简支钢板梁和钢桁梁桥总结

第六章简支钢板梁和钢桁梁桥内容：第一节钢桥概述第二节钢板梁桥第三节简支钢桁梁桥第四节钢桥制造及架设第一节钢桥概述铁：工业纯铁：含碳量通常在0.008%以下生铁(或铸铁)：含碳量通常在2.11%~5%，根据碳的存在形式，生铁分为白口铁（碳化物）和灰口铁（石墨）

钢：含碳量通常在2.11%以下的合金。以上各类铁金属材料的分类标准各国并不一致钢材的优点:1抗拉、抗压和抗剪强度均较高:

减小截面尺寸，重量较轻，建筑高度较小2材质较为均匀:

强度变异性不大，容许应力较高3明显的屈服台阶:

结构在破坏前发生显著变形，发出预警因此，钢桥具有很大的跨越能力和良好的使用功能钢桥的基本特点是：

①桥梁构件特别适合用工业化方法来制造，便于运输，工地架设或安装(erection)速度快，施工工期较短；②在受到损伤后，易于修复和更换；③普通钢材的耐候性差、易锈蚀，铁路钢桥采用明桥面时噪声大，维护费用较高，材料价格较高。1上承或下承式简支钢板梁多用于中小跨度的铁路桥2上承或下承式简支(或连续)钢桁架梁常用于较大跨度铁路桥(通常在60-200m跨度以内)3钢斜拉桥常用于大跨度在公路桥4钢悬索桥常用于大跨度在公路桥5钢-混凝土结合梁桥多用于城市桥梁本章主要介绍铁路桥一钢桥所用的材料钢桥所用的钢种主要是低碳钢和低合金钢两类。

低碳钢是指含碳量为0．03％一0．25％的钢；低合金钢是指各种合金元素总含量不超过3％的钢。

用来制造钢桥的钢又称桥梁钢，可视其为结构钢的一种。所选用的钢材，既要能适应制造工艺要求，又要能满足使用要求。钢的化学成分：指钢中的各种合金元素的多少。合金元素有碳、锰、硅等，强度较高的钢还包含微量元素铬、镍、钒、铌、氮等。有害杂质为硫、磷，其含量需加以限制。

钢的主要力学性能指标有强度、延伸率、断面收缩率、冷弯和冲击韧性。(1)强度强度指标是弹性极限、屈服强度(或屈服点)极限强度。(2)变形包括延伸率、断面收缩率、冷弯。(3)韧性钢材的韧性包括冲击韧性和断裂韧性，指钢材在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的能力，是钢材强度和塑性指标的综合表现。

脆性转变温度时的冲击值是桥梁用钢的低温冲击要求标准值。(4)疲劳

动荷载作用下，结构存在微小的缺陷而导致应力集中，这些潜在裂源点容易产生裂纹。循环次数的增加，裂纹会逐渐扩展，最后导致钢桥断裂。这种现象称为疲劳。结构出现肉眼可见裂纹前能承受荷载循环作用的次数(通长为200万次)，工程上称为结构或材料的疲劳寿命。影响钢桥疲劳寿命的因素很多，材质是重要的因素之一。按以前的习惯叫法：我国桥梁用钢系列按屈服点大致分成三级。240MPa级的有3号钢(A3q)、16桥(16q)；340MPa级的有16锰桥(16Mnq)、14锰铌桥(14MnNbq)；420MPa级的有15锰钒氮桥(15MnVNq-A，-B，-C)碳素钢，按其质地软硬程度，从1—7，分为7个号，号码越大者越硬。还按供货条件，只保证机械性能者用A(或甲)表示，只保证化学成分者用B(或乙)表示，对机械性能和化学成分均需保证者用C(或特)表示。桥梁钢，还在钢号后加一个q(或桥)字。对于低合金钢，是先列平均含碳量(以0．01％为单位)，然后依次列出其主要合金元素。若某合金元素平均含量不大于1．5％，在该元素之后就不加数字，若某合金元素平均含量是1．5％一2．5％，就在该元素之后加注2字。按现行标准，牌号表达方式为：

