现代钢桥概论学习教案

1、会计学1现代现代(xindi)钢桥概论钢桥概论第一页，共25页。钢桥的主要特点(1)抗拉、抗压、抗剪强度高，抗拉、抗压、抗剪强度高，可承受拉、压、弯、剪，可承受拉、压、弯、剪，相对自重相对自重(zzhng)轻，跨越轻，跨越能力大能力大制造、安装方便，施工快制造、安装方便，施工快韧性韧性、延性延性好，易于修复和好，易于修复和更换更换材料的可回收、利用材料的可回收、利用1 12 23 34 4钢桥的主要结构形式与受力特点第2页/共25页第二页，共25页。行车时，噪声、振动大行车时，噪声、振动大易易腐腐蚀蚀1 12 2疲劳疲劳3 3影响钢材疲劳的影响钢材疲劳的主要因素主要因素： (1)(1)钢材品质

2、钢材品质(2)(2)荷载性质荷载性质(3)(3)应力状态应力状态(4)(4)连接的构造与方法连接的构造与方法(5)(5)构造细节构造细节(1)(1)选用足够韧性的钢材选用足够韧性的钢材(2)(2)避免应力集中避免应力集中(3)(3)避免截面的急剧变化避免截面的急剧变化(4)(4)避免隅角避免隅角如：箱型结构横隔板需要开孔，并要满足人如：箱型结构横隔板需要开孔，并要满足人员通过的最小尺寸要求员通过的最小尺寸要求保证保证结构结构的的可可维护维护性性 (3)(3)避免存在未栓和或未焊合的接触部避免存在未栓和或未焊合的接触部分，分，防止防止形成形成细缝吸水细缝吸水； (4)(4)避免小坑避免小坑和和凹

3、槽凹槽的存在，形成积水的存在，形成积水，可能积水的部位，要开泄水孔。，可能积水的部位，要开泄水孔。措施：措施： (1)(1)设计使用期内需多次设计使用期内需多次除锈除锈、除旧漆、重新涂装；除旧漆、重新涂装； (2)(2)所有可能腐蚀的部位都必须所有可能腐蚀的部位都必须有足够的有足够的空间空间和和人行通道人行通道；第3页/共25页第三页，共25页。结构(jigu)与受力一般一般(ybn)做成薄壁做成薄壁结构结构稳定稳定(wndng)问题问题局部失稳局部失稳结构刚度小结构刚度小限制杆件长细限制杆件长细比比限制挠度限制挠度限制钢桥宽跨比限制钢桥宽跨比疲劳因素疲劳因素构件和连接拉应力大小发生变化时，构

4、件和连接拉应力大小发生变化时，考虑考虑疲劳的影响；疲劳的影响；出现拉应力交替变化时，要出现拉应力交替变化时，要考虑考虑疲劳的影响。疲劳的影响。连接连接用高强螺栓或工地焊接拼装用高强螺栓或工地焊接拼装1 12 23 34 45 5钢桥结构与受力(2)第4页/共25页第四页，共25页。第5页/共25页第五页，共25页。钢桥设计的一般原则与计算要求一般要求和原则一般要求和原则(1)钢桥是高强、轻型薄壁结构，刚度相对较小，变形和振动钢桥是高强、轻型薄壁结构，刚度相对较小，变形和振动(zhndng)比混凝土桥大，因此，比混凝土桥大，因此，需要保证足够的整体刚度。规范对由汽车荷载引起的竖向挠度容许值作了规

5、定。需要保证足够的整体刚度。规范对由汽车荷载引起的竖向挠度容许值作了规定。1 1结构形式结构形式中国公路桥规中国公路桥规中国铁路桥规中国铁路桥规日本日本 公路公路 美国美国 公路公路简支桁梁简支桁梁L/800L/900L/600连续桁梁连续桁梁 边跨边跨连续桁梁连续桁梁 中跨中跨L/800L/900L/600L/800L/750L/600简支或连续板梁简支或连续板梁L/600L/800L/500L/800梁的悬臂端部梁的悬臂端部L/300L/300L/300斜拉桥斜拉桥L/400L/350悬索桥悬索桥L/400L/400L L：计算：计算(j sun)(j sun)跨径或悬臂长跨径或悬臂长度度

6、第6页/共25页第六页，共25页。恒载挠度恒载挠度(nod)较大时，桥跨结构应设预拱度。较大时，桥跨结构应设预拱度。234钢桥成型钢桥成型(chngxng)后，后，桥面线性尽可能与线路设桥面线性尽可能与线路设计线性一致计线性一致公路公路(gngl)钢钢桥规范桥规范:结构重力结构重力产生的竖向挠度：产生的竖向挠度：静活载静活载产生的竖向挠度产生的竖向挠度：1w2w12/1600wwL1212sww且，,应设预拱度应设预拱度s，考虑焊接产生的结构变形考虑焊接产生的结构变形保证必要的横向刚度保证必要的横向刚度防止钢桥的横向失稳和过大的横向振动防止钢桥的横向失稳和过大的横向振动一般从一般从构造构造和和

