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第九章下承式简支栓焊桁架桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥主讲内容：(1)概述（应用、组成、主要尺寸、分析原理）(2)主桁杆件的内力计算及相关计算(3)主桁节点的连接和拼接(4)桥面系和连接系(5)桁架桥挠度、上拱度设置(6)支座(7)相关算例说明桥梁工程第九章下承式简支桁架桥第一节概述1.下承式简支桁架桥应用桁架桥同混凝土桥梁相比自重轻，跨越能力大，结构形式合理，实用性强。下承式栓焊简支钢桁梁在铁路桥梁中应用较多，特别是在32m~80m的中等跨度的桥梁应用最为广泛，基本上在铁路桥梁中中等跨度的桥梁中占有绝对地位。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥2.下承式简支桁架桥各组成部分及其作用下承式栓焊简支钢桁梁由五个部分组成：主桁、桥面、桥面系、联结系和支座。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥下承式钢桁梁桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥下承式简支钢桁梁桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥下承式半穿钢桁梁桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥下承式半穿钢桁梁桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥下承式双线简支钢桁梁桥（三堆子金沙江大桥）桥梁工程第九章下承式简支桁架桥②桥面系是指纵梁、横梁及纵梁之间的联结系③联结系是指上平纵联、下平纵联、桥门架、中间横联①主桁是钢桁梁的主要承重结构，它由上弦杆、下弦杆、腹杆及节点组成。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。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥④铁路明桥面主要由正轨、护轨、桥枕、护木、钩螺栓及人行道组成。⑤支座是连接上部钢梁与下部基础并传递荷载的构造。特别说明：对于上承式钢桁梁的桥面系设在主桁上弦，主桁上、下弦长度相等。其构造同下承式钢桁梁桥梁工程第九章下承式简支桁架桥主桁结构桥梁工程第九章下承式简支桁架桥主桁结构桥梁工程第九章下承式简支桁架桥主桁节点桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥面系桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥面系桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥面系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桥梁工程第九章下承式简支桁架桥上平纵联桥梁工程第九章下承式简支桁架桥上平纵联桥梁工程第九章下承式简支桁架桥上平纵联、横联、桥门架桥梁工程第九章下承式简支桁架桥下平纵联桥梁工程第九章下承式简支桁架桥下平纵联与主桁节点的连接桥梁工程第九章下承式简支桁架桥中间横联桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥面桥梁工程第九章下承式简支桁架桥3.下承式栓焊简支钢桁梁荷载传递途径①竖向荷载：主要是列车竖向荷载，包括列车的动力荷载。竖向荷载纵梁横梁主桁节点主桁杆件支座墩台。②横向水平荷载：包括风力、列车横向摇摆力、曲线桥的离心力。横向水平荷载由平纵联承受，作用在上平纵联上的横向水平力先传给桥门架，再由桥门架传到支座和墩台上去，下平纵联直接通过支座传给墩台。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥面③纵向荷载：桥上列车变速引起的制动力或牵引力。制动力四根附加的短斜杆（制动撑杆）O及Oˊ点平纵联斜杆主桁节点主桁固定支座。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥4.主桁几何图示①选择主桁几何图示时应考虑的因素a.应满足桥上运输及桥下净空的要求；b.节约钢材；c.便于制造、运输、安装和养护；d.美观。总之，具体问题（地形、地质、水文、气象、运输条件等）具体分析。