以代表屈服强度的拼音字母“Q”开头，后接屈服强度(以MPa为单位)，再接表示质量等级、脱氧方法等的符号。

低碳钢有Q195、Q215、Q235、Q255及Q275共5种，常用者是Q235(即A3钢)。质量等级分为A、B、C、D，共4级。对于A级，无韧性要求；对于B、C、D，均需用夏比V形缺口(CharpyV-notch)试件做冲击试验。

低合金高强度结构钢，计有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460；常用者是Q345(即16Mn钢)。质量分为A、B、C、D、E共5级。对于A级，无韧性要求；对于B、C、D、E，均需用夏比(V形缺口)试件做试验。对桥梁钢，另行制订了国标<<桥梁用结构钢》，常用者为Q345q系列钢(C、D、E三个等级)。除碳素钢和低合金钢外，

低合金超高强度钢(HighStrengthSteel,简称HSS)，其屈服强度大于700MPa。

耐候钢(weatheringsteel)

高性能钢(HighPerformanceSteel，简称HPS)它不仅保持了较高的强度，而且在材料的抗腐蚀和耐候性能、可焊性、抗断裂和疲劳性能等方面都比传统钢材有明显的提高和改善。

有些国家(包括我国)也曾试用铝合金和玻璃钢作建桥材料，特点是重量轻，耐腐蚀性好，但弹性模量和强度低，造价高。二、钢桥的连接钢桥连接有铆接、焊接和高强度螺栓连接(栓接)三种

1．铆接(rivetconnection)

铆接是钢桥连接的传统方式，使用历史很长。第二次世界大战后，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，且可改善工作环境(但在野外恶劣天气下作业时受到一定的限制)。铆接逐步被取代。2焊接焊接材料有焊丝、焊条、熔剂。焊缝的力学性能均要求不低于母材。钢桥上主要应用电弧焊(埋弧自动焊，气体保护焊)，采用的焊缝型式主要有两种，即熔透的对接焊缝和不熔透的贴角焊缝，见图6．3。焊接方法有自动焊、半自动焊和手工焊。在钢桥的工厂焊接工作中，大量采用自动焊和半自动焊。3栓接

高强度螺栓、螺母、垫圈-合称为连接副。直径：M12-M36，长度35-300mm；

钢桥中常用M22M24M27M30高强度螺栓主要有12.9级、10.9级、8.8级。10.9级在桥梁中最常用。

高强度螺栓施拧工艺很重要。常用扭矩法。铁路桥梁：目前基本上在跨度96m以下很少新建钢梁桥，以前大致在20-40m跨度采用钢板梁，48——96m多用钢桁梁。

目前跨度大于96m的铁路桥或公铁两用桥，以连续钢桁梁为主，例如，跨越长江的武汉长江大桥、南京长江大桥、九江长江大桥、芜湖长江大桥等。其他型式的铁路钢桥，如钢桁拱、钢管混凝土拱和斜拉桥等，应用有限。在铁路钢桥发展过程中，也曾采用过箱形简支梁、刚性梁柔性拱、斜腿刚构(等结构型式。公路钢桥：

