第十章-连续钢桁梁

桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥一、连续钢桁梁桥概述在我国建造了一些有名的连续钢桁梁桥，如：武汉长江大桥（3×128m）南京长江大桥（3×160m）汉江长江大桥（4×128m）嘉陵江大桥（96m+144m+96m）金沙江大桥（112m+176m+112m）枝城长江大桥（4×160m+5×128m）等等桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥武汉长江大桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥南京长江大桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥南京长江大桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥汉江长江大桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥嘉陵江大桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥金沙江大桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥枝城长江大桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥京通铁路密云水库白河大桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥正在修建的南京大胜关长江大桥引桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥二、钢桁梁桥的优缺点1、与简支桁架桥相比的优点(1)连续桁架梁是超静定结构，有支点负弯矩的影响，与同跨度的简支梁相比，控制的杆件内力要小一些，所以大跨度的钢梁采用连续梁，也可达到节省钢材的目的，根据标准设计的资料，跨度大于100m的连续钢桁梁比简支梁约节省钢材4％～7％，跨度为2×64m或3×64m时，节省钢材虽不多，但却较简支梁便于架设。(2)连续钢桁梁安装架设方便，不论用悬臂法或拖拉法架设都不需要过多地对桁梁进行加固，也可以节省钢材。(3)连续桁梁若局部遭到破坏后，其余部分不易坠毁，修复也比较容易。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥(4)具有较大的竖向刚度和横向刚度。与同跨度的简支梁相比，连续桁梁具有较小的挠度，因而竖向刚度较大；连续桁梁的上下平纵联的横向支撑在各支点处的桥门架上，相当于水平方向的连续桁梁，具有较小的横向挠度，因而也具有较大的横向刚度；连续桁架桥的挠度曲线均顺连续，列车的冲击作用小，有利于高速行驶。2、与简支桁架桥相比的缺点(1)采用连续桁梁时必须考虑地质条件，若地质不良，地基可能发生沉陷，桁架的杆件内力会发生变化，因而连续桁梁最好设在岩层或经过处理的地基上。(2)连续桁架桥的固定支座通常设在中间支点上，使几跨的制动力集中在一个桥墩上，故制动墩受力很大，增加桥墩及基础的建设费用。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥(3)连续桁架桥的杆件、节点类型多，设计不宜标准化，中间支点承受负应力，使支座的设计复杂化。三、钢桁架桥的几何图式、主要尺寸、构造特点1．几何图式连续桁梁的几何图式选择，一般在100m以下常采用三角形桁式，如下图所示，这样桁架梁只属于外部超静定结构，计算比较简便。若建筑受到限制或设计更大跨度可采用再分式桁架连续梁，但增加了桁架内部的超静定次数。三角形几何图式桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥三角形再分桁式三角形再分桁式上述的几座有名的大桥几何图式是曲线弦桁式和加劲弦桁式，都是上述几种几何图式的变化而来。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥武汉长江大桥平行弦桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥南京长江大桥加劲弦桁式桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥南京长江大桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥汉江长江大桥平行弦桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥嘉陵江大桥加劲弦桁式桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥金沙江大桥桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥2．