钢桁架桥的结构设计与分析

1、Gqcr国骄梁网专注桥梁服务桥梁人钢桁架桥的结构设计与分析1、概述钢桁架桥以其跨越能力强、施工速度快、承载能力强、 耐久性好普遍应用于铁路桥梁。长期以来，由于钢材价格高，材料养护费用高，钢桁架桥梁在公路领域应用较少。 近年来, 随着我国炼钢水平的提高，国产的钢材品质已经完全能满足 结构安全的需要，同时随着钢结构防腐技术的提高，钢结构 桥梁越来越多的在公路工程领域得到应用。相比较我国当前100m左右中等跨径常用的桥型如连续 梁、系杆拱、矮塔斜拉桥等结构，钢桁架桥梁虽然建筑成本 高，但刨去成本控制的因素，钢桁架桥具有以下的几点优越 性：1.建筑高度低，由于钢桁架结构主桁主要由拉杆和压杆 构成，对杆

2、件界面的抗弯刚度要求不大，因此钢桁架的建筑 高度由横梁控制，在桥梁宽度不是非常大时可极大的降低桥 梁建筑高度，尤其适用于对桥梁建筑高度有严格限制的桥 梁；2.施工周期短，速度快。钢桁架施工可在工厂制作杆件， 运到现场拼装成桥，可采用顶推和支架拼装等方法，这使它 在很多工期较紧的工程（如重要道路的桥梁改建）和跨越重 要道路的跨线桥上成为桥型首选之一；3.随着钢结构防腐技 术的提高，钢桁架桥的耐久性大为提高，同时钢材作为延性 材料，结构安全性较混凝土桥梁高。正因为钢桁架桥梁的这 几方面的优点，桁架桥梁成为特定条件下的经济而合理的桥 型选择。2、结构设计公路桥位于江苏省境内，正交跨越京杭大运河，河口

3、宽95m ,通航净空要求90x7m ,桥梁主跨采用97m ,由于桥梁 中心至桥头平交处距离仅 140余米，若采用其他结构纵坡将 达到5%以上，经综合考虑，主桥采用 97m下承式钢桁架结 构。2.1主桁主桁采用带竖杆的华伦式三角形腹杆体系，节间长度5.35m，主桁高度8m,高跨比为1/12.04。两片主桁中心距为8.6m，宽跨比为1/11.2，桥面宽度为 8mGqcr国柄黑网专注桥梁服务桥梁人03国晰辨网Cnbridge. cn专隆桥梁服务桥梁人图1主桁一般构造图主桁上下弦杆均采用箱形截面，截面宽度500mm ,高度均为540mm，板厚2024mm ,工厂焊接，在工地通过 高

4、强度螺栓在节点内拼接。除端斜杆采用箱形截面以增加面 内外刚度外，其余腹杆均采用焊接H形截面，截面宽度500mm，高度均为 400mm，最大板厚 24mm。2.2桥面系桥面系为联合梁，由下面的钢梁和上面的桥面板结合而 成，其钢梁部分仍采用纵横梁体系。本设计横梁高870mm ,为工字形截面，与主桁在节点上通过高强螺栓连接；纵梁高 420mm ,也采用工字形截面，上翼缘与横梁上翼缘的底面齐 平，在纵梁腹板上设一对角钢与横梁腹板相连，横向每2m设置一道；桥面板采用钢筋混凝土结构，板厚 15cm ,与纵、横梁相交处带肋，板厚增至20cm ,通过剪力钉与横梁、纵梁相连。2.3上、下平纵联上、下平面纵向联结

5、系均采用交叉式，与弦杆在节点处 相连，以抵抗横向风力及弦杆变形产生的内力。在桁梁两端 斜杆所在的斜平面设置桥门架，上弦节点每个节点均设一道 横向联结系。2.4节点构造杆件以16mm厚节点板连接，连接采用M24高强锚栓, 设计预紧力为240kN。2.5技术指标工程用钢虽为600kg/ m2o3、结构计算主桥计算采用空间有限元程序midasCivil2010进行分析，主桁、横梁、上下平纵联采用桁架单元，桥面板采用厚GqH国骄梁网专注桥梁服务桥梁人板单元模拟。全桥共划分单元6624个，其中桁架单元3712个，板单元2912个。桥面铺装、防撞护栏等二期恒载采用 平面荷载施加在桥面板上，移动荷载采用车道

