桥梁工程--钢桥与钢-混组合桥梁-62简支钢桁梁桥-课件

2.1

钢桁梁概述最早出现的钢（铁）桥结构形式;早期的钢桥为了达到更大跨度，通常采用桁架形式2.1

钢桁梁概述2.1

钢桁梁概述2.1

钢桁梁概述2.1

钢桁梁概述2.1

钢桁梁概述2.1

钢桁梁概述2.1

钢桁梁概述由大量杆件拼接成三⾓角形结构体系，其组成杆件主要受拉、或受压❖

早期，杆件主要是铆接格构式杆件❖

桁架还可作为其它类型桥梁的加劲梁❖

结构分析方法：✦

简化：主桁杆件轴线所组成的铰接桁架✦

将空间桁架分解为若干个平⾯面，按纵梁、横梁、主桁架、上下平联、横向连接系等分别进⾏行计算，各平⾯面结构只承受该平⾯面内荷载•

桁梁桥结构特点：2.1

钢桁梁概述•

桁梁桥受力特点：

钢桁梁桥可以看作是将实腹的钢板梁桥按照一定规则空腹化的结构形式，结构整体上为梁的受力方式，即主要承受弯矩和剪力的结构。2.1

钢桁梁概述

•

桁梁桥结构特点：铆接栓焊整体节点全焊2.1

钢桁梁概述•

桁梁桥结构特点：2.1

钢桁梁概述•

桁梁桥结构特点：2.1

钢桁梁概述•

桁梁桥结构特点：桥面位

置上承式2.1

钢桁梁概述•

钢桁梁桥的分类：

中承式下承式结构体系简支2.1

钢桁梁概述•

钢桁梁桥的分类：

连续悬臂2.1

钢桁梁概述•

钢桁梁桥的分类：梁高等高变高2.1

钢桁梁概述•

钢桁梁桥的分类：上弦平行曲弦2.1

钢桁梁概述•

钢桁梁桥的分类：按腹杆形式2.1

钢桁梁概述•

钢桁梁桥的分类：•斜杆交叉受拉压，无竖杆也稳定•适合中等跨度•斜杆受压，竖杆受拉•适合中小跨•斜杆受拉，竖杆受压•适合中大跨•端斜杆受压，中间斜杆受拉，竖杆受压，桥门架较强•适合中大跨•适合大跨•减少杆件自由长度，增加桁高•适合更大跨

三角形桁(Werren)

斜压腹杆(Howe)

斜拉腹杆(Pratt)

带端斜压杆的中间斜拉腹杆

(Parker)