主要尺寸⑴两跨连续桁梁采用两跨度相等，三跨连续梁可采用边跨与中孔不相等，但边跨与中跨跨长的比例，要考虑端支点不会产生负反力，一般边跨的长度等于中间跨长的0.6~0.8左右，边跨弯矩和中跨弯矩就大致相近，跨度比例也比较协调、美观，但一般跨度小于100m的连续梁采用不等跨时，节约钢材有限，若不是桥位需要，一般都采用等跨布置。⑵连续梁的竖向、横向刚度都较简支梁有利，如连续桁梁的桁高仅需跨长的1/7~1/8左右，而简支桁梁则为1/5.5~1/6.5，在我国铁路钢桥的标准设计中，考虑到制造的标准化程度较高，所以连续桁梁的桁高、节间长度、主桁中心距一般还都采用与简支桁梁相同的模式。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥⑶大跨度连续桁架桥的杆件截面大，仍采用8m的节间长度，节点刚性所生的次应力较高，有时d=9.5m或d=12m。3．构造特点⑴桥门架下承式连续桁架桥中，除设置端桥门架外，还应在中间支点处设置中间桥门架，作用在上平纵联的横向水平力，不仅通过端桥门架，也通过中间桥门架传递到墩台上去。在中间支点处增设了桥门架，为上平纵联提供中间支承，使它成为一个连续的平面桁架，加强它的横向刚度。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥中间桥门架的结构图式，与前面所述的下承式桁架桥的横向联结系相似，用主桁杆件作为它的腿杆，并在腿杆上部增设楣杆。中间桥门架的布置有两种方法：一种是利用竖杆作为腿杆，在支点处形成一个竖直的中间桥门架，如下图所示桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥一种是利用支点处左右两斜杆作为腿杆，而在支点处形成左右两个斜的中间桥门架，如下图所示。⑵纵梁和制动撑杆简支桁梁的跨度大于80m时，应将纵梁断开。对于下承式连续桁梁来说，在恒载及活载作用下，同一跨间内的下弦杆，有的受拉，有的受压，其纵向变形量小于同跨长的简支桁梁。因此。跨度稍大于80m的连续桁梁，也可不设纵梁断开。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥纵梁不断开的连续桁梁，其制动撑架设在跨中，如下图所示。当连续桁梁受拉区长度大于80m纵梁需断开，则断开点设在跨中，而制动撑架则设置在支点与纵梁断开点间的中部，如下图所示。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥⑶支座的布置连续桁架梁的几个支点中只有一个支点设置固定支座，而作用在梁上的制动力却较同跨度的简支桁梁大几倍。制动力的绝大部分是通过固定支座传递到墩、台上去的，因此，最好将固定支座布置在高度较低而基础较好的墩、台之上，以使墩、台及基础的用料可以得到节省。①固定支座布置在端支点或桥台处的利与弊从下部结构的受力来看，将固定支座布置在端支点的桥台处可平衡桥台后的土压力是有利的。但从上部结构来看，这样的布置却带来下列几点缺陷：桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥a.使端节点的弦杆和斜杆受力不利。由于制动力大，它对支承节点所产生的弯矩也大。当桁梁为三角形腹杆体系时，则只有两根杆件分担，因此，端下弦杆及端斜杆将承受很大的弯矩。b.将固定支座设在端支承节点，使桁梁另一端由于活载及温度变化产生的总伸缩量较大，当伸缩量甚大时，将使梁端连接及线路构造变得复杂。c.将固定支座设在端节点对支座受力不利。当前面三孔均有活载，而第四孔无活载，见下图所示；若列车在桥上紧急制动，则端支点处的固定支座这时承受的竖向压力小而纵向水平力大。故支座底面与支承垫石间的水平摩擦力小，大部分纵向水平力将由锚栓承受。当水平力过大时，锚栓将产生弯曲变形，见下图所示。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥锚杆产生弯曲变形情况火车在三孔的布置情况桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥②固定支座布置在中间支点上的利与弊有利的方面：a.制动力对支承节点所产生的附加弯矩可由五根杆或四根杆分担，对交汇于该支承节点上的杆件受力有利。b.使桁梁活动端的总伸缩量变小，对线路及桥垮连接有利。不利方面：制动墩的圬工量大，特别要尽量避免将固定支座布置在高墩上。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥(4)温度跨度连续桁架桥温度跨度系指相邻两联桁梁固定支座的间距或与桥台毗邻的桁梁的固定支座至桥台挡碴墙的距离见下图所示。连续桁架桥的温度跨度往往较大，相邻两梁端之间或梁端与桥台挡碴墙之间需留有较大的净距，以便桁梁活动端可伸缩无阻。若此净距甚大，致使桥枕净距超过钢轨所能跨越的最大净距时，则此处应加设小滑梁，如下图所示。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥四、连续桁架桥的杆件截面初步拟定连续桁架梁为超静定结构，在求算杆件内力时，必须先知道杆件的截面尺寸。