钢桥结构形式、受力特点及设计原则概论

1、钢桥结构形式、受力特点及设计原则概论授课老师：张大英Company Logo概论内容钢桥的主要结构形式与受力特点钢桥设计的一般原则与计算要求212Company Logo钢桥的主要结构形式与受力特点1国内外钢桥的发展状况钢桥的主要特点(1)优点抗拉、抗压、抗剪强度高，可承受拉、压、弯、剪，相对自重轻，跨越能力大制造、安装方便，施工快韧性、延性好，易于修复和更换材料的可回收、利用1234钢桥的主要结构形式与受力特点1Company Logo缺点行车时，噪声、振动大易腐蚀12疲劳3影响钢材疲劳的主要因素： (1)钢材品质(2)荷载性质(3)应力状态(4)连接的构造与方法(5)构造细节(1)选用足够

2、韧性的钢材(2)避免应力集中(3)避免截面的急剧变化(4)避免隅角如：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保证结构的可维护性 (3)避免存在未栓和或未焊合的接触部分，防止形成细缝吸水； (4)避免小坑和凹槽的存在，形成积水，可能积水的部位，要开泄水孔。措施： (1)设计使用期内需多次除锈、除旧漆、重新涂装； (2)所有可能腐蚀的部位都必须有足够的空间和人行通道；Company Logo结构与受力一般做成薄壁结构稳定问题局部失稳结构刚度小限制杆件长细比限制挠度限制钢桥宽跨比疲劳因素构件和连接拉应力大小发生变化时，考虑疲劳的影响；出现拉应力交替变化时，要考虑疲劳的影响。连接用高强

3、螺栓或工地焊接拼装12345国内外钢桥的发展状况钢桥结构与受力(2)Company Logo返回Company Logo钢桥设计的一般原则与计算要求2一般要求和原则(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定。1结构形式中国公路桥规中国铁路桥规日本 公路 美国 公路简支桁梁L/800L/900L/600连续桁梁 边跨连续桁梁 中跨L/800L/900L/600L/800L/750L/600简支或连续板梁L/600L/800L/500L/800梁的悬臂端部L/300L/300L/300斜拉桥L/4

4、00L/350悬索桥L/400L/400L：计算跨径或悬臂长度Company Logo恒载挠度较大时，桥跨结构应设预拱度。234钢桥成型后，桥面线性尽可能与线路设计线性一致公路钢桥规范:结构重力产生的竖向挠度：静活载产生的竖向挠度：,应设预拱度s，考虑焊接产生的结构变形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一般从构造和结构尺寸两方面保证结构的横向稳定钢桥跨长：桥宽：要验算横向稳定一般稳定系数不小于1.34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一般从构造和结构尺寸两方面保证结构的横向稳定5施工过程中，满足应力和变形的要求公路钢桥规范：施工验算，起顶设施及结构本身都应按

5、起顶重力增加30%3考虑焊接产生的结构变形公路钢桥规范:公路钢桥规范:Company Logo6对构件应规定钢板和型钢的最小厚度将轧制负公差、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结构各部分截面最小尺寸为：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10mm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8mm公路钢桥规范:7焊接板梁板厚不小于10mm保证腹板稳定、减小残余应力8主梁、行车系或联结系板厚不小于8mm保证最小宽厚比9非受力构件填板板厚不小于4mmCompany Logo钢桥的设计计算方

6、法(2)设计方法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：容许应力设计法:结构标准荷载的计算应力，不考虑荷载组合系数设计规范规定的容许应力，钢桥结构：钢材屈服强度1.7 综合安全系数不同荷载组合的容许应力提高系数缺点：主要依赖经验，不能反映不同荷载的统计特性设计方法1Company Logo根据不同荷载、材料与构件的统计特性，采用分项安全系数表示，故又称为荷载抗力分项系数设计法：承载能力极限状态概括地表达为：半概率极限状态设计法:分别为恒载、主要可变荷载、其他可变荷载的标准荷载产生的荷载效应材料强度标准值其他可变荷载的荷载组合折减系数a 构件截面几何修正系数结构重要性系数