在80年代及以前数量十分有限。近20余年来，钢桥得到迅猛发展，主要结构型式是拱桥、悬索桥和斜拉桥。第二节钢板梁桥一、常用的几种板梁桥1．上承式板梁桥

第三舒节芹钢饿板梁炮桥“明桥强面”桥面主尼要由桥懒枕、护树木、正遮轨等组愈成。桥枕档下刻藏槽，寨搁置道于主挪梁上册，用钉钩螺榆栓与喊主梁克上翼附缘扣微紧，伤以免熊行车椒时桥宰枕跳埋动。桥枕间败的净距辽，不宜要超过21废cm，这是处为了当盈列车在挤桥上掉泰道时，温车轮不凡致卡于竖两桥枕去之间，滑列车还甜能在桥消枕上继娘续滚动纲前进.桥面上精除正轨个外，还靠设有护眠轨。护外轨两端碌应延伸碍到桥台贡以外一禁段距离胶，并弯远向轨道贪中心。谱护轨的捷作用就桃是当列桨车掉道溪后，用庄以控制姿车轮前脑进的方惑向，避虎免发生智翻车事田故。在桥枕跟两端设值有护木，用螺变栓与桥糕枕连牢寒，护木启的作用卡是固定摧桥枕之逝间的相刊对位置冲。上第二难节桂钢浊板梁棵桥2下承式板梁桥主要承重结构是两片工字形板梁。在两片主梁之间，设置有由纵梁、横梁及纵梁之间的联结系组成的桥面系(floorsystem）

大大缩小了建筑高度(自轨底至梁底)。由于笑要满窗足建瓦筑限侵界的倡要求酷，无渠法设仓置上比平纵煤联，品故在旅横梁受与主恋梁之皂间，资加设肱板：1肱板对氏主梁上梢翼缘起钞支撑作文用，保舞证上翼纷缘及腹吉板的稳筛定；2肱板与吊横梁连刊成一片象，可起晃横联的败作用。下承舟式板灵梁桥扩与上迎承式冻板梁育桥相度比，舍在结传构方章面增功加了沫桥面慈系，客因此汇用料良较多括，制梳造也非费工倚；由炭于它堂的宽颤大，杨无法评整孔难运送让，因逐此，萌增添锅了运非输与高架梁丙的工棍作量宪。所以梦，当仅铁路趴桥梁铃采用捎板梁仇桥时头，应嗓尽可渠能不印采用拢下承竟式而珠采用岁上承目式。3．结合梁桥3结合梁用剪力态键或抗学剪结合闭器(sh违ear悄co歉nne魂cto闸r)或其他沾方法将室混凝土抄桥面板净与其下狮的钢板矮梁结与轰成整体黄的梁式咬结构，碑称为结芳合梁桥仁。在结合协梁桥中虹，混凝撒土桥面献板参与糊钢板梁标上翼缘鞠受匝，旨更高了秀桥梁的脑抗弯能贝力，从冷而可以窝节省用亮钢量或辉降低建授筑高度幅。试验等证明，石结合梁体承受超超载的潜忌力比钢繁梁要大撇。城市立切交桥中经常头采用结艳合梁，营可以加璃快施工度进度，那减少对嘱所跨越段道路的研干扰。使混凝聪土板与杆钢板梁爸结合牢朗固的措盈施是：在钢板汇梁上翼疮缘板面禽上设置旋剪力键(抗剪结伐合器）剪力键采的型式疗多样：1可采用拔一小段迟型钢；2可采烦用特痕制的搞抗剪父联结拳销，竟俗称光大头踏栓，羡形如今螺栓波，但妨无螺稼纹，谦一端但有一紧圆头中，用撒以阻米止混鞭凝土伤板竖妄向脱挺离钢词板翼孩缘。二、钢板梁桥的计算（以铁路上承式板梁桥为例）上承式板梁桥是由主梁、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。作用荷载主要有：竖向荷载(恒载和活载)和横向荷载(包括风力、列车摇摆力，在弯道上的桥还承受离心力)。

将桥跨结构作为空间结构来进行内力分析是比较繁杂的。在设计实践中，通常采用简化的计算方法，即把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内的荷载。根据简化：1竖向荷载则由主梁承受，并经支座传给墩台；

2横向荷载则由上、下平纵联承受。

计算时将上平纵联视作一个简支的水平桁架，两端支承在端横联上。主梁上翼缘是该桁架的弦杆，平纵联的斜杆和横撑是该桁架的腹杆。

把下平纵联也看作一个简支的水平桁架，它是由主梁的下翼缘和平纵联的斜杆及横撑所组成。作用鸭在上那平纵疮联的造横向慌水平尸力：列车素、桥灯面、挪主梁姐上半虚部所盛受的望风力假和列掀车摇滩摆力(列车摇谣摆力不筹与风力避同时计徒算)。作用尝在下渣平纵膊联的责横向宁水平办力：只有主袖梁下半档部所承保受的风狡力。由下平论纵联传内至主梁两端的厦横向反否力将直皱接传给贡支座。由上紫平纵尘联传渴到梁耍两端的横向纷反力将冶通过端并横联再药传给支暑座。1．板梁桥主要尺寸的拟定

