。后两种形式构造复杂，较少采用。式构造复杂，较少采用。 索塔在

20、横桥向形式有单柱式、双柱式、门架式或索塔在横桥向形式有单柱式、双柱式、门架式或H形、形、A字形、字形、花瓶形、钻石形及倒花瓶形、钻石形及倒Y形等几种形等几种。 柱式索塔构造简单，但其承受水平荷载的能力较差。单柱式都用柱式索塔构造简单，但其承受水平荷载的能力较差。单柱式都用于单索面，双柱式用于双索面。于单索面，双柱式用于双索面。 门架式或门架式或H形索塔在两塔柱之间设有横梁，抵抗横向水平荷载的形索塔在两塔柱之间设有横梁，抵抗横向水平荷载的能力较强，一般用于桥面宽度不大的双索面斜拉桥。能力较强，一般用于桥面宽度不大的双索面斜拉桥。 A字形、花瓶形、钻石形及倒字形、花瓶形、钻石形及倒Y形索塔横向刚度

21、大，既适用于单形索塔横向刚度大，既适用于单索面，也适用于双索面，多用于大跨径桥梁中。索面，也适用于双索面，多用于大跨径桥梁中。2）斜拉索）斜拉索 斜拉索包括钢索和锚具两大部分，钢索承受拉力，设置在钢索两斜拉索包括钢索和锚具两大部分，钢索承受拉力，设置在钢索两端的锚具用来传递拉力。通过调整拉索索力，可以使斜拉桥总体结构端的锚具用来传递拉力。通过调整拉索索力，可以使斜拉桥总体结构处于最理想的工作状态。处于最理想的工作状态。 钢索应采用高强度钢筋、钢丝或钢绞线制作。拉索的主要形式有：钢索应采用高强度钢筋、钢丝或钢绞线制作。拉索的主要形式有：平行钢筋索、平行钢丝束、平行钢绞线、单股钢绞缆、封闭式钢缆。

22、平行钢筋索、平行钢丝束、平行钢绞线、单股钢绞缆、封闭式钢缆。3）主梁）主梁 包括桥面系在内的主梁，直接承受车辆荷载，是斜拉桥主要承重包括桥面系在内的主梁，直接承受车辆荷载，是斜拉桥主要承重构件之一。与很多其它体系桥梁相比，斜拉桥的主梁具有以下特点：构件之一。与很多其它体系桥梁相比，斜拉桥的主梁具有以下特点： 跨越能力大。主梁相当于多跨弹性支承连续梁。恒载弯矩显著减小。跨越能力大。主梁相当于多跨弹性支承连续梁。恒载弯矩显著减小。梁的建筑高度小。梁的建筑高度小。借助斜拉索的预拉力，可以对主梁进行内力调整，使结构在最终状态借助斜拉索的预拉力，可以对主梁进行内力调整，使结构在最终状态具有最优的弯矩包络

23、图。具有最优的弯矩包络图。可采用悬臂施工法，能借助斜拉索的联合作用来减轻施工机具对结构可采用悬臂施工法，能借助斜拉索的联合作用来减轻施工机具对结构的影响。的影响。 斜拉桥的主梁形式有工字形钢主梁、钢箱梁、钢桁梁以及钢混斜拉桥的主梁形式有工字形钢主梁、钢箱梁、钢桁梁以及钢混凝土叠合梁等。凝土叠合梁等。 工字形钢主梁一般采用两根工字形钢的工字形钢主梁一般采用两根工字形钢的“双主梁双主梁”布置。钢主梁之布置。钢主梁之间有钢横梁，钢桥面板与钢主梁及钢横梁相连接。钢桥面板底面焊有间有钢横梁，钢桥面板与钢主梁及钢横梁相连接。钢桥面板底面焊有纵向和横向的加劲肋，形成正交异性钢桥面系。拉索一般直接锚固在纵向和

24、横向的加劲肋，形成正交异性钢桥面系。拉索一般直接锚固在钢主梁上，要尽量避免在外伸的托架上锚固。钢主梁上，要尽量避免在外伸的托架上锚固。 下图为下图为德国德国Knie桥工字形钢主梁（尺寸单位：桥工字形钢主梁（尺寸单位：m） 流线型扁平钢箱梁抗弯、抗扭刚度大，抗风性能好，现代斜拉桥流线型扁平钢箱梁抗弯、抗扭刚度大，抗风性能好，现代斜拉桥中采用的越来越多。中采用的越来越多。 杭州湾跨海大桥南航道独塔斜拉桥扁平钢箱梁截面（尺寸单位：杭州湾跨海大桥南航道独塔斜拉桥扁平钢箱梁截面（尺寸单位：mm） 泰国湄南河桥单索面钢箱梁截面（尺寸单位：泰国湄南河桥单索面钢箱梁截面（尺寸单位：mm）4. 悬索桥悬索桥 悬

