钢桥设计第三章

1、第三章钢板梁桥第三章钢板梁桥3.1 钢板梁桥的类型及构造特点钢板梁桥的类型及构造特点1. 钢板梁桥的类型钢板梁桥的类型1） 按梁的支承情况分为简支梁、悬臂梁和连续梁。按梁的支承情况分为简支梁、悬臂梁和连续梁。 简支梁应用广泛，一般用于简支梁应用广泛，一般用于40m及以下的中小跨度桥。构造简单，及以下的中小跨度桥。构造简单，易于制作和安装，对支座不均匀沉降不敏感。易于制作和安装，对支座不均匀沉降不敏感。 连续梁可调节跨中和支座处弯矩，可减少支座数量，但对支座不均连续梁可调节跨中和支座处弯矩，可减少支座数量，但对支座不均匀沉降敏感。匀沉降敏感。2）桥梁的横向布置可分为简单式、主梁）桥梁的横向布置可

2、分为简单式、主梁+横梁式、主梁横梁式、主梁+横梁横梁+纵梁式。纵梁式。 简单式：主梁平行布置简单式：主梁平行布置 主梁主梁+横梁横梁 主梁主梁+横梁横梁+纵梁纵梁下承式桥的主梁下承式桥的主梁+横梁横梁+纵梁构造纵梁构造下承式桥的主梁下承式桥的主梁+横梁构造横梁构造2. 钢板梁桥的构造钢板梁桥的构造1） 钢桥的桥面板可用整浇钢筋混凝土板、钢桥的桥面板可用整浇钢筋混凝土板、预制钢筋混凝土板和带有纵横加劲肋的钢预制钢筋混凝土板和带有纵横加劲肋的钢桥面板。均应与钢梁有可靠的连接。桥面板。均应与钢梁有可靠的连接。 钢桥面板的纵肋截面分为开口和闭口钢桥面板的纵肋截面分为开口和闭口两类。纵肋间距与顶板厚度有

3、关，一般在两类。纵肋间距与顶板厚度有关，一般在300mm左右。横肋截面通常为倒左右。横肋截面通常为倒T形，其间距为纵肋的跨度。为使纵肋形，其间距为纵肋的跨度。为使纵肋通过，横肋上应设置槽口。通过，横肋上应设置槽口。2） 为保证桥梁的整体刚度和稳定，以及承受水平力，桥梁应设置纵横为保证桥梁的整体刚度和稳定，以及承受水平力，桥梁应设置纵横向联结系。向联结系。 上承式桥应在上下翼缘平面内设置纵向联结系。在桥梁两端及跨中设上承式桥应在上下翼缘平面内设置纵向联结系。在桥梁两端及跨中设置横向联结系。置横向联结系。 下承式开口式桥应设下翼缘平面的纵向联结系，且在每个横梁竖向平下承式开口式桥应设下翼缘平面的纵

4、向联结系，且在每个横梁竖向平面内设置半框架，用以提高上翼缘的横向稳定性。面内设置半框架，用以提高上翼缘的横向稳定性。3） 横向联结系应尽量与梁的上下翼缘连接。如与主梁的横向加劲肋相横向联结系应尽量与梁的上下翼缘连接。如与主梁的横向加劲肋相连时，该加劲肋应与主梁的受压翼缘焊连。连时，该加劲肋应与主梁的受压翼缘焊连。4） 为防止脆断和疲劳破坏，不得将各种辅助构件（如拉杆、人行道托为防止脆断和疲劳破坏，不得将各种辅助构件（如拉杆、人行道托梁及管道托架等）直接焊在主梁的翼缘上。不得在主梁的受拉翼缘上梁及管道托架等）直接焊在主梁的翼缘上。不得在主梁的受拉翼缘上布置横向焊缝。布置横向焊缝。5） 考虑到钢板

5、厚度可能有轧制负公差，且在长期运营中会产生腐蚀现考虑到钢板厚度可能有轧制负公差，且在长期运营中会产生腐蚀现象，因此，对钢梁各部分最小尺寸规定如下：象，因此，对钢梁各部分最小尺寸规定如下：主梁、行车系用钢板或型钢肢厚度主梁、行车系用钢板或型钢肢厚度 8mm （10mm）节点板、焊接梁腹板用钢板或纵梁与横梁及横梁与主梁连接用角钢节点板、焊接梁腹板用钢板或纵梁与横梁及横梁与主梁连接用角钢 10mm （12mm）填板厚度填板厚度 4mm 3.2 桥面系结构设计桥面系结构设计1） 桥面板设计桥面板设计 预制钢筋混凝土桥面板和带纵横加劲肋的钢桥面板，以支承桥梁（主预制钢筋混凝土桥面板和带纵横加劲肋的钢桥面