6、面加于桥面板 上，全桥模型如下:图2全桥计算模型3.1结构静力计算结构按如下工况进行计算，分别是工况一：自重+二期恒载；工况二：自重+二期恒载+整体升温+日照温差+汽车荷 载；工况三：自重+二期恒载+整体降温+日照温差+汽车荷载。 根据对结构进行计算分析，承载能力状态上弦杆压应力为 170.7MPa，下弦杆最大拉应力为 86.2MPa，均小于 Q345 钢设计容许应力，满足钢结构设计规范要求，其中上弦杆应 力控制设计。使用状态下横梁跨中承受正弯矩引起的弯曲应力，横梁与下弦杆节点处承受固端弯矩引起的二次应力，根据计算结 果横梁上下缘应力均满足规范要求，其中横梁上缘因节点固 端弯矩产生的最大压应力

7、为 120Mpa，控制设计。在使用状态下，汽车荷载产生的竖向挠度为5.7cm ,小于L/800=12.1cm，满足规范要求。自重 +二期恒载+汽车工 况下桁架跨中最大挠度为 21.8cm，大于L/1600=6.1cm ,需 要设置预拱度，根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86 )需设置自重+1/2活载产生的竖向挠度作为预 拱度，本桥预拱度采用18.9cm。3.2结构整体稳定计算由于桥宽较窄，故结构整体稳定性成为主要控制因数。本桥整体稳定采用 MidasCivil2010进行分析，结构一阶失稳 是上弦杆平面外失稳，临界荷载特征值系数为 25 ,满足规范 要求。4、结构防腐防腐作为

8、影响桥梁耐久性的重要方面，在设计中作了周密的考虑。对匚型构件所用的钢板需作预处理即：抛丸(或Gqcr国柄黑网专注桥梁服务桥梁人喷砂)除锈至Sa2.5级，喷涂醇溶无机硅酸锌车间底漆2030微米。(1 )钢结构外表面表面处理：喷砂除锈等级Sa2.5级，表面粗糙度2560 pm底漆水性无机富锌IC-100两道共80 pm封闭漆环氧磷酸盐封闭漆IC-123 一道20 pm中间漆环氧云铁中间漆 IC-200两道共100pm面漆丙烯酸聚氨酯面漆 IC-300两道共80 pm合计280皿(2) 匚型构件内表面表面处理：电动工具打磨焊缝至St3级。其它部位用电动工具清除浮尘及污染物。并用除

9、油剂清除油渍底漆环氧富锌底漆IC-101 一道或两道50 pm面漆环氧厚浆漆IC-302两道共200 pm(3) 纵横梁顶面表面处理：喷砂除锈等级 Sa2.5级，表面粗糙度2560 pm单层水性无机富锌IC-100两道共100pm(4) 高强螺栓连接面表面处理：喷砂除锈等级 Sa2.5级，表面粗糙度2560 pm低温潮湿季节涂装时单层无机富锌防锈防滑涂料IC-108两道共100pm高温干燥季节涂装时单层无机富锌防锈防滑涂料 IC-109两道共100皿5、施工方法本桥梁位于交通繁忙的航道，航道交通H非常大，不能 采用断航的施工方案，施工时所有杆件在工厂切割加工，在 桥梁引桥上现场拼装焊接成整体，采用浮运拖拉方案架设桥 梁，最后施工桥面板、铺装、护栏等桥面设施。6、结语(1) 钢桁架以其快速的施工速度，较大的跨越能力， 在桥梁建筑高度和建筑工期受限时，越来越多的作为桥型选 择的首选方案。(2) 钢桁架主桁设计时上弦杆为主要控制设计的构件, 设计时注意验算上弦杆的局部稳定和作为压杆的面内面外 稳定，确保结构安全。为了施工的方便，下弦杆的断面尺寸 可依据