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥②几何图式的选用主桁的几何图示与腹板形式有关，考虑节约钢材、制造安装美观等因素，我国过去制造上采用机械样板钻孔，工地连接，因此选取的主桁几何图示，是按机械样板的要求选择的。对铁路下承式栓焊桁架桥的标准设计中，48m、64m、80m跨度的钢桁梁采用平弦三角形腹杆体系桁架；80m、96m、112m、128m采用上弦且为折线和三角再分形的桁架图示。当然，也有其他结构的腹杆体系，如“N”型、“米”型等。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥三角形腹杆体系桥梁工程第九章下承式简支桁架桥上弦为折线腹杆体系三角再分形腹杆体系桥梁工程第九章下承式简支桁架桥米型腹杆体系桥梁工程第九章下承式简支桁架桥N型腹杆体系现在钢梁制造上已经摆脱机器样板的约束，采用程序控制钻孔，随着计算理论和计算方法的不断提高，钢桁梁的几何图示也会更加的丰富。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥无竖杆三角形腹杆体系桥梁工程第九章下承式简支桁架桥无竖杆三角形腹杆体系桥梁工程第九章下承式简支桁架桥无竖杆三角形腹杆体系5主桁主要尺寸①主桁高度上下弦杆中心距。考虑因素：刚度要求，桥上净空，经济一般规定：约为跨长的1/5~1/10（经济高度）。标准设计中，三角形腹杆体系桁架桥采用的11m（单线铁路）；米字形腹杆体系桁架桥采用16m（双线）。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥标准设计桁架桥主桁高度②节间长度是指水平弦杆两个节点间的长度。主桁的节间长度影响到桥面系重量和弦杆拼接数量，与桁高和斜杆的倾角也有直接的关系。一般规定：下承式桁梁节间长度为5.5~12m或为桁高的0.8~1.2倍。标准设计中采用8m，非标准设计常采用4m、6m、12m。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥③斜杆倾度与桁高、节间长度有关，斜杆轴线与竖直线的交角以在30°~50°范围内为宜。④两主桁的中心矩下承式简支桁架桥两主桁的中心矩考虑：a.横向刚度：两主桁的中心矩与跨度之比；b.桥上净空要求（4.88m单线；8.88m双线）列车提速后，为了增加桥梁的横向刚度，减少横向振幅，新的标准设计，两主梁的中心距，单线6.4m；双线10.0m。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥⑤主桁杆件的截面形式主桁杆件的截面形式有H形、王形和箱形；我国钢桥设计中，H形杆件：b有460、600、720mm几种；h有260、440、600、760、920、1100mm。bh桥梁工程第九章下承式简支桁架桥H形杆件桥梁工程第九章下承式简支桁架桥H形杆件桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥盖板腹板纵肋王字形杆件箱形杆件桥梁工程第九章下承式简支桁架桥王形和箱形杆件桥梁工程第九章下承式简支桁架桥箱形杆件的构造桥梁工程第九章下承式简支桁架桥箱形杆件桥梁工程第九章下承式简支桁架桥箱形杆件桥梁工程第九章下承式简支桁架桥第二节主桁杆件内力计算主讲内容：(1)桁架桥杆件内力计算的基本原理(2)主力作用下主桁杆件内力计算；(3)横向附加力作用下的主桁杆件内力计算；(4)制动力作用下的主桁杆件内力计算；(5)主桁杆件计算内力的确定。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥1.桁架桥杆件内力计算的基本原理桁架空间结构桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桁架分解成的平面结构①将桥跨的空间桁架结构分成若干个平面桁架结构：主桁、纵梁、横梁、平纵联、横向联结系和桥门架。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥②将平面桁架结构中各杆件的轴线所形成的图形作为计算图式。③将节点（刚性连接）视为铰接。④当同一杆件是几个平面结构所共有时，需先将它在各个平面桁架内的内力求出，然后求代数和，作为其计算内力。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥⑤当由于将实际结构转化为各个平面计算模型产生的误差较大时，需要进行必要的校正：a.由于主桁弦杆变形所引起的平纵联杆件的内力。b.桥面系的纵、横梁和主桁弦杆的共同作用产生的内力c.由横梁、主桁竖杆和横向联结系的眉杆所构成的横向框架桥梁工程第九章下承式简支桁架桥d.