7、结构尺寸结构尺寸两方面保证结构的横向稳定两方面保证结构的横向稳定1w钢桥跨长：钢桥跨长：l桥宽：桥宽：b20lb若，要验算横向稳定要验算横向稳定一般稳定系数不小于一般稳定系数不小于1.34 保证必要的保证必要的横向刚度横向刚度防止钢桥的横向失稳和过大的横向振动防止钢桥的横向失稳和过大的横向振动一般从一般从构造构造和和结构尺寸结构尺寸两方面保证结构的横向稳定两方面保证结构的横向稳定5 施工过程中，满足施工过程中，满足应力和变形应力和变形的要求的要求公路钢桥规范：公路钢桥规范：施工验算，起顶设施及结构本身都应按起顶重力增加施工验算，起顶设施及结构本身都应按起顶重力增加30%3 考虑焊接产生的考虑焊

8、接产生的结构变形结构变形公路钢桥规范公路钢桥规范:公路钢桥规范公路钢桥规范:第7页/共25页第七页，共25页。6对构件应规定钢板和型钢的最小厚度对构件应规定钢板和型钢的最小厚度将轧制将轧制(zh zh)负公差、运营过程中的锈蚀影响考虑在内负公差、运营过程中的锈蚀影响考虑在内除临时结构和钢桥面板的闭口加劲肋除临时结构和钢桥面板的闭口加劲肋结构各部分截面结构各部分截面(jimin)最小尺寸为：最小尺寸为：主梁、行车系、联结系用钢板或型钢肢厚度主梁、行车系、联结系用钢板或型钢肢厚度8mm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肢厚度节点板、焊接梁腹板用钢板或纵梁与横梁及横梁与主梁连

9、接用角钢肢厚度10mm填板厚度填板厚度4mm不考虑受剪部位，轧制型钢的肢厚或腹板厚可小于不考虑受剪部位，轧制型钢的肢厚或腹板厚可小于8mm公路公路(gngl)钢桥规范钢桥规范:7焊接板梁板厚焊接板梁板厚不小于不小于10mm保证腹板稳定、减小残余应力保证腹板稳定、减小残余应力8主梁、行车系或联结系板厚主梁、行车系或联结系板厚不小于不小于8mm保证最小宽厚比保证最小宽厚比9非受力构件非受力构件填板板厚填板板厚不小于不小于4mm第8页/共25页第八页，共25页。钢桥的设计计算方法钢桥的设计计算方法(2)设计(shj)方法1容许应力设计法半概率极限状态设计法以弹性理论为基础，设计准则以弹性理论为基础，

10、设计准则：容许应力设计法容许应力设计法: （1-3-1） 结构标准荷载的计算应力，不考虑荷载组合系结构标准荷载的计算应力，不考虑荷载组合系数数设计规范规定的容许应力，钢桥结构设计规范规定的容许应力，钢桥结构： /1.7yf钢材屈服强度钢材屈服强度yf1.7 综合安全系综合安全系数数不同荷载组合的容许应力提高系不同荷载组合的容许应力提高系数数缺点：缺点：主要依赖经验，不能反映不同荷载主要依赖经验，不能反映不同荷载(hzi)的统计特性的统计特性设计(shj)方法1第9页/共25页第九页，共25页。根据不同荷载根据不同荷载(hzi)、材料与构件的统计特性，采用分项安全系数表、材料与构件的统计特性，采

11、用分项安全系数表示，故又称为荷载示，故又称为荷载(hzi)抗力分项系数设计法：抗力分项系数设计法：承载能力极限状态概括地表达为：承载能力极限状态概括地表达为：半概率半概率(gil)极限状态设极限状态设计法计法:0112/nGGQQiQiQikmiSSSaf （1-3-2）kf分别分别(fnbi)为恒载、主要可变荷载、其他可变荷载的标为恒载、主要可变荷载、其他可变荷载的标准荷载产生的荷载效应准荷载产生的荷载效应1GQQiSSS、材料强度标准值材料强度标准值其他可变荷载的荷载组合其他可变荷载的荷载组合折减系数折减系数ia 构件截面几何修正系数构件截面几何修正系数结构重要性系数结构重要性系数0分别为