板梁桥的主要尺寸是指：计算跨度主梁高度主梁中心距(1)计算跨度(2)主梁高度主梁高度A根据下列条件来决定：①用钢量最省；②主梁的竖向刚度(跨中挠度)应满足规范要求；③尽量使腹板宽度小于供货方便的钢板宽度，以避免不必要的拼接(splice)或裁切；④桥跨的建筑高度尽可能减小；⑤梁的总尺寸在运输限界之内；⑥为便于工厂制造，跨度相近的板梁(例如20m和24m的板梁)可采用相同的腹板宽度。从用料经济方面来考虑，根据理论推导并总结过去的设计资料，主梁的经济高度可用下从用料经济方面来考虑，根据理论推导并总结过去的设计资料，主梁的经济高度可用下式：从满足竖向刚度，可得容许最小高度，按挠跨比小于1/800可推出下式：(3)主梁中心距确定主梁中心距时应考虑下列几个方面的问题：

①桥枕的合理跨度桥枕的合理跨度大致在2．0—2．5m。②为避免桥跨结构在水平力作用下产生横向倾覆，且具有必要的横向刚度，要求主梁中心距不能太小。规范要求：两主梁中心距不宜小于跨度的1/15，且不应小于2m。

③应考虑用铁路架桥机整孔架设的可能性。

考虑了上述几方面的因素，我国铁路上承式板梁桥的主梁中心距定为2m。2主梁计算包括：内力计算、截面的选择和验算、加劲肋的计算等。在选定主梁截面时，需要考虑强度、稳定(板的局部稳定和梁的总体稳定)和刚度三个方面的问题。

(1)主梁内力计算沿梁选取若干截面(例如将梁分成8等份)，算出各截面处因恒载和活载产生的最大弯矩M和最大剪力Q。

(2)主梁截面选择主梁截面选择包括确定腹板和翼缘板的尺寸。腹板厚度一般可选用10mm或12mm，按照规范，主要构件所用钢板厚度不宜小于10mm，以免锈蚀后对截面削弱过大；对跨度等于或大于16m的焊接板梁，腹板厚度不宜小于12mm，以减小焊接所引起的变形。(3)截面应力验算按上殃述步庙骤所服选定箱的主旷梁截僻面尺蝇寸只旺是初假步的较，尚地需进签行较延精细呆的应禁力验汽算。绣内容霉包括醋主梁颠弯曲故应力吧、剪表应力罚、换贴算应右力的锦验算臭和疲渣劳强享度的呜验算滋。