25、索桥的主要构件为桥塔、主缆、加劲梁、吊索、鞍座和锚固构造悬索桥的主要构件为桥塔、主缆、加劲梁、吊索、鞍座和锚固构造。根据锚固形式，悬索桥可分为根据锚固形式，悬索桥可分为： 地锚式地锚式 主缆拉力通过锚碇传给地基主缆拉力通过锚碇传给地基 矢跨比矢跨比1:10 自锚式自锚式 主缆拉力的水平分力传递给加劲梁，竖直分力由端支点主缆拉力的水平分力传递给加劲梁，竖直分力由端支点支支承承，适于地基承载力较差的桥位适于地基承载力较差的桥位 矢跨比矢跨比1:6根据根据加劲梁加劲梁形式，悬索桥可分为形式，悬索桥可分为： 钢桁架钢桁架式式 适应于交通量较大或公铁两用的双层桥面悬索桥适应于交通量较大或公铁两用的双层桥

26、面悬索桥 扁平钢箱梁式扁平钢箱梁式 抗风性能较好，耗钢量少，适用于单层桥面悬索桥抗风性能较好，耗钢量少，适用于单层桥面悬索桥 1）桥塔在横桥方向多为刚架式、桁架式或混合式。在恒载下轴向受压）桥塔在横桥方向多为刚架式、桁架式或混合式。在恒载下轴向受压为主，活载下以压弯为主。为主，活载下以压弯为主。 2）加劲梁由吊索挂在主缆上，主要起传力作用，所受纵向弯矩很小。）加劲梁由吊索挂在主缆上，主要起传力作用，所受纵向弯矩很小。 3）主缆、吊索主缆、吊索只承受拉力；主缆除承受自身恒载外，还通过吊索承受只承受拉力；主缆除承受自身恒载外，还通过吊索承受活载和加劲梁的恒载。现代悬索桥的主缆截面多由活载和加劲梁的

27、恒载。现代悬索桥的主缆截面多由5mm左右的钢丝左右的钢丝组成钢丝束股，再由若干根钢丝束股组成一根主缆。组成钢丝束股，再由若干根钢丝束股组成一根主缆。美国美国Tacoma Narrows大桥于大桥于1940年年7月开始月开始服役。于同年服役。于同年11月月7日日因风振而倒塌。因风振而倒塌。 主缆是几何可变体，主缆是几何可变体，矢跨比越小，拉力越大，对于地锚式悬索桥，矢跨比越小，拉力越大，对于地锚式悬索桥，结构的整体刚度也越大。恒载所占比例越大，主缆的形状越稳定，局结构的整体刚度也越大。恒载所占比例越大，主缆的形状越稳定，局部活载引起的变形越小，称为重力刚度。悬索桥的跨度越大，恒载比部活载引起的变

28、形越小，称为重力刚度。悬索桥的跨度越大，恒载比例越大，竖向活载引起的变形也越小，此时，增加加劲梁的抗弯刚度例越大，竖向活载引起的变形也越小，此时，增加加劲梁的抗弯刚度对减小悬索桥竖向变形的作用不大。对减小悬索桥竖向变形的作用不大。 4）鞍座是支承主缆的重要构件。通过它可使主缆中的拉力以垂直力和）鞍座是支承主缆的重要构件。通过它可使主缆中的拉力以垂直力和不平衡水平力的方式均匀地传给塔顶或锚碇处。不平衡水平力的方式均匀地传给塔顶或锚碇处。 悬索桥目前是跨度最大的桥梁形式，日本明石海峡大桥为最大跨悬索桥目前是跨度最大的桥梁形式，日本明石海峡大桥为最大跨径桥梁，跨度为径桥梁，跨度为960+1990+9