6、板，以支承桥梁（主梁、横梁或纵梁）间距为跨度，按简支梁计算。梁、横梁或纵梁）间距为跨度，按简支梁计算。 整浇钢筋混凝土桥面板根据其构造，可按简支梁或连续梁计算。整浇钢筋混凝土桥面板根据其构造，可按简支梁或连续梁计算。 钢桥面板系正交各向异性板。其顶板作为支承在肋上的盖板，按连续钢桥面板系正交各向异性板。其顶板作为支承在肋上的盖板，按连续各向同性板计算；桥面板（包括纵横肋）作为正交异性板处理，通常各向同性板计算；桥面板（包括纵横肋）作为正交异性板处理，通常按有效宽度法进行近似计按有效宽度法进行近似计 算。当纵肋平行于主梁时，算。当纵肋平行于主梁时， 可作为主梁上翼缘的一部可作为主梁上翼缘的一部

7、分参于主梁工作。分参于主梁工作。 2） 纵梁设计纵梁设计 纵梁的间距通常由桥面板确定，一般在纵梁的间距通常由桥面板确定，一般在2.02.5m左右。纵梁的跨中弯左右。纵梁的跨中弯矩、剪力和支点反力按跨径等于横梁中距的简支梁计算。矩、剪力和支点反力按跨径等于横梁中距的简支梁计算。 纵横梁腹板之间宜采用角钢连接。纵横梁腹板之间宜采用角钢连接。 当纵梁上翼缘设有鱼形板等能承受支点弯矩和纵向力时，该弯矩可当纵梁上翼缘设有鱼形板等能承受支点弯矩和纵向力时，该弯矩可按纵梁跨中弯矩的按纵梁跨中弯矩的0.6倍计算，此时，连接纵横梁腹板的角钢肢上的倍计算，此时，连接纵横梁腹板的角钢肢上的栓（钉）数量应按简支反力的

8、栓（钉）数量应按简支反力的1.1倍计算。倍计算。 当不设承受支点弯矩的结构时，连接于纵梁的竖角钢肢上的栓（钉）当不设承受支点弯矩的结构时，连接于纵梁的竖角钢肢上的栓（钉）数量应按简支反力的数量应按简支反力的1.2倍计算，连接于横梁的竖角钢肢上的栓（钉）倍计算，连接于横梁的竖角钢肢上的栓（钉）数量应按简支反力的数量应按简支反力的1.4倍计算。倍计算。3） 横梁设计横梁设计 横梁按跨径等于主梁中距的简支梁计算，要考虑由纵梁传来的竖向和横梁按跨径等于主梁中距的简支梁计算，要考虑由纵梁传来的竖向和纵向力的作用。纵向力的作用。 横梁与主梁的连接横梁与主梁的连接 当不设承受支点弯矩的结构时，连接于横梁的竖

9、角钢肢上的栓当不设承受支点弯矩的结构时，连接于横梁的竖角钢肢上的栓（钉）数量，按（钉）数量，按1.1倍的支反力计算；连接于主梁的竖角钢肢上的栓倍的支反力计算；连接于主梁的竖角钢肢上的栓（钉）数量，按（钉）数量，按1.2倍的支反力计算。倍的支反力计算。 当设有承受支点弯矩的结构时，全部支点弯矩由该结构承受，而当设有承受支点弯矩的结构时，全部支点弯矩由该结构承受，而连接主梁和横梁的竖角钢肢上的栓（钉）数量，按连接主梁和横梁的竖角钢肢上的栓（钉）数量，按1.1倍的支反力计倍的支反力计算。算。 当横梁作为半框架的一部分时，应计入由于横梁端部转角引起上翼缘当横梁作为半框架的一部分时，应计入由于横梁端部转

10、角引起上翼缘向内侧移后，因上翼缘轴力的水平分力引起的附加弯矩作用。该水平向内侧移后，因上翼缘轴力的水平分力引起的附加弯矩作用。该水平力作用于受压翼缘的形心处，方向朝半框架内；大小为受压翼缘纵向力作用于受压翼缘的形心处，方向朝半框架内；大小为受压翼缘纵向力的力的1%。该附加弯矩应加入组合。该附加弯矩应加入组合中进行验算。中进行验算。 当横梁兼做横向联结系的支杆时，还应考虑其作为支杆所受的力。当横梁兼做横向联结系的支杆时，还应考虑其作为支杆所受的力。3.3 钢板梁桥主梁设计钢板梁桥主梁设计1） 主梁的内力计算主梁的内力计算 主梁的荷载一般由横梁传来，当横梁数量较多时，在初选截面时可主梁的荷载一般由

11、横梁传来，当横梁数量较多时，在初选截面时可简化为均布荷载计算主梁内力简化为均布荷载计算主梁内力,下式为每根主梁所受恒载。验算时按下式为每根主梁所受恒载。验算时按实际情况计算。实际情况计算。 恒载恒载 （KN/m）式中：式中： 桥跨结构每米重桥跨结构每米重 （KN/m）; 桥面重（桥面重（KN/m） 活载集度为活载集度为 （KN/m） 弯矩：弯矩： ； 剪力：剪力：式中：式中： 所求截面上弯矩影响线的面积；所求截面上弯矩影响线的面积； 该截面上剪力影响线该截面上剪力影响线的面积。的面积。1212qqq1q2q1p1MMq p1QQq pMQ2） 桥梁的基本尺寸桥梁的基本尺寸 （ 首先根据选材原则