(4)变截面梁可改变翼缘板的宽度或厚度来改变梁的截面。(5)翼缘与腹板的连接焊缝计算(6)梁的总体稳定

(7)主梁的局部稳定和腹板中加劲肋的布置

主梁的阀翼缘和距腹板都息是薄板晴，在外器力作用无下，如此果设计紫不当，躲则在梁罢中最大邪应力尚科未达到倾屈服强填度、结圾构尚未鸽丧失总徐体稳定犯之前，晒其翼缘孤或腹板尤可能局挪部出现怎翘曲(wa绣rp)而过馒早丧贵失稳虎定。对于锈受压若翼缘察板，野其局毙部稳词定性侦取决课于翼董缘伸雾出肢烫的宽相度(自腹泻板中塔心算糟起)对厚咏度的狐比值版。对于倒腹板兄，为放防止捞其在糟外力柄作用墓下丧各失局皂部稳捐定，婆通常舟用加星劲肋平来增润强其躺刚度伸。加劲肋橡本身应枪具有足觉够的刚驼度来支肉持腹板旱，使其迟在加劲束肋处不赛发生翘煮曲。第三秋节石简淋支钢饺桁梁乱桥一、流各组努成部橡分及付其作谎用钢桁及梁的布组成骂：1桥面2桥面齐系3主桁秆架4联结系5制动撑撕架6支座。桥面系由纵梁、横梁及纵梁间的联结系组成。主桁是钢桁梁的主要承重结构，它由上弦杆(chord)、下弦杆、腹杆(webmember)及节点(node或joint)组成。倾斜的腹杆称为斜杆，竖直的腹杆称为竖杆。杆件交汇的地方称为节点，纵向两节点之间称为节间，用节点板(gussetplate)及高强螺栓连接各主桁杆件。竖向荷肤载的传蔽力途径与是：荷载叶通过匠桥面灯传给吴纵梁询，由唱纵梁亮传给疫横梁窗，再谷由横垃梁传张给主运桁节死点，响然后惩通过搞主桁星的受怪力传渗给支偷座，费最后疾由支左座传隐给墩阀台及院基础璃。钢桁梁除承受竖向荷载外，还承受横向水平荷载(风力、列车横向摇摆力和曲线桥上的离心力)。由水平纵向联结系直接承担并向下传递。在两片主桁对应的弦杆之间，加设若干水平布置的撑杆，并与主桁弦杆共同组成一个水平桁架，叫做水平纵向联结系，简称平纵联。

在上弦平面的平纵联，称为上平纵联；在下弦平面的平纵联，称为下平纵联；下平纵联承担的横向水平力可直接通过支座传给墩台；上平纵联两端则支承在桥门架(portalbracing)顶端(桥门架由两根端斜杆及其间的撑杆组成)，横向水平力先传给桥门架，再经由桥门架传到支座和墩台。为增加桥跨结构横向刚度，并使两主桁架受力均匀，常在两主桁竖杆的上部加设若干垂直于桥纵向的撑杆(称为楣杆)，组成中间横联，其几何图式与桥门架相似。二、主桁的几何图式常用的主桁几何图式见下图

图(a)表示的几何图式称为三角型腹杆体系，是在华仑桁架(WarrenTruss，即该图中去掉所有竖杆后形成的桁架)的基础上再分形成的。具有这种图式的桁梁桥构造简单，部件类型较少，适应设计定型化，有利于制造与安装.图(b)中斜杆的布置有所变化，该类桁架称为豪式(Howe)桁架。在竖向荷载作用下，图(b)的竖杆较图(a)的竖杆受力大，受压斜杆的数量也较多，而且弦杆内力在每个节间都有变化，因而图(b)采用相对较少。图(c)一图(e该)为几种美上承式司桁梁的孕几何图诵式。对于中尸等跨度食的上承败式桁梁四桥，其驶主桁图胸式常用毒图(c培)，较少垒采用图(d)，这丛是因品为图(d)的端够竖杆永要传针递较发大的腥支承弯反力妇，且症用料左较多呀。对贼于小犁跨度及的桁汽梁桥骆，也随可做缴成图(e)所示屑的结斧构型糟式。对于特大跨度的桁梁，为同时满足:1桥梁工厂适应节长为8m的桁梁制造设备。2保持斜杆适当的倾度.3桁梁桥的竖向刚度要求。图(g)或图(h)可用作大跨度或特大跨度桁梁的图式。图(g)称为再分式，图(h)称为米字型。三、主桁的主要尺寸及杆件截面形式主桁的主要尺寸是指：主桁高度(简称桁高)、节间长度；斜杆倾度及两主桁的中心距，这些尺寸的拟定对桁梁桥的技术经济指标起着重要作用。(1)桁高从用钢量;挠度;满足建筑限界的要求。(2)节间长度节间长度对桁梁桥的用钢量有一定影响。节长较短，纵梁、横梁数量增多；但梁的截面可小，主桁腹杆也相应变短。一般下承式桁梁节间长度为5．5—12m，或为桁高的0．8—1．2倍。(3)斜杆倾度斜杆倾度影响到节点构造。斜度设置不当，不仅会影响节点板的形状及尺寸，而且使斜杆位置难以布置在靠近节点中心处，以致削弱节点平面外刚度，增加节点平面内的刚度。根据以往设计经验，斜杆轴线与竖直线的交角以在30一50度范围内为宜。(4)主桁的中心距主桁的中心距与桁梁桥的横向刚度有关。为了保证桥梁的横向刚度，主桁的中心距不应小于跨长的1／20。对于下承式桁梁桥，主桁中心距还必须满足建筑限界的要求；对于上承式桁梁桥，主桁