29、60m。1.4 钢桥的选材钢桥的选材 应根据结构形式、受力状态、连接方法及所处环境合理选择用材。应根据结构形式、受力状态、连接方法及所处环境合理选择用材。1. 主体结构用钢主体结构用钢 根据根据GB/T 714-2000桥梁用结构钢，目前主要为低碳钢和低桥梁用结构钢，目前主要为低碳钢和低合金钢：合金钢： 钢材牌号钢材牌号 质量等级质量等级 相当牌号相当牌号 Q235q C、D A3q、16q Q345q C、D、E 16Mnq Q370q C、D、E 14MnNbq 厚板可焊性好厚板可焊性好 Q420q C、D、E 15MnVNq 厚板可焊性好厚板可焊性好钢桥钢材的冲击韧性的最低要求钢桥钢材的

30、冲击韧性的最低要求 当温度低于常温时，随着温度的降低，钢材的强度提高，而塑性当温度低于常温时，随着温度的降低，钢材的强度提高，而塑性和韧性降低，逐渐变脆，称为钢材的低温冷脆。钢材的冲击韧性对温和韧性降低，逐渐变脆，称为钢材的低温冷脆。钢材的冲击韧性对温度十分敏感，下图给出了冲击韧性与温度的关系。度十分敏感，下图给出了冲击韧性与温度的关系。 为了工程实用，根据大量的使用经验和试验资料的统计分析，我为了工程实用，根据大量的使用经验和试验资料的统计分析，我国桥规对不同牌号和等级的钢材，规定了在不同温度下的冲击韧性指国桥规对不同牌号和等级的钢材，规定了在不同温度下的冲击韧性指标，如上表所示。标，如上表

31、所示。 钢材选择不当，钢桥会发生低温脆断或疲劳断裂破坏。如钢材选择不当，钢桥会发生低温脆断或疲劳断裂破坏。如1938年年3月的某天凌晨，比利时的月的某天凌晨，比利时的Hasselt Roat 全焊刚构桥因下弦脆断倒塌。全焊刚构桥因下弦脆断倒塌。温度冲击功T1(NDT)T2(FTP)T0断口结晶区面积(%)050100该桥为全焊桥，所有杆件均为焊接箱型截面，竖腹杆通过横向焊缝，与该桥为全焊桥，所有杆件均为焊接箱型截面，竖腹杆通过横向焊缝，与受拉弦焊接，所用钢材含碳量高，板厚较大，在建成受拉弦焊接，所用钢材含碳量高，板厚较大，在建成2年后的一个寒年后的一个寒冷的清晨脆断冷的清晨脆断疲劳和冷脆。疲劳

32、和冷脆。1962年年6月月10日的寒冷的早晨日的寒冷的早晨，澳大利亚墨尔本的，澳大利亚墨尔本的Kings桥桥在投入使用在投入使用15个月之后，发生个月之后，发生脆断。断裂发生于下翼缘盖板脆断。断裂发生于下翼缘盖板端部的焊缝处。端部的焊缝处。该桥使用高含碳量和含锰量的该桥使用高含碳量和含锰量的高强钢材，可焊性很差。高强钢材，可焊性很差。需验算疲劳的焊接构件选材：需验算疲劳的焊接构件选材： 当桥梁工作温度当桥梁工作温度 0t-20时选时选 Q235qC、Q345qC、Q370qD、Q420qD 当桥梁工作温度当桥梁工作温度 t-20时选时选 Q235qD、Q345qD、Q370qE、Q420qE需

33、验算疲劳的非焊接构件选材需验算疲劳的非焊接构件选材: 当桥梁工作温度当桥梁工作温度 t-20时选时选 Q235qC、Q345qC、Q370qD、Q420qD当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，应符合厚度向钢时，应符合厚度方向性能钢板方向性能钢板GB/T5313的规定的规定 2. 辅助结构用钢辅助结构用钢 Q235 B 碳素结构钢碳素结构钢 （GB 700） 连接型钢连接型钢 Q345 C 低合金结构钢（低合金结构钢（GB1591）3. 支座及索鞍、索夹等用铸钢支座及索鞍、索夹等用铸钢 ZG230-450、ZG270-500、ZG310-57

34、0 （ 相当于原相当于原ZG25、ZG35、ZG45） 一般工程用铸造碳钢（一般工程用铸造碳钢（GB/T11325）4. 销、铰、轴、斜拉索锚具等用钢销、铰、轴、斜拉索锚具等用钢 35号锻钢、号锻钢、45号优质碳素钢号优质碳素钢 优质碳素结构钢（优质碳素结构钢（GB/T600）5. 紧固件紧固件 高强螺栓高强螺栓 20MnTiB、35VB 合金结构钢技术条件（合金结构钢技术条件（GB3077） 钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈技术条件钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈技术条件 （GB/T1231） 普通螺栓普通螺栓 BL2、BL3 六角头螺栓六角头螺栓 （GB/T57

