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2011-6-191第六章简支钢板梁和钢桁梁桥¾本章将继续就简支梁桥的设计和施工特点进行介绍。上一章的内容是针对混凝土简支梁桥进行讲解，这一章将面向钢简支梁桥进行介绍。从本章开始，课程将就现代桥梁的主要结构体系类型加以逐一介绍。¾一般情况下，我们把桥跨结构用钢制造的桥梁称为钢桥。格式各样钢桥中，简支钢板梁和钢桁梁桥是最基本的桥型，在我国铁路建设中广泛应用。随着我国经济技术的发展，在我国公路工程中，钢结构桥梁的应用也逐渐广泛，因此本章的学习对拓展桥梁专业知识的视野有很大的帮助。第一节钢桥概述第二节钢板梁桥第三节简支钢桁梁桥本章主要内容第四节钢桥制造和架设第六章知识点结构逻辑关系进入教学进入教学2进入教学进入教学一般而言，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。第一节钢桥概述1.1什么是钢桥？HarveyHe3BridgeDeptofSWJTU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第一节钢桥概述1.2钢桥的主要特点HarveyHe4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。z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）、高性能钢（高强、具备耐候和防断裂性能）z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）线材——用于混凝土结构z桥梁钢与结构钢前者引用自前苏联，后者用于美、日、欧盟z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（16M15MVN等）现标准GB/T7142000第一节钢桥概述1.3关于钢桥材料HarveyHe5BridgeDeptofSWJTU混合梁的使用在连续梁和斜拉桥的主梁中，部分采用混凝土主梁，部分采用钢主梁，这种布置方式称为混合式主梁布置，简称“混合梁”。低合金钢（16Mnq,15MnVN等），现标准：GB/T714－2000国家标准《钢铁产品牌号表示方法》GB221-2000z钢的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－合金元素：碳、锰、硅等，微量元素铬、镍、钒等，有害杂质：硫、磷等，表6－1，对钢的可焊性的一种评估–力学（机械）性能z拉伸试验（弹性极限、屈服点、极限强度、延伸率、断面收缩）z冷弯试验：检查工艺和质量的指标z冲击试验：夏比（V形缺口）试件，钢材韧性和低温抗脆断性能z疲劳试验（与材料和构造有关）第一节钢桥概述1.3关于钢桥材料HarveyHe6BridgeDeptofSWJTU钢材拉伸应力应变曲线冲击值与温度关系曲线2011-6-192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结构连接方式有：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1.4关于钢桥的连接方式第一节钢桥概述HarveyHe7BridgeDeptofSWJTU常用铆铆将半铆到，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。气动铆钉枪焊接：¾二战后，在钢梁制造引进了焊接技术。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。¾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。1.4关于钢桥的连接方式第一节钢桥概述HarveyHe8BridgeDeptofSWJTU条焊个部件¾焊缝主要有两种，即熔透的对接焊缝和不熔透的角焊缝¾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。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。1.4关于钢桥的连接方式第一节钢桥概述HarveyHe9BridgeDeptofSWJTU扭矩法拧紧工艺（手动、电动、气动扭矩扳手）栓焊钢桥91.4关于钢桥的连接方式第一节钢桥概述HarveyHe10BridgeDeptofSWJTU10梁结构级体系分类结构层次1.5钢桥的主要应用结构体系第一节钢桥概述HarveyHe11BridgeDeptofSWJTU拱组合索体系构件级构造级1.5.1梁与桁1.4钢桥的主要应用结构体系HarveyHe12BridgeDeptofSWJTURio-NiteroiinBrazil（主跨300m）2011-6-1931.5.1梁与桁1.4钢桥的主要应用结构体系HarveyHe13BridgeDeptofSWJTU桁的更多应用第一节钢桥概述1.5.1梁与桁HarveyHe14BridgeDeptofSWJTU第一节钢桥概述HarveyHe15BridgeDeptofSWJTUFirthofForthBridge第一节钢桥概述1.5.2拱桥HarveyHe16BridgeDeptofSWJTU上海卢浦大桥（主跨550m）重庆朝天门大桥（主跨552m）第一节钢桥概述1.5.3超强的索－悬索桥HarveyHe17BridgeDeptofSWJTU明石海峡大桥（主跨1991m）西堠门大桥（主跨1650m）第一节钢桥概述1.5.4组合体系－斜拉桥HarveyHe18BridgeDeptofSWJTU苏通长江大桥（1088m）2011-6-194结合梁养护容易养护困难造价高抗拉强度低抗压强度高造价低拉压强度高压板易失稳1.6.1钢与混凝土的对比与组合第一节钢桥概述1.6钢与混凝土的组合应用HarveyHe19BridgeDeptofSWJTU混凝土钢结合梁养护困难混凝土翼缘板(1)结合梁的使用结构设计中合理搭配构件或材料组合，以使得不同构件或材料发挥其优势特点。