节点刚性连接引起的主桁杆件附加应力（次应力），设计时，主桁杆件截面高度与其长度之比在连续桁梁中大于1/15时，简支桁梁中大于1/10时，应计算由于节点刚性所产生的次应力。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥2、作用在主桁杆件的力使主桁杆件产生内力有：主力和附加力主力：包括恒载、列车竖向活载、列车横向摇摆力、弯道桥的离心力。附加力：包括风力、制动力或牵引力。《铁桥规》规定：桥梁设计时仅考虑主力与一个方向的附加力相结合。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥3、主力作用下主桁杆件内力计算（1）恒载假定恒载包括桥跨自重（主桁、联结系、桥面系）和桥面重量（桥枕、钢轨、人行道等）。a.桥跨自重方法之一：根据已有的设计资料估算（设计手册）；方法之二：根据已有的设计资料推算，推算方法如下：1p2p1p[][]100101σσkkpp=桥梁工程第九章下承式简支桁架桥其中、、——拟设计的桥跨结构的自重、换算均布荷载及基本容许应力；、、——原设计中相同跨度的桥跨自重、换算均布荷载及基本容许应力。[][]100101σσkkpp=1p1k[]1σ0p0k[]0σ桥梁工程第九章下承式简支桁架桥b.桥面重量明桥面（包括双侧人行道）：当木步行板时，单线=8KN/m，双线=15KN/m；当为钢筋混凝土或钢步行板时，单线=10KN/m，双线=17KN/m。当采用有砟桥面，桥面重量需进行道砟板、道砟、轨枕和钢轨等的计算，规范中没有规定。c.每片主桁计算恒载强度2p()221ppp+=桥梁工程第九章下承式简支桁架桥（2）主桁杆件影响线及面积计算利用结构力学知识分别绘出上下弦杆、斜杆、竖杆及支点反力影响线，然后根据影响线求出影响线面积。领着同学们简单复习一下简支桁架桥影响线的绘制。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥弦杆影响线a.影响线的绘制桥梁工程第九章下承式简支桁架桥斜杆影响线桥梁工程第九章下承式简支桁架桥竖杆影响线支座反力影响线桥梁工程第九章下承式简支桁架桥b.影响线面积计算根据影响线求出影响线面积：弦杆：斜杆：竖杆：支座反力：Hll221=Ωθsin11212−=Ωndm()θsin11212dnmn−−−−=Ω′d=Ω2l=Ω桥梁工程第九章下承式简支桁架桥（3）恒载作用下主桁杆件内力计算其中——均布恒载强度（每片主桁的）；——杆件内力影响线面积的代数和。（4）活载作用下主桁杆件内力计算∑Ω=pNpp∑Ω()Ω+=′+=kNNkk)1(1μημη()Ω+=′+=kNNfkfk)1(1μμ桥梁工程第九章下承式简支桁架桥其中①静活载作用下的主桁杆件内力，a.—换算均布荷载（每片主桁的），按影响线最大纵坐标位置及加载长度求得;说明：对双线主桁的弦杆和斜杆，采用双线活载总和的90%；对双线桥中承受局部活载的杆件，如竖杆和纵、横梁等，采用双线活载总和的100%；kN′Ω=kNkkαlkk桥梁工程第九章下承式简支桁架桥当计算杆件的疲劳荷载时，双线桁桥的主桁杆件（受局部荷载的杆件除外），按单线偏心加载，并用杠杆分配于两主桁，并以双线系数修正，双线系数应符合《铁桥规》规定，见书中表4.3.2.b.—杆件内力影响线加载部分的面积（正负分开考虑）dγdγ桥梁工程第九章下承式简支桁架桥Ω②、活载的动力(冲击)系数、运营动力系数考虑列车过桥时的动力作用，动力系数采用当进行杆件的疲劳检算，不采用进行强度设计时采用的动力系数，而应采用运营动力系数：()μ+1()fμ+1()L++=+402811μ()Lf++=+401811μ桥梁工程第九章下承式简支桁架桥③活载发展系数a.引入目的：使现行设计的钢桥能在一定时期内满足机车车辆轴重的增加。b.使现行设计的钢桥能在一定时期内满足机车车辆轴重增加的方法：一种是让设计中用的活载等级大于现在运转的活载等级；一种是让设计容许应力小于实际的容许应力。我国使用的方法是上述后者。ηη桥梁工程第九章下承式简支桁架桥特别说明活载发展系数是用在使设计的桥梁各部件在强度检算时，能承受的活载均匀，对疲劳损伤没关系。所以在疲劳内力组合中，不考虑活载发展系数。()Ω+=′+=kNNkk)1(1μημη()Ω+=′+=kNNfkfk)1(1μμ桥梁工程第九章下承式简支桁架桥c.活载发展系数的推导设计钢桥时，规范规定在主力作用下的基本容许应力，但其实际上可供使用的应力则是。显而易见，按一定等级的中活载和基本容许应力,设计出来的钢桥实际上能承担更高等级的荷载。这个实际上能承担的更高等级的活载对设计活载的比值就是我们为该桥预留的活载发展倍数n，其值可用下法求出。η][σ][][σσm=′][σ桥梁工程第九章下承式简支桁架桥若以表示桁架杆件的计算截面积，表示恒载使该杆件所受的内力，表