35、82） 铆钉铆钉 ML2 标准件用碳素热轧圆钢（标准件用碳素热轧圆钢（GB715） 锚栓锚栓 Q235、Q345 （GB 700）、（）、（GB1591） 6. 焊接材料焊接材料 圆柱头焊钉（栓钉）圆柱头焊钉（栓钉） 电弧螺柱焊用圆柱头焊钉（电弧螺柱焊用圆柱头焊钉（GB/T10433） 常用直径：常用直径：16、19、22 mm ,用于组合梁用于组合梁 焊条与焊剂焊条与焊剂 手工焊手工焊 碳素钢焊条（碳素钢焊条（GB/T5117）低合金钢焊条（）低合金钢焊条（GB/T5118） 自动焊自动焊 埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂（埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂（GB/T5293） 低合金钢埋弧焊用焊丝和焊剂（低合金

36、钢埋弧焊用焊丝和焊剂（GB/T12470） 焊接材料应与主体金属相匹配，当不同强度的钢材相焊时，宜采焊接材料应与主体金属相匹配，当不同强度的钢材相焊时，宜采用低配置焊接材料。需验算疲劳的构件宜采用低氢型碱性焊条。用低配置焊接材料。需验算疲劳的构件宜采用低氢型碱性焊条。铁路钢桥对焊接接头的冲击韧性要求铁路钢桥对焊接接头的冲击韧性要求 7. 斜拉桥拉索、悬索桥主缆索股、吊索等所用线材斜拉桥拉索、悬索桥主缆索股、吊索等所用线材 高强度钢丝（优先采用高强度钢丝（优先采用级松弛）级松弛） 桥梁缆索用热镀锌钢丝桥梁缆索用热镀锌钢丝 （GB/T17101） 斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件（斜拉桥热挤聚

37、乙烯高强钢丝拉索技术条件（GB/T18365） 钢绞线钢绞线 （优先采用（优先采用级松弛）级松弛） 预应力混凝土用钢绞线预应力混凝土用钢绞线 （GB/T5224） 高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线 （YB/T152） 钢丝绳（应选用钢丝绳（应选用级松弛）级松弛） 重要用途钢丝绳重要用途钢丝绳 （GB8918） 一般用途钢丝绳一般用途钢丝绳 （GB/T20118） 粗直径钢丝绳粗直径钢丝绳 （GB/T20067）要重视钢索的锈蚀问题！攀枝花金沙江大桥95年通车，2003年曾更换全部吊杆，但2012年12月10日，一根吊杆在锚固出因严重腐蚀而断裂，下横梁脱落。主跨主跨1

38、75米的广州海印大桥米的广州海印大桥1988年年底建成通车，年年底建成通车，1995年年5月月25日日9号拉索因号拉索因腐蚀断裂，经检查腐蚀断裂，经检查15号索也号索也有松动现象，被迫全部换索有松动现象，被迫全部换索，用时半年，耗资，用时半年，耗资2000万。万。2002年年9月月12日又一根钢索日又一根钢索突然断裂，打到一辆油罐车突然断裂，打到一辆油罐车的后视镜上。的后视镜上。显然钢索的防腐问题应十分显然钢索的防腐问题应十分重视。重视。8. 悬索桥锚头悬索桥锚头 热铸锚头铸体材料应优先采用低熔点锌铜合金。热铸锚头铸体材料应优先采用低熔点锌铜合金。 冷铸锚头铸体材料可由环氧树脂、铁砂、矿料、固化剂等组成，冷铸锚头铸体材料可由环氧树脂、铁砂、矿料、固化剂等组成，配合比由试验确定。配合比由试验确定。9. 钢材的弹性模量钢材的弹性模量 E=2.110e5 Mpa G=0.8110e5 Mpa 当缺乏试验资料时，钢丝绳弹性模量可取当缺乏试验资料时，钢丝绳弹性模量可取1.610e5 Mpa1.5 钢桥的发展展望钢桥的发展展望 钢桥应向高强、轻型、大跨、整体受力的新结构体系方向发展。钢桥应向高强、轻型、大跨、整体