12、恒载、主要可变荷载、其他可变荷载的分别为恒载、主要可变荷载、其他可变荷载的分项系数分项系数1GQQi、m材料强度分项系数材料强度分项系数第10页/共25页第十页，共25页。结构内力(nil)计算原则2内力计算内力计算1变形计算变形计算2桥跨结构计算桥跨结构计算3桥梁结构的空间作桥梁结构的空间作用用4按按弹性弹性受力分析受力分析按构件按构件毛截面毛截面计算计算（忽略孔）（忽略孔）分为若干个平面系统分为若干个平面系统（考虑各个平面系统的共同作（考虑各个平面系统的共同作用用和相互影响）和相互影响）采用荷载横向分布系数采用荷载横向分布系数第11页/共25页第十一页，共25页。结构构件(gujin)的强

13、度计算3公路钢桥规范(gufn)一些主要公式计算应力计算应力的种类的种类构件受力构件受力计算公式计算公式公式编号公式编号 法向应力法向应力轴心受拉轴心受拉（1-3-3）在一个主平面内受弯曲在一个主平面内受弯曲（1-3-4）受压（或受拉）并在一个主平面内受弯受压（或受拉）并在一个主平面内受弯曲或与此相当的偏心受压及偏心受拉曲或与此相当的偏心受压及偏心受拉（1-3-5）受斜弯曲受斜弯曲（1-3-6）受压（或受拉）并受斜弯曲或与此相当受压（或受拉）并受斜弯曲或与此相当的偏心受压及偏心受拉的偏心受压及偏心受拉（1-3-7）剪应力剪应力受弯曲受弯曲（1-3-8）换算应力换算应力受弯曲，受压（或受拉）并受

14、弯曲受弯曲，受压（或受拉）并受弯曲（1-3-9）结构构件的强度结构构件的强度(qingd)(qingd)计算计算 或WNMAWXYWXYMMCWW 1或XYWXYMMNAWWC NA WMW maxmmQSCI 2231.11.1或W第12页/共25页第十二页，共25页。注：上表中，兼受轴向力和弯曲注：上表中，兼受轴向力和弯曲(wnq)(wnq)作用时的容许法向应力，作用时的容许法向应力，当当采用采用 NMAWNMAW采用采用W W容许弯曲容许弯曲(wnq)拉压拉压应力应力轴心拉压容许轴心拉压容许(rngx)应力应力 NMQ、验算截面的计算轴向力、弯矩和剪力验算截面的计算轴向力、弯矩和剪力XY

15、WWW、验算截面处对主轴的计算截面抵抗矩，验算受拉翼缘为验算截面处对主轴的计算截面抵抗矩，验算受拉翼缘为净截面净截面抵抗矩，抵抗矩，验算受压翼缘为验算受压翼缘为毛截面毛截面抵抗矩，为简化计算均可按抵抗矩，为简化计算均可按毛截面的重心轴毛截面的重心轴计算计算验算截面的计算面积，受拉构件为验算截面的计算面积，受拉构件为净截面净截面面积，受压构件为面积，受压构件为毛截面毛截面面积面积AmS中性轴以上的中性轴以上的毛截面毛截面对中性轴的面积矩对中性轴的面积矩验算截面处腹板厚度验算截面处腹板厚度mI毛截面毛截面惯性矩惯性矩max、验算截面的最大剪应力和实际剪应力验算截面的最大剪应力和实际剪应力121 0

16、.31.15WWC 斜弯曲作用下容许应力增大系数斜弯曲作用下容许应力增大系数12WW、验算截面上由于作用在两相互垂直平面的弯矩所产生的验算截面上由于作用在两相互垂直平面的弯矩所产生的较小较小和和较大较大的应力的应力第13页/共25页第十三页，共25页。max0max00max01.00,1.251.50QChh按直线比例计算为腹板全高剪应力分布剪应力分布(fnb)不均匀时容许应力增大系数不均匀时容许应力增大系数C的取值如下的取值如下(rxi)：第14页/共25页第十四页，共25页。整体整体(zhngt)(zhngt)稳定性计稳定性计算公式算公式结构构件(gujin)的整体

17、稳定性计算4整体整体(zhngt)(zhngt)稳定性计算稳定性计算公式公式1计算应力计算应力的种类的种类构件受力情况构件受力情况计算公式计算公式公式编号公式编号 法向应力法向应力轴心受压轴心受压（1-3-10）在一个主平面内受弯曲在一个主平面内受弯曲（1-3-11）受压并在一个主平面内受弯曲或与此相受压并在一个主平面内受弯曲或与此相当的偏心受压当的偏心受压（1-3-12） 1mNA 2mMW 112.mmNMAW M构件中部构件中部1/3长度范围内最大计算弯矩长度范围内最大计算弯矩计算轴向力计算轴向力NmA毛截面面积毛截面面积mW毛截面抵抗矩毛截面抵抗矩1轴心受压构件的纵向弯曲系数轴心受压构