中心距与桁梁桥的横向倾覆的稳定性有关

主桁的主要尺寸:主桁高度(简称桁高)、节间长度、斜杆倾度及两主桁的中心距。(1)桁高从用钢量;挠度;满足建筑限界的要求。(2)节间长度节间长度对桁梁桥的用钢量有一定影响。节长较短，纵梁、横梁数量增多；但梁的截面可小，主桁腹杆也相应变短。一般下承式桁梁节间长度为5.5—12m，或为桁高的0.8—1.2倍。

(3)斜杆倾度斜杆倾度影响到节点构造。斜度设置不当，不仅会影响节点板的形状及尺寸，而且使斜杆位置难以布置在靠近节点中心处，以致削弱节点平面外刚度，增加节点平面内的刚度。根据以往设计经验，斜杆轴线与竖直线的交角以在30一50度范围内为宜。(4)主桁的中心距

主桁的中心距与桁梁桥的横向刚度有关。为了保证桥梁的横向刚度，主桁的中心距不应小于跨长的1/20.对于下承式桁梁桥，主桁中心距还必须满足建筑限界的要求；对于上承式桁梁桥，主桁中心距与桁梁桥的横向倾覆的稳定性有关.

(5)主桁杆件的截面形式主桁焊接杆件的截面形式主要有两类：H形截面和箱形截面。

H形截面构造简单，焊接容易，安装方便；截面两轴的回转半径相差较大。适用内力不很大的杆件或长细比相对较小的压杆。

箱形截面对两个主轴的回转半径相近，承受压力方面优于H形杆件，制造时比较费工，焊接变形也较难控制和修整。用于内力较大和长细比较大的压杆或拉一压杆件。四嚼桁梁内胳力分析章的基本建原理钢桁梁行的实际冤工作状里况：刚性农节点虽的空训间结兄构是屿高次毅静不榜定静富结构师。可鬼采用流空间狼整体院分析菠方法库。常用计柔算图式律的假定-铰接平培面结构展：将钢桁采梁划分概为若干怪个平面遇结构，右铰接节梳点，每捐个平面亭只承受用作用于帽该平面战内荷载愧的影响痰。主应力器与次应洗力简化计算误差主要表现在下列几个方面：①由于主桁弦杆变形所引起的平纵联杆件的内力。②桥面系的纵、横梁和主桁弦杆的共同作用。③横向框架。横向框架由横梁、主桁竖杆和横向联结系的楣部杆件所构成。当横梁在竖向荷载作用下梁端发生转动时，竖杆的上端和下端均将产生力矩。在设计竖杆时，应考虑此力矩的影响。④次身应力仔。主桁煮各杆校件是伴用高数强度混螺栓齿紧固全在节圣点板亦上，讯相当么于刚笛性连飞接，雹杆端姓难以边自由薄转动着。当逮主桁砌在荷珍载作盈用下雄发生小变形哈而节帝点转刘动时担，连铃接在葱同一歉节点复的各秘杆件秃之间直的夹角肆不能尝变化锅，迫滔使杆沟件发师生弯西曲，桑由此吩在主或桁杆涉件内决产生蒙附加齿的应纠力，悉这就秤是次选应力(s杂ec估on巴da庭ry杰s旱tr治es居s)。武汉兰长江傍大桥胶，即评武汉吹长江摄一桥弄（以禾下为陡其一哈组局蛛部照隐片）五、压主桁熟杆件瞎内力肉计算辆要点按照王铰接泡桁架淡计算抓各类