为此，在分析内力之前需先拟定杆件截面。杆件截面初步拟定有下列两种方法。1、等截面惯性矩梁法此方法是把连续桁架梁看成具有等截面惯矩的连续梁。例如，要拟定下图中弦杆截面，可先画出具有等截面惯矩的连续梁在4点处的弯矩影响线，并作为连续桁梁处的弯矩影响线，然后按影响线面积法求出处的弯矩,可求出弦杆的内力(为主桁的高度)。再根据此内力设计弦杆的截面。利用此方法可以求出主桁弦杆，然后选取各个杆件的截面。53AA4E4M53AAhM/4h53AA桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥由等截面惯性矩连续梁c点剪力影响线求得的剪力（恒载和活载）当作节间的剪力，则斜杆的内力为此法是把连续桁梁看成等截面惯矩的连续梁，因此，它只适用于平行弦的连续桁架桥。54EE54−Qθsin/54−Q桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥2、设桁架杆件为常数此法是把连续桁梁的杆件长度与其毛截面积的比值假定为一常数K。然后用结构力学解连续桁梁的方法求杆件内力，进而拟定杆件的截面尺寸。Al/lAAl/桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥五、连续桁架桥内力计算、截面选取及相关计算连续桁架桥所受的荷载同简支桁架桥一样；包括主力和附加力，主力包括：恒载、活载、列车摇摆力；附加力包括：横向风力和制动力等。1、主力作用下主桁杆件的内力计算主力作用下主桁杆件的内力计算计算图式采用平面铰接桁架的计算图式①等截面惯性矩梁法求主桁杆件的内力思路如下：a.利用等截面惯性矩梁法初选截面；b.利用结构力学力法的计算思路，计算在所求杆件在移动单位荷载作用下，杆件的内力变化，画出该杆件的内力影响线桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥c.按影响线加载法，计算恒载作用下杆件的内力；d.按影响线加载法，并按c.0.1和c.0.2（课本185页）中活载换算均布荷载和用标准活载的换算均布荷载对影响线加载时的规定来计算活载作用下杆件的内力；要考虑影响线的不规则，考虑歪曲系数和加载方法。e.根据列车横向摇摆力的规定，计算在横向力作用下主桁杆件的内力；特别说明：主桁杆件进行疲劳计算时，不考虑活载发展系数，动力系数改为运营动力系数。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥②桁架杆件为常数求主桁杆件的内力a.确定桁架桥杆件比值关系，初选截面；b.利用结构力学力法的计算思路，计算在所求杆件在移动单位荷载作用下，杆件的内力变化，画出该杆件的内力影响线c.按影响线加载法求恒载作用下主桁杆件的内力；d.按影响线加载法，并按c.0.1和c.0.2（课本185页）中活载换算均布荷载和用标准活载的换算均布荷载对影响线加载时的规定来计算活载作用下杆件的内力；要考虑影响线的不规则，考虑歪曲系数和加载方法。Al/Al/桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥d.根据列车横向摇摆力的规定，计算在横向力作用下主桁杆件的内力；特别说明：主桁杆件进行疲劳计算时，不考虑活载发展系数，动力系数改为运营动力系数。2、附加力作用下主桁杆件的内力计算①横向风力作用下主桁杆件的内力计算横向风力作用下主桁杆件的内力计算同简支桁架桥是一样的。是把平纵联看成水平放置的连续桁架，两端支承在端桥门架上，中间支承在中间桥门架上。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥②桥门架作用下主桁杆件的内力计算桥门架效应引起的主桁杆件的内力计算方法同简支桁架梁的计算方法相同。但作用在桥门架上的水平力大小可根据上平纵联由结构力学力法求解超静定结构支座反力得到。③纵向制动力作用下主桁杆件的内力计算制动力或牵引力的大小，按列车竖向静活载重量(相应于主力作用下求各该杆件内力时的活载)的10％计算。但当与离心力或列车竖向动力作用同时计算时，其值按竖向静活载的7％计算;按简支桁架桥的计算求出主桁杆件的内力。桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥3、主桁杆件的内力组合主力荷载产生的杆件内力及附加力产生的杆件内力后，要将它们按主力及主力+附加力进行组合。确定杆件内力，其方法同简支桁架桥一样。1.3~1.4主力+风力61.2主力钢梁安装51.45主力+次应力+制动力（风力）41.2主力+风力31.25主力+制动力21.0主力1容许应力提高系数内力组合序号桥梁工程第十章连续栓焊桁架桥4、主桁杆件截面选取和计算主桁杆件截面选取和计算、杆端连接、节点板同简支桁架桥相同，不多说。六、连续桁架桥、上拱度的设置1、挠度计算规定，由静活载(不计冲击力)所引起的竖向挠度连续桁架桥的边跨不应大于跨度的1/900，连续桁架桥的中跨不应大于跨度的1/750，所以钢桥设计不仅要检算强度、疲劳强度和稳定性还需要检算挠度