桥梁工程概论 第6章-简支钢板梁和钢桁梁桥

第六章简支钢板梁和钢桁梁桥4/18/20231李亚东：《桥梁工程概论》第六章第一节钢桥概述

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：

①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；

②钢桥在受到破坏后，易于修复和更换；

③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。4/18/20232李亚东：《桥梁工程概论》第六章一、钢桥所用的材料钢种－碳素钢（含碳量为0.03~0.25%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：GB700－88

低合金钢（16Mn,15MnVN等），现标准：GB/T1591－94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6－1，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）4/18/20233李亚东：《桥梁工程概论》第六章

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

4/18/20234李亚东：《桥梁工程概论》第六章二、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。

4/18/20235李亚东：《桥梁工程概论》第六章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。

4/18/20236李亚东：《桥梁工程概论》第六章栓接（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２高强度螺母３高强度垫圈４拼接板5杆件

4/18/20237李亚东：《桥梁工程概论》第六章桥例：哈尔滨松花江大桥1900年5月16日正式动工；1901年8月22日全面完工；同年10月2日交付使用。全长1050.87米，宽7.2米，共有19孔。桥面铺设单轨铁道。4/18/20238李亚东：《桥梁工程概论》第六章由于桥梁钢质不良，1941年，桥梁普遍出现裂痕。为此，当时的铁路管理部门决定：限制双机牵引机车过桥，并将过桥车限制在每小时30公里以内。1928年虽进行过修复，但没有从根本上解决问题。建国后，经国家计委和铁道部批准，从1962年11月21日，开始对该桥进行全面大修。将原裂纹钢钎桥梁全部换成由山海关桥梁厂制造的——八空平弦穿式钢桁梁；同时在桥的两侧增设了宽1.2米，并装有行人扶栏的副桥，为两岸过往行人，特别是每年开、封江季节创造了过江的方便。1964年5月20日，大修工程完工，使过桥车速恢复到原设计水平（时速50公里），双牵引机车过桥也通行无阻。4/18/20239李亚东：《桥梁工程概论》第六章桥例：成昆线三堆子金沙江桥1969年，简支钢桁梁，192m4/18/202310李亚东：《桥梁工程概论》第六章桥例：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５ｍ宽单车道公路及1.45ｍ宽人行道铁路桥全长1742.3ｍ，公路桥全长1755.8ｍ。正桥9孔，由1联4×160ｍ带下加劲弦杆的平行弦菱形桁架梁桥和1联5×128ｍ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4/18/202311李亚东：《桥梁工程概论》第六章桥例：成昆线泸沽安宁河桥1970年，刚性桁梁柔性拱，112m4/18/202312李亚东：《桥梁工程概论》第六章宜宾金沙江大桥

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4/18/202313李亚东：《桥梁工程概论》第六章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。此桥也是亚洲最长的大桥，1985年建成。4/18/202314李亚东：《桥梁工程概论》第六章孙口黄河大桥

该桥是京九铁路重要工程之一，四联4×108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4/18/202315李亚东：《桥梁工程概论》第六章第二节钢板梁桥一、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。

4/18/202316李亚东：《桥梁工程概论》第六章上承式板梁桥组成及横断面图4/18/202317李亚东：《桥梁工程概论》第六章32米全焊钢粱构造4/18/202318李亚东：《桥梁工程概论》第六章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。4/18/202319李亚东：《桥梁工程概论》第六章下承式板梁桥组成及横断面图4/18/202320李亚东：《桥梁工程概论》第六章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（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4/18/202321李亚东：《桥梁工程概论》第六章公路结合梁桥4/18/202322李亚东：《桥梁工程概论》第六章铁路结合梁桥构造图4/18/202323李亚东：《桥梁工程概论》第六章抗剪器4/18/202324李亚东：《桥梁工程概论》第六章桥例：石家庄南二环钢箱公路桥最大跨度96m，开口钢箱Φ22×170剪力钉1999年竣工4/18/202325李亚东：《桥梁工程概论》第六章二、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

4/18/202326李亚东：《桥梁工程概论》第六章钢梁的整体失稳梁是结构的主要构件，梁在弯矩作用下上翼缘受压，下翼缘受拉。对于受压的上翼缘而言，有沿刚度较小的翼缘板平面外方向屈曲的趋势，但腹板和稳定的受拉下翼缘又对其提供了此方向约束力，使它不可能在这个方向上发生屈曲。

当外荷载产生的翼缘压力足够大时，翼缘板只能绕自身的强轴发生平面内的屈曲，对整个梁来说即上翼缘发生了侧向位移，同时带动相连的腹板和下翼缘发生侧向位移并产生整个截面的相对扭转角，这时称梁发生了整体弯扭失稳。4/18/202327李亚东：《桥梁工程概论》第六章钢梁的局部失稳

在钢梁中，当腹板或翼缘的高厚比或宽厚比过大时，就有可能在梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，组成梁的腹板或翼缘出现偏离其原来平面位置的波状屈曲，这种现象称为钢梁的局部失稳。

4/18/202328李亚东：《桥梁工程概论》第六章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）4/18/202329李亚东：《桥梁工程概论》第六章铁路下承式简支桁架桥各组成部分4/18/202330李亚东：《桥梁工程概论》第六章铁路下承式简支桁架桥各组成部分（续）4/18/202331李亚东：《桥梁工程概论》第六章铁路上承式钢桁梁组成部分4/18/202332李亚东：《桥梁工程概论》第六章二、主桁的几何图式4/18/202333李亚东：《桥梁工程概论》第六章三、主桁的主要尺寸桁高－经济高度，跨长的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4/18/202334李亚东：《桥梁工程概论》第六章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；常见型式箱形：抗扭刚度大，制造较费工4/18/202335李亚东：《桥梁工程概论》第六章四、桁架内力分析原理简化：空间结构→平面结构（两平面结构所共有杆件的内力叠加）（半）刚性连接→铰接，计算内力的修正横向框架次应力效应主桁下弦杆伸长对纵、横梁的影响4/18/202336李亚东：《桥梁工程概论》第六章五、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）4/18/202337李亚东：《桥梁工程概论》第六章构造示例（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4/18/202338李亚东：《桥梁工程概论》第六章构造示例（续，传统节点）4/18/202339李亚东：《桥梁工程概论》第六章构造示例（续）4/18/202340李亚东：《桥梁工程概论》第六章第四节钢桥制造及架设一、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4/18/202341李亚东：《桥梁工程概论》第六章制造示例（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

4/18/202342李亚东：《桥梁工程概论》第六章制造示例（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4/18/202343李亚东：《桥梁工程概论》第六章制造示例（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

4/18/202344李亚东：《桥梁工程概论》第六章制造示例（边缘加工）刨边机4/18/202345李亚东：《桥梁工程概论》第六章制造示例（制孔）覆盖式机器样板及钻孔套

数控钻床

摇臂钻床

4/18/202346李亚东：《桥梁工程概论》第六章制造示例（焊接）半自动埋弧焊杆件组焊4/18/202347李亚东：《桥梁工程概论》第六章制造示例（整形）↑H形杆件的焊接变形

↓H形杆件矫正机示意

←钢梁矫正

4/18/202348李亚东：《桥梁工程概论》第六章制造示例（试装）钢桁梁试拼装（九江大桥第一联）4/18/202349李亚东：《桥梁工程概论》第六章二、钢桥架设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。对钢梁安装起决定性影响的因素有：①桥址的地形条件；②桥址的气象条件；③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4/18/202350李亚东：《