第九章-下承式简支钢桁梁-03

桥梁工程第九章下承式简支桁架桥下承式桁架桥桥面系一、桥面系的构造1、桥面系一般构造钢桁梁的桥面系结构指列车行驶部分的结构系统，由纵梁、横梁及纵梁之间的联结系所组成。钢桥宜优先采用有碴桥面，当钢桥采用明桥面时，其明桥面的纵梁中心距不得小于2m。纵梁、横梁为采用钢板焊接成I字形梁，纵梁的联结系杆件一般采用角钢，其结构比较简单。纵梁与横梁的连接，纵梁联结系的连接采用高强度螺栓。桁梁的每个节间都设有横梁，纵梁必须在横梁处断开，纵梁长度与节间长度相同，纵梁与纵梁是通过鱼形板、角钢（等高）或鱼形板加牛腿（不等高）连接起来。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥面系构造桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥面系纵梁横梁纵梁间联结系桥梁工程第九章下承式简支桁架桥纵梁横梁纵梁间联结系桥面系桥梁工程第九章下承式简支桁架桥2、横梁与纵梁的连接(1)横梁与纵梁等高的连接单线铁路桁梁，常把纵、横梁做成一样高，使纵梁梁端连接构造简单一些。在纵梁腹板上设一对连接角钢，与横梁腹板相连。在纵梁上下翼缘上各设一块鱼形板，与横梁及相邻的纵梁的翼缘相连。这种构造简单，传力较好，目前常采用这种构造。见下图。角钢纵梁横梁鱼形板纵梁与横梁等高的连接纵梁桥梁工程第九章下承式简支桁架桥2、横梁与纵梁的连接(2)横梁与纵梁不等高连接对于双线铁路或节间长度较大的钢桁梁，其横梁受力较大．要求较大的梁高。若把纵、横梁做成一样高，对用钢量来说是不经济的。因此，在这种情况下，纵梁、横梁常采用不等高的形式。纵横梁不等高时连接方式有下列几种：①纵梁与横梁上翼缘平齐用鱼形板连接，纵梁下翼缘与横梁用牛腿连接；②如要求线路的建筑高度较低，纵梁顶面不能与横梁顶面平齐，而只能低于横梁顶面时，纵梁间的连接可通过在横梁腹板上挖扁孔，让纵梁鱼形板从此孔中通过。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥纵梁与横梁上翼缘平齐用鱼形板连接，纵梁下翼缘与横梁用牛腿连接纵梁间的连接可通过在横梁腹板上挖扁孔，让纵梁鱼形板从此孔中通过鱼形板纵梁横梁鱼形板纵梁横梁牛腿桥梁工程第九章下承式简支桁架桥纵梁与横梁的连接桥梁工程第九章下承式简支桁架桥纵梁与横联的连接横梁纵梁鱼形板桥梁工程第九章下承式简支桁架桥纵梁与横梁的连接横梁纵梁横梁与纵梁的连接角钢鱼形板桥梁工程第九章下承式简支桁架桥横梁纵梁与纵梁连接的角钢肢与横梁连接的角钢肢桥梁工程第九章下承式简支桁架桥纵梁与横梁不等高的连接横梁纵梁牛腿鱼形板横梁与纵梁连接角钢桥梁工程第九章下承式简支桁架桥纵梁与横梁不等高的连接桥梁工程第九章下承式简支桁架桥3、纵梁断开的连接钢桁梁桥面系和弦杆在荷载作用下其受力有共同作用，见下图所示。为了减小横梁与弦杆的共同作用所产生的水平弯距，因此，在主桁跨度大于80m时，必须把主桁中间的纵梁断开，设置活动纵梁。活动纵梁的结构见下图所示。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥活动纵梁的构造桥梁工程第九章下承式简支桁架桥4、横梁与主桁的连接标准设计中横梁与主桁的连接如下图所示，横梁端是用一对连接角钢以螺栓与主桁相连。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥当横梁梁端的反力甚大时(例如顶梁)，则梁端连接螺栓的数量需要较多。如梁端连接构造仍有时会感到连接角钢过短，螺栓难于布置。此时可在横梁端部加焊一块肱板，使连接角钢得以增长，横梁梁端连接形式见下图。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥横梁与主桁连接桥梁工程第九章下承式简支桁架桥横梁与主桁连接桥梁工程第九章下承式简支桁架桥二、纵梁和横梁的计算1、纵梁的计算每片纵梁在其梁端处，用连接角钢和鱼形板与横梁及相邻的纵梁相连。各片纵梁连接成为一支承在横梁上的连续梁。因此，纵梁的受力状态实际上类似弹性支承上的连续梁。而且这种弹性支承有很大的随机性。它的下沉决定于横梁与主桁的下挠，它的转角决定于横梁的扭转，纵、横梁连接的松动以及主桁节点的转动，其计算十分复杂。