混凝土梁1.6.1钢与混凝土的对比与组合1.6钢与混凝土的组合应用HarveyHe20BridgeDeptofSWJTU钢梁如果二者无连接，受荷弯曲时各自变形，结合面存在相对滑移。二者通过剪力键连接，受荷弯曲时协调变形，结合面仅存在微小相对滑移。剪力键通过承担水平剪力来抵抗相对滑移，使得钢、混凝土协同受力，截面整体抗弯刚度大大提高。结合梁工作原理示意性图解1.6.1钢与混凝土的对比与组合(2)结合梁中的剪力连接器1.6钢与混凝土的组合应用HarveyHe21BridgeDeptofSWJTU钢梁顶面桥面后浇接缝HarveyHe22BridgeDeptofSWJTU的剪力钉(3)波形钢腹板结构的使用1.6.1钢与混凝土的对比与组合鄄城黄河大桥HarveyHe23BridgeDeptofSWJTU日本鬼怒川桥（主跨72m）HarveyHe24BridgeDeptofSWJTU2011-6-195(4)钢管混凝土拱的使用1.6.1钢与混凝土的对比与组合1.6钢与混凝土的组合应用¾在薄壁钢管内填充混凝土，形成两者共同工作的一种组合构件。¾基本力学特征是，管内混凝土受到钢管的约束，在承受轴向压力时发生的侧向膨胀受到限制而处于三向受压状态，从而具有比普通钢筋混凝土大得多的承载能力和变形能力。¾钢管既可看作是混凝土中的受力钢筋又可起到劲性骨架作用。HarveyHe25BridgeDeptofSWJTU¾钢管既可看作是混凝土中的受力钢筋，又可起到劲性骨架作用。1.6钢与混凝土的组合应用HarveyHe26BridgeDeptofSWJTU巫山长江大桥•中承式钢管混凝土拱桥，主跨460m。•目前世界第一大跨度的钢管混凝土拱桥。1.6.2钢梁与混凝土梁的对比及混合使用自重小混合梁钢梁混凝土梁轻柔刚重刚度大自重大刚度小1.6钢与混凝土的组合应用HarveyHe27BridgeDeptofSWJTU混合梁的使用贵贱强度低强度高强弱造价低造价高度大刚度小在连续梁和斜拉桥的主梁中，部分采用混凝土主梁，部分采用钢主梁，这种布置方式称为混合式主梁布置，简称“混合梁”。诺曼底桥，钢梁伸入主跨116米。重庆石板坡桥，主跨330mHarveyHe28BridgeDeptofSWJTU钢梁砼梁混凝土梁多多罗桥，边跨末端设置混凝土梁。砼梁钢梁混凝土梁TOC第二节钢板梁桥2.1钢板梁桥的主要形式钢板梁桥主要承重结构为两片工字截面的板梁。在主梁之间设置杆件联结。主要形式包括：上承式钢板梁桥、下承式钢板梁桥、叠合梁桥等。HarveyHe29上承式板梁桥下承式板梁桥第二节钢板梁桥2.1钢板梁桥的主要形式HarveyHe30铁路结合梁桥2011-6-196第二节钢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，横联桥面采用明桥面－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。2.2上承式钢板梁桥HarveyHe31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2.3下承式钢板梁桥第二节钢板梁桥HarveyHe32特点：¾建筑高度h（自轨底至梁底）小；¾用料较多（增加了桥面系），制造也费工；¾由于较宽而无法整孔运送，增加了装运和架梁的工作量。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）2.4上承式钢板梁计算要点第二节钢板梁桥HarveyHe33TOC计算内容主要尺寸的拟定（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）及节点组成第三节下承式简支钢桁梁桥3.1下承式简支钢桁梁桥的组成HarveyHe34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→支座组成－桥面、桥面系、主桁、联结系和支座桥面系－纵梁、横梁主桁－由上弦杆、下弦杆、腹杆（斜杆，竖杆）及节点组成联结系－上平纵联，下平纵联、横向联结系上弦杆竖向传力途径：纵梁-横梁-主桁节点-主桁-支座-墩台；横向传力途径：上平纵联-桥门架-支座；下平纵联-支座HarveyHe下弦杆节点竖杆斜杆HarveyHe36BridgeDeptofSWJTU2011-6-197桥面系－纵梁、横梁及纵梁间的联结系HarveyHe37BridgeDeptofSWJTU桥面－明桥面（正轨、护轨、桥枕、护木、钩螺栓及人行道）铁路下承式简支桁架桥各组成部分分解图HarveyHe38横梁桁高－经济高度，跨度的1/15~1/10，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3.2下承式简支钢桁梁桥的主要尺寸HarveyH