12、选定钢材）首先根据选材原则选定钢材） 主梁高度主梁高度 主要根据最大梁高、最小梁高和经济梁高确定。主要根据最大梁高、最小梁高和经济梁高确定。 最大梁高由桥梁的容许建筑高度确定。最大梁高由桥梁的容许建筑高度确定。 最小梁高由刚度条件确定：最小梁高由刚度条件确定： 经济梁高可由下列经验公式确定：经济梁高可由下列经验公式确定：式中：式中： 跨中最大弯矩；跨中最大弯矩； 经验系数，当最大弯矩处无孔眼时，取经验系数，当最大弯矩处无孔眼时，取1.05；有孔眼时取；有孔眼时取0.850.9。 最后选定的梁高应小于最大梁高，小于最小梁高，接近经济梁高。最后选定的梁高应小于最大梁高，小于最小梁高，接近经济梁高。

13、hmin51241wlhqwEpl 2swMh M 主梁中心距主梁中心距 主梁中心距系指两片钢板梁腹板中心线之间的距离，考虑下述问题主梁中心距系指两片钢板梁腹板中心线之间的距离，考虑下述问题确定：确定： 公路桥的车道数以及结构的平面布置方案；铁路桥的桥枕跨度。公路桥的车道数以及结构的平面布置方案；铁路桥的桥枕跨度。 桥跨结构的横向刚度，公路桥的纵向距不得小于跨度的桥跨结构的横向刚度，公路桥的纵向距不得小于跨度的1/20；公；公路桥不得小于路桥不得小于1/15,且不小于且不小于2.2m。 满足桥梁抗横向倾覆稳定性要求。满足桥梁抗横向倾覆稳定性要求。 腹板高度腹板高度 大约比梁高小大约比梁高小60

14、80mm；腹板厚度；腹板厚度 一般取一般取1012mm。 估算一个翼缘的面积：估算一个翼缘的面积：式中：式中： 、 分别为翼缘宽度和厚度；分别为翼缘宽度和厚度；wt0h20)(2hIIbtwxbt2hWInxxnxwMW30121htIww 可根据公路桥的焊接梁的受压翼缘的伸出肢宽度不宜大于可根据公路桥的焊接梁的受压翼缘的伸出肢宽度不宜大于400mm，也，也不宜大于其厚度的不宜大于其厚度的12倍倍（铁路桥伸出肢宽度不宜小于（铁路桥伸出肢宽度不宜小于240mm，也不，也不得大于其厚度的得大于其厚度的10倍）倍），确定其宽度和厚度。，确定其宽度和厚度。3） 钢板梁的验算钢板梁的验算 梁的验算包括强

15、度、整体稳定、局部稳定、疲劳和刚度验算。梁的验算包括强度、整体稳定、局部稳定、疲劳和刚度验算。4） 腹板加劲肋的设计腹板加劲肋的设计 腹板加劲肋的构造要求与钢结构完全相同。腹板加劲肋的构造要求与钢结构完全相同。 支承加劲肋的构造和计算与钢结构相同。支承加劲肋的构造和计算与钢结构相同。5） 梁翼缘与腹板之间的焊缝应能抵抗由于弯曲和直接作用于翼缘的垂梁翼缘与腹板之间的焊缝应能抵抗由于弯曲和直接作用于翼缘的垂直荷载共同作用所产生的剪力。可按钢结构方法验算，其中的垂直荷直荷载共同作用所产生的剪力。可按钢结构方法验算，其中的垂直荷载应取车道荷载的集中荷载载应取车道荷载的集中荷载 。6） 当用外贴翼缘板加

16、强钢梁时，其纵向截断点应伸出理论截断点意外，当用外贴翼缘板加强钢梁时，其纵向截断点应伸出理论截断点意外，伸出部分的焊缝长度按外贴板截面强度的伸出部分的焊缝长度按外贴板截面强度的50%计算，并将板端沿板宽计算，并将板端沿板宽方向做成不大于方向做成不大于1:2的斜角。的斜角。kP7） 满足下列条件可不验算钢梁的整体稳定：工字形截面简支梁受压翼满足下列条件可不验算钢梁的整体稳定：工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度（侧向支撑点间距）与宽度之比小于缘的自由长度（侧向支撑点间距）与宽度之比小于18（Q235q）、）、15（Q345q）；有钢筋混凝土板或钢桥面板固接于板梁的受压翼缘上。）；有钢筋混凝土板或钢桥面板固接于板梁的受压翼缘上。3.4 钢板梁桥的一般设计步骤钢板梁桥的一般设计步骤1. 根据设计任务书，确定桥梁跨度、桥宽及选用钢材。根据设计任务书，确定桥梁跨度、桥宽及选用钢材。2. 通过方案对比，选定桥梁类