交叉斜杆K形、米字形、菱形、三角形再

分2.1

钢桁梁概述•

钢桁梁桥的分类：桥面形式明桥面道砟桥

面2.1

钢桁梁概述•

钢桁梁桥的优点：•

构件受力明确，构件以受轴向力为主(杆件)，•

计算方便，充分利用材力•

结构轻型，跨越能力强•

构件轻小，方便制造、架设2.2

钢桁梁构造钢桁梁由主桁、联结系、桥面系及桥面组成。钢桁梁主桁2.2

钢桁梁构造

上、下弦腹杆

节点

上、下平联联接系横联纵梁横梁桥面系

桥面

制动连接系2.2

钢桁梁构造主桁•

主桁架，是钢桁架桥的主要承重结构，主要承受竖向荷载。•

典型的主桁架由左右两幅桁架组成，每幅桁架中有上弦杆、下弦杆及腹杆等杆件。•

杆件交汇处称为节点，有斜杆交汇的节点称为大节点，仅有竖杆和弦杆交汇的节点，称为小节点。•

节点之间的距离称为节间长度，一般也是钢桁架桥面系横梁的间距及纵梁的跨度。2.2

钢桁梁构造联接系•

联接系使主桁架联结形成空间稳定结构，承受横向荷载。•

纵向联结系：设在主桁架的上、下弦杆平面内,承受横向水平荷

载，减小弦杆平面外自由长度，由上平纵联和下平纵联组成。•

横向联结系：设在桥跨结构的主桁架的竖杆横向平面内，如没

有竖杆可设在中间斜杆平面内。位于桥跨结构中部的叫中间横

联，位于桥跨结构端部的叫端横联。在下承式钢桁架桥上，端

横联也叫桥门架。中间横联的作用是增加钢桁架桥的抗扭刚度，

当受到不对称的竖向荷载和横向荷载时，中间横联还可以适当

调节主桁或纵向联结系的受力不均匀性2.2

钢桁梁构造2.2

钢桁梁构造

桥面系

•

由纵梁、横梁及纵梁之间的联结系组成，主要承受并传递竖向

荷载和纵向荷载。

•

纵桥之间的联结系将两片纵梁联成整体，纵梁间距通常为2m。

•

下承式钢桁架桥的桥面系位于主桁的下平纵联平面上，为了争

取较小的建筑高度，下承式钢桁架桥的纵梁和横梁通常布置在

同一平面上。支座主桁主桁节

点横梁纵梁2.2

钢桁梁构造制动联接系制动连接系或称制动撑架，它的作用是使作用于纵梁上的纵向水平制动力通过制动联结系传至主桁架，再由主桁架传给支座，从而减小纵向荷载对桥面系杆件特别是横梁的不利影响。制动联结系通常由四根短杆组成，设置在与桥面系相邻的平纵联的中部。1.1

桥梁基本概念①主桁是钢桁梁的主要承重结构，它由上弦杆、下弦杆、腹杆及节点组成。倾斜的腹杆称为斜杆，竖直的腹杆

称为竖杆，杆件交汇的地方称为节点。②桥面系是指纵梁、横梁及纵梁之间的联结系③联结系是指上平纵联、下平纵联、桥门架、中间横联④铁路明桥面主要由正轨、护轨、桥枕、护木、钩螺栓及人行道组成。⑤支座是连接上部钢梁与下部基础并传递荷载的构造桥面系纵梁与横梁的连接上平纵联下平纵联荷载传递路径竖向荷载：主要是列车竖向荷载，包括列车的动力荷载横向水平荷载：包括风力、列车横向摇摆力、曲线桥的离心力。横向水平荷载由平纵联承受，作用在上平纵联上的横向水平力先传给桥门架，再由桥门架传到支座和墩台上去，下

平纵联直接通过支座传给墩台。桥型铁路桥公路桥平行弦多边形平行弦多边形上承式1/7L(1/5-1/6.5)L(1/7-1/10)L(1/5.5-1/8)L下承式(1/7-1/8)L(1/8-1/10)L2.2