在实际设计工作中，为了简化计算，不是把纵梁当作弹性支承的连续梁来分析，而是把它看为简支梁。规定：①栓、铆接纵梁在竖面内的弯矩、剪力和反力，应按跨径等于两横梁中心距的简支梁计算；桥梁工程第九章下承式简支桁架桥②当设有鱼形板、牛腿或其他能承受支点弯矩的结构时，则纵梁与横梁的连接应能承受全部纵梁纵向力和支点弯矩，该弯矩可按纵梁跨中弯矩的0.6倍计算，而连接纵横梁腹板的角钢肢上的栓(钉)数量应按简支反力增加10％；③疲劳计算时，铁路纵梁和横梁布置在同一平面，当纵梁与横梁用鱼形板连接，纵梁可以承受支点弯矩时，则纵梁跨中弯矩取,支点弯矩取(为按简支梁计算的跨中弯矩)。纵梁的设计计算如下：(1)纵梁的内力计算(同上承式板梁桥内力计算相同)纵梁跨中弯矩和梁端剪力影响线见下图085.0M06.0M0M桥梁工程第九章下承式简支桁架桥纵梁跨中弯矩和梁端剪力影响线见下图跨中恒载弯矩：梁端恒载剪力：跨中活载弯矩：梁端活载剪力：(2)纵梁的应力计算包括：弯曲应力、疲劳强度、剪应力1Ω×=pMp2Ω×=pQp11)1(Ω×+=KMkμη22)1(Ω×+=KQkμη桥梁工程第九章下承式简支桁架桥二、纵梁和横梁的计算2、纵梁与横梁的连接计算纵梁端既需传递剪力，也需传递弯矩，计算时假设剪力全部由纵梁与横梁的连接角钢传递，弯矩由鱼形板传递。规定：①当设有鱼形板、牛腿或其他能承受支点弯矩的结构时，则纵梁与横梁的连接应能承受全部纵梁纵向力和支点弯矩，该弯矩可按纵梁跨中弯矩的0.6倍计算，而连接纵横梁腹板的角钢肢上的栓(钉)数量应按简支反力增加10％；②当不设承受支点弯矩的结构时，在连接于纵梁的竖角钢肢上的栓钉数量应按简支反力增加20％计算；在连接于横梁的竖角钢肢上的栓钉数量应按简支反力增加40％计算。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥连接计算(设承受支点弯矩的结构)①纵梁连接角钢的螺栓数量计算式中—高强度螺栓的容许承载力；Q—纵梁端剪力(KN)；—高强度螺栓数；1.1—连接纵横梁腹板的角钢肢上的高强度螺栓数量比按简支反力增加10％。②鱼形板的应力验算和连接螺栓计算计算鱼形板的应力时，按简支纵梁跨中弯矩的0.6倍计算，若上、下两鱼形板之间的距离为，则每块鱼形板所受之拉力为PQn1.1=Pn000hMN=0M0h桥梁工程第九章下承式简支桁架桥若计算鱼形板的疲劳强度时，其最大拉力和最小拉力的计算时；分别取按简支纵梁跨中最大弯矩0.6倍和最小弯矩的0.6倍。鱼形板应力计算和疲劳强度的验算如下：式中—鱼形板的净截面面积；—鱼形板的容许应力；—疲劳容许应力幅。][00σσ≤=AN][)(0tminmaxndσγσσγγ≤−0A][σ][0σ桥梁工程第九章下承式简支桁架桥每块鱼形板与纵梁翼缘连接所需的螺栓数：③纵梁的腹板稳定验算纵梁的腹板稳定验算主要是为了考虑是否需要设置竖向加劲肋。同上承式板梁桥的腹板稳定的规定相同。2、横梁及梁端连接计算①计算原则横梁与相连的主桁竖杆及横向联结系的楣杆形成横向框架，当纵梁的外力加载于横梁上时，横梁梁端不仅有剪力，而且还有负弯矩。但在实际设计中，偏于安全地将横梁截面按跨度等于两主桁中到中的简支梁内力进行验算。计算时，由于横梁自重对其内力的总值影响甚微，可忽略不计。在设计梁端连接时。应考虑由于闭合框架作用而产生的负弯矩的影响。PNn0=桥梁工程第九章下承式简支桁架桥②横梁内力分析横梁设计分端部横梁和中间横梁两种，横梁的截面形式为工字形梁。中间横梁的计算a、作用在中间横梁的外力横梁的受力情况如下图所示作用在横梁上的外力N等于两跨纵梁反力之和，N的影响线见下图所示。横梁所受的力N的影响线桥梁工程第九章下承式简支桁架桥纵梁上的恒载产生的内力：纵梁上的活载产生的内力：作用在横梁上的外力：b、横梁的内力计算横梁的内力计算见右图所示恒载产生的剪力：恒载产生的弯矩：lpNp⋅=lkNk⋅+=)1(μηkpNNN+=横梁受力计算图PpNQ=)2(bBNMpp−=桥梁工程第九章下承式简支桁架桥活载产生的剪力：活载产生的弯矩：横梁的内力为：③弯曲应力、剪应力、疲劳强度及换算应力验算验算的内容同上承式板梁桥的主梁，内容有：横梁上、下翼缘的弯曲应力；横梁剪应力；横梁下翼缘的疲劳强度；纵梁梁端与横梁连接处的横梁截面其所承受的剪力与弯矩均相当大，在此处还应验算换算应力。