7、分别为恒载、主要可变荷载、其他可变荷载的分项系数材料强度分项系数Company Logo结构内力计算原则2内力计算1变形计算2桥跨结构计算3桥梁结构的空间作用4按弹性受力分析按构件毛截面计算（忽略孔）分为若干个平面系统（考虑各个平面系统的共同作用和相互影响）采用荷载横向分布系数Company Logo结构构件的强度计算3公路钢桥规范一些主要公式计算应力的种类构件受力计算公式公式编号 法向应力轴心受拉（1-3-3）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曲或与此相当的偏心受压及偏心受拉（1-3-5）受斜弯曲（1-3-6）受压（或受拉）并受斜弯曲或与此相当的偏心受压及偏

8、心受拉（1-3-7）剪应力受弯曲（1-3-8）换算应力受弯曲，受压（或受拉）并受弯曲（1-3-9）结构构件的强度计算Company Logo注：上表中，兼受轴向力和弯曲作用时的容许法向应力，当采用采用容许弯曲拉压应力轴心拉压容许应力验算截面的计算轴向力、弯矩和剪力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抵抗矩，验算受压翼缘为毛截面抵抗矩，为简化计算均可按毛截面的重心轴计算验算截面的计算面积，受拉构件为净截面面积，受压构件为毛截面面积中性轴以上的毛截面对中性轴的面积矩验算截面处腹板厚度毛截面惯性矩验算截面的最大剪应力和实际剪应力斜弯曲作用下容许应力增大系数验算截面上由于作用在两相互

9、垂直平面的弯矩所产生的较小和较大的应力Company Logo剪应力分布不均匀时容许应力增大系数的取值如下：Company Logo整体稳定性计算公式结构构件的整体稳定性计算4整体稳定性计算公式1计算应力的种类构件受力情况计算公式公式编号 法向应力轴心受压（1-3-10）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当的偏心受压（1-3-12）构件中部1/3长度范围内最大计算弯矩计算轴向力毛截面面积毛截面抵抗矩轴心受压构件的纵向弯曲系数构件只在一个主平面受弯时的 纵向弯曲系数弹性模量构件在弯矩作用平面内的长细比受压杆容许应力安全系数，荷载组合 时取1.7，荷载组合时取1

10、.4当弯矩由荷载组合 产生时取1.0， 由荷载组合产生时取1.4考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值的取值如下：1整体稳定性计算公式1Company Logo轴心受压构件的纵向弯曲系数2 根据钢材种类、截面形状、弯曲方向等，按公路/铁路钢桥规范取值，在查表时用到长细比单向受弯纵向弯曲系数31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2按下式计算构件的换算长细比后，用换算长细比代替原长细比，按公路/铁路钢桥规范取值构件对y-y轴的计算长度构件截面对x-x轴和y-y轴的回转半径强弱Company Logo疲劳强度计算5结构构件或连接件 承受 动应力疲劳验算疲劳容许应力疲劳

11、容许应力幅方法现行公路钢桥规范中采用 栓焊钢桥结构中 国内外许多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幅法1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验算，当疲劳应力（最大、最小应力）均为压应力时，可不验算疲劳。Company Logo焊接构件及其连接疲劳强度验算公式：1疲劳应力为拉拉应力或以受拉为主的拉压构件2疲劳应力以受压为主的拉压构件最大、最小应力，拉为正、压为负疲劳容许应力幅，参照铁路钢桥规范双线铁路的双线修正系数损伤修正系数板厚修正系数焊接构件应力比修正系数Company LogoCompany LogoCompany LogoCompany Logo非焊接构件及其连接疲劳强度验算公式：1疲劳应力为拉拉应力构件2疲劳应力以受拉为主的拉压构件非焊接构件应力比修正系数Company Logo疲劳容许应力法2公路桥梁钢结构设计规范：构件承受轴向力并在同一主平面受弯曲或受与此相当的偏心受拉或受压时，疲劳强度计算公式：最大应力（绝对值）为拉应力时计算轴向力、弯矩验算截面处的净面积验算截面对主轴的净截面抵抗矩最大应力（绝对值）为压应力时（同号应力为正，反号应力为负）不同连接类别的基本疲劳容许应力，按表1-3-6采用钢材的基本容许应力，按公路桥梁钢结构设计规范采用Company Log