钢桁梁构造主桁尺寸✓

主桁高度h•

由净空、竖向刚度、用钢量决定•

单线下承铁路钢桁梁经济桁高为跨度的(1/5~1/6.5)，双线增20%

公路桥梁荷载小，公路主桁经济高度比铁路桥小。•

刚度：钢桁梁静活载挠度不大于跨度的1/900。•

下承式应满足桥梁建筑限界(9m)，上承式应满足容许建筑高度2.2

钢桁梁构造主桁尺寸✓

节间长度

d•

影响纵梁的跨度和斜腹杆的倾角；•

节间长，则纵梁跨度大，用钢量多，但横梁少，横梁用钢量少；•

节间短，则相反；•

节间d≈(0.8-1.2)h，中小跨，上承桁架

节间长3~6m；下承桁架节间长6~10m；大跨度，下承式节间长12~15m。•

标准设计中采用8m，非标准设计常采用4m、6m、12m。2.2

钢桁梁构造主桁尺寸✓

斜杆倾角α•

由主桁高度与节间长度的比值确定；•

倾角过小，腹杆数量少，腹杆长，内力大；•

倾角过大，腹杆数量多，腹杆短，内力小；•

过小或过大，使斜杆无法伸入节点中心，使节点板过长或过高•

有竖杆时，合理斜杆倾角为50°•

无竖杆时，合理斜杆倾角为60°2.2

钢桁梁构造主桁尺寸✓

主桁架中心距B•

横向刚度要求：过小可能引起桥梁横向振幅过大，特殊桥梁应

进行车桥耦合振动计算分析；横向刚度要求≥L/20•

桥梁建筑限界要求：（4.88m单线；8.88m双线）•

倾覆稳定性要求：抗倾覆稳定安全系数不小于1.3；•

下承式单线标准钢桁梁(48~80m)原主桁中心距5.75m，列车提速后，

为了增加桥梁的横向刚度，减少横向振幅，新的标准设计两主梁的

中心距，单线6.4m；双线10.0m。2.2

钢桁梁构造

主桁尺寸

桁高桁宽主桁尺

寸

节间倾角主桁主要尺寸⑤主桁杆件的截面形式主桁杆件的截面形式有H形、王形和箱形；我国钢桥设计中，H形杆件：b有460、600、720mm几种；h有260、440、600、760、920、1100mm。主桁主要尺寸箱型杆件6.3

钢桁梁计算方法

空间杆系

结构薄壁闭口

截面梁空间桁架结构分析桁架多平面简化分析2.2

钢桁梁构造简化计算原理：把刚性、半刚性节点的空间桁架简化成多个平面的铰接桁架或框架。(1)

构件内力=主内力(平面桁架内力)+次内力(空间作用+节点刚性)竖向荷载：纵梁、横梁、主桁横向荷载：平纵联、桥门架纵向荷载：制动撑架、主桁下弦杆(2)

结构行为A

弦杆变形：使平纵联腹杆杆件产生次内力；B

主桁与桥面系共同作用：纵梁受次拉力，横梁受弯曲次内力，弦杆受次压力；C

横联框架变形：竖杆受弯曲次内力；D

节点刚性、半刚性：杆件受弯曲次内力。当简支桁梁h/d

(杆件高/节间长)

>1/15

或连续桁梁h/d

>1/10

时必须计算。(1)桁架桥杆件内力计算的基本原理(2)主力作用下主桁杆件内力计算；(3)横向附加力作用下的主桁杆件内力计算；(4)制动力作用下的主桁杆件内力计算；(5)主桁杆件计算内力的确定。1、桁架内力计算的基本原理①将桥跨的空间桁架结构分成若干个平面桁架结构：主桁、纵梁、横梁、平纵联、横向联结系和桥门架。2.3

主桁内力计算②将平面桁架结构中各杆件的轴线所形成的图形作为计算图式。③将节点（刚性连接）视为铰接。④当同一杆件是几个平面结构所共有时，需先将它在各个平面桁架内的内力求出，然后求代数和，作为其计算内力。2.3

主桁内力计算⑤当由于将实际结构转化为各个平面计算模型产生的误差较大时，需要进行必要的校正：a.由于主桁弦杆变形所引起的平纵联杆件的内力b.桥面系的纵、横梁和主桁弦杆的共同作用产生的内力c.由横梁、主桁竖杆和横向联结系的眉杆所构成的横向框架d.节点刚性连接引起的主桁杆件附加应力（次应力），设计时，主桁杆件截面高度与其长度之比在连续桁梁中大于1/15时，简支桁梁中大于1/10时，应计算由于节点刚性所产生的次应力。2.3

主桁内力计算2、作用在主桁杆件的力使主桁杆件产生内力有：主力和附加力主力：包括恒载、列车竖向活载、列车横向摇摆力、弯道桥的离心力。附加力：包括风力、制动力或牵引力。《铁桥规》规定：桥梁设计时仅考虑主力与一个方向的附加力相结合。2.3

主桁内力计算恒载包括桥跨自重P1（主桁、联结系、桥面系）和桥面重量P2（桥枕、钢轨、人行道等）。

a.桥跨自重

方法1：根据已有的设计资料估算（设计手册）；

方法2：根据已有的设计资料推算，推算方法如下：2.3

主桁内力计算

3、主力作用下主桁杆件内力计算

（1）恒载假定2.3

主桁内力计算（2）主桁杆件影响线及面积计算利用结构力学知识分别绘出上下弦杆、斜杆、竖杆及支点反力影响线，然后根据影响线求出影响线面积。a.影响线的绘制2.3

主桁内力计算a.影响线的绘制2.3

主桁内力计算a.影响线的绘制2.3

主桁内力计算a.影响线的绘制2.3