18、件的纵向弯曲系数2构件只在一个主平面受弯时的构件只在一个主平面受弯时的 纵向弯曲系数纵向弯曲系数E弹性模量弹性模量构件在弯矩作用平面内的长细比构件在弯矩作用平面内的长细比m1n受压杆容许应力安全系数，荷载组合受压杆容许应力安全系数，荷载组合 时取时取1.7，荷载组合，荷载组合时取时取1.4当弯矩由荷载组合当弯矩由荷载组合 产生时取产生时取1.0， 由荷载组合由荷载组合产生时取产生时取1.4考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值的取值如下的取值如下： 121121.00.1510.15mmmNAn NNmEAA 1整体稳定性计算公式整体稳定性计算公式1第15页/共2

19、5页第十五页，共25页。轴心受压构件的纵向轴心受压构件的纵向(zn xin)(zn xin)弯曲弯曲系数系数21 根据钢材种类、截面形状、弯曲方向等，按根据钢材种类、截面形状、弯曲方向等，按公路公路/铁路钢桥规范铁路钢桥规范取值，在查表时用取值，在查表时用到长细比到长细比lIiiA单向单向(dn xin)(dn xin)受弯纵向受弯纵向弯曲系数弯曲系数321 对于箱型截面构件，或当验算的失稳平面和弯矩作用平面一致时的任何截面构件对于箱型截面构件，或当验算的失稳平面和弯矩作用平面一致时的任何截面构件21.02 按下式计算构件的换算长细比后，用按下式计算构件的换算长细比后，用换算长细比换算长细比代

20、替代替原长细比原长细比，按，按公路公路/铁路钢铁路钢桥规范桥规范取值取值0.（1-3 -13）xeyLrh r1.82.0焊接构件系数铆接构件构件对构件对y-y轴的计算长度轴的计算长度0L构件截面对构件截面对x-x轴和轴和y-y轴的回转半径轴的回转半径、xyrrxxyyyyxxyy强强弱弱第16页/共25页第十六页，共25页。疲劳强度计算(j sun)5结构构件或连接件结构构件或连接件 承受承受 动应力动应力疲劳验疲劳验算算疲劳容许应力疲劳容许应力疲劳容许应力幅疲劳容许应力幅方方法法现行公路钢桥规范现行公路钢桥规范(gufn)中中采用采用 栓焊钢桥结构中栓焊钢桥结构中 国内外许多国内外许多(x

21、du)钢结构设计规钢结构设计规范中范中现行铁路桥梁钢结构设计规范中现行铁路桥梁钢结构设计规范中疲劳容许应力疲劳容许应力幅幅法法1铁路桥梁钢结构设计规范：铁路桥梁钢结构设计规范：焊接及非焊接（栓接）构件及连接均需进行疲劳强度焊接及非焊接（栓接）构件及连接均需进行疲劳强度验算验算，当疲劳应力（最大、最小应力）均为当疲劳应力（最大、最小应力）均为压压应力时，可应力时，可不验算不验算疲劳。疲劳。第17页/共25页第十七页，共25页。焊接构件及其连接疲劳强度验算(yn sun)公式：1疲劳应力为疲劳应力为拉拉拉应力拉应力或或以以受拉为主的拉受拉为主的拉压压构构件件minmax1 maxmin0d ntr

22、 rr（1-3-14）2疲劳应力疲劳应力以以受压为主的拉受压为主的拉压压构件构件minmax1 maxmin0d ntpr rrr（1-3-15）0最大、最小应力，拉为正、压为最大、最小应力，拉为正、压为负负maxmin、疲劳容许应力幅，参照疲劳容许应力幅，参照铁路钢桥规范铁路钢桥规范双线铁路的双线修正系数双线铁路的双线修正系数1.01.19dr损伤修正系数损伤修正系数板厚修正系数板厚修正系数41.0 1.425mm25/25mmttrtt1.0 1.41.0 1.32nnrr焊接构件应力比修正系数焊接构件应力比修正系数0.38 0.46pr第18页/共25页第十八页，共25页。第19页/共2

23、5页第十九页，共25页。第20页/共25页第二十页，共25页。第21页/共25页第二十一页，共25页。非焊接(hnji)构件及其连接疲劳强度验算公式：1疲劳应力为疲劳应力为拉拉拉应力拉应力构件构件minmax0 maxmin0d ntr rr（1-3-16）2疲劳应力疲劳应力以以受拉为主的拉受拉为主的拉压压构件构件minmax0 maxmin0d ntpr rrr（1-3-17）非焊接构件应力比修正系数非焊接构件应力比修正系数0.45 0.88pr第22页/共25页第二十二页，共25页。疲劳容许疲劳容许(rngx)(rngx)应力应力法法2公路桥梁钢结构设计规范：公路桥梁钢结构设计规范：构件承受轴向力并在同一构件承受轴向力并在同一(tngy)主平面受