kkNQ=)2(bBNMkk−=kllpQ)1(μη++⋅=)2()1()2(bBklbBlpM−⋅++−⋅⋅=μη桥梁工程第九章下承式简支桁架桥④横梁端连接螺栓计算横梁与主桁连接的强度，计算应符合下列规定：a.当不设承受支点弯矩的结构时，在连接于横梁的竖角钢肢上的螺栓数，按简支反力增加10％计算，在连接于主桁的竖角钢肢上的螺栓数量，按支点反力增加20％计算。b.当设有承受支点弯矩的结构时，则全部弯矩由该结构承受；而连接横梁和主桁的竖角钢肢上的螺栓数量，仍按支点反力增加10％计算。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥④横梁端连接螺栓计算横梁与主桁连接的强度，计算应符合下列规定：a.当不设承受支点弯矩的结构时，在连接于横梁的竖角钢肢上的螺栓数，按简支反力增加10％计算，在连接于主桁的竖角钢肢上的螺栓数量，按支点反力增加20％计算。b.当设有承受支点弯矩的结构时，则全部弯矩由该结构承受；而连接横梁和主桁的竖角钢肢上的螺栓数量，仍按支点反力增加10％计算。不设承受支点弯矩的结构时，竖角钢肢上的螺栓数：—横梁梁端连接角钢与横梁腹板相连的螺栓数；—横梁梁端连接角钢与主桁连接的螺栓数；—高强度螺栓的容许承载力。1.11×=PQn2.12×=PQn1n2nP桥梁工程第九章下承式简支桁架桥⑤端横梁计算端横梁的作用有二：一是运行时承受纵梁传来的外力，此时所承受的力较中间横梁为小；二是钢梁安装或运营中常需要将整孔梁顶起，这时端横梁就作为顶梁使用，顶梁的千斤顶就放在端横梁的下面。通常端横梁截面与中间截面相同，只有在验算顶梁作用的强度不足时，才加大截面，每台千斤顶支承的压力等于一个支座支承的恒载反力。但在验算顶梁时，考虑到两台千斤顶可能发生顶力不均或其他因素。为安全起见，规定应将顶起荷载增加30％检算。强度验算方法与中间横梁相同，此时的容许应力应将基本容许应力提高20％。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥端横梁作顶梁用的加强加劲肋桥梁工程第九章下承式简支桁架桥端横梁受力计算见下图端横梁受力计算图桥梁工程第九章下承式简支桁架桥下承式桁架桥联结系一、平纵联1、平纵联腹杆体系主桁架的平纵联是由主桁相同弦杆平面及其间的腹杆所组成平纵联的腹杆体系很多，常见的几种图式：交叉式腹杆体系、菱形体系、有横撑的三角形腹杆体系。而菱形体系和有横撑的三角形腹杆体系，当弦杆变形时由于斜杆和横撑的作用使弦杆受到侧向弯曲，所以这两种腹杆体系应用较少。而交叉形的腹杆体系，当弦杆伸长或缩短时，弦杆变形比较均匀，弦杆只受轴向力，不会使弦杆受到侧向弯曲。因此，我国的桁架桥标准设计都采用这种形式，见下图所示。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥交叉形的腹杆体系交叉形上平纵联桥梁工程第九章下承式简支桁架桥2、平纵联的计算简支桁架桥的平纵联的计算图式是水平放置的简支铰接桁架，其计算跨度或等于主桁跨度，或等于主桁上弦端节点之间的距离。平纵联所受的荷载包括：横向风力，列车横向摇摆力，离心力(若是弯道桥)，由于弦杆变形所引起的力。交叉形的腹杆体系桥梁工程第九章下承式简支桁架桥(1)计算横向风力作用时的内力交叉形斜杆所产生的内力，假设节间剪力由交叉斜杆各承受一半，随着风向的不同每一根斜杆均可能受压或受拉。下承式钢桁梁的平纵联风力计算。主桁和桥面系(包括桥面)的风力应是全跨加载，列车上的风力则应按斜杆内力影响线之最不利的情况加载，如下图所示。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥(2)弦杆变形所产生的内力①纵向联结系斜杆内力在交叉形的纵向联结系中，应计算由于主桁弦杆变形或横梁变形所引起的联结系杆件的内力。由于主桁弦杆变形或横梁变形所引起的联结系杆件的内力，可按下列公式计算：交叉形斜杆因弦杆变形而生的内力：交叉形，当横梁兼作撑杆：ααα3d3pd2ddcossin21cosAAAAAANN++×=ααασα3d3bd2b2ddcossin41)sin6.0cos(AAAAANAN+++=桥梁工