钢桥设计课件之钢板梁桥、钢结合梁桥、钢箱梁桥的构造特点、设计要点-各类型桥的传力路径

钢桥设计本章内容：钢板梁桥、钢结合梁桥、钢箱梁桥的构造特点、设计要点，各类型桥的传力路径。第二章梁板钢桥2.1钢板梁桥的类型及构造特点钢板梁桥定义主梁用钢板做成的钢梁桥，称为钢板梁桥。按桥面位置的不同上承式钢板梁桥：桥面位于主梁上翼缘下承式钢板梁桥：桥面位于主梁下翼缘跨度小于40m较钢桁梁桥经济，但与钢筋混凝土梁比，钢板板梁造价高2.1钢板梁桥的类型及构造特点上承式钢板梁桥上部结构主要有主梁联结系桥面支座2.1钢板梁桥的类型及构造特点上承式钢板梁桥上部结构2.1钢板梁桥的类型及构造特点上承式钢板梁桥上部结构：主梁主要承重结构，由两片钢板梁组成，主要承受竖向荷载。跨度较小，可用等截面梁，跨度较大时，可采用变截面梁。同时设置竖向加劲肋和水平加劲肋，以保证腹板的局部稳定性。梁端的竖向加劲肋称为端加劲肋，它传递梁端反力。2.1钢板梁桥的类型及构造特点上承式钢板梁桥上部结构主梁2.1钢板梁桥的类型及构造特点上承式钢板梁桥上部结构：联结系主梁之间带撑杆的交叉体系结构

上平纵联、下平纵联、中间横联、端横联。联结系作用：将两片主梁联成一体形成一个稳定的空间结构平纵联还能传递桥跨结构的横向荷载。2.1钢板梁桥的类型及构造特点上承式钢板梁桥上部结构联结系2.1钢板梁桥的类型及构造特点上承式钢板梁桥上部结构联结系2.1钢板梁桥的类型及构造特点上承式钢板梁桥上部结构：桥面一般采用明桥面由桥枕、护木、正轨、护轨等组成2.1钢板梁桥的类型及构造特点下承式钢板梁桥上部结构主梁联结系桥面系桥面及支座2.1钢板梁桥的类型及构造特点下承式钢板梁桥上部结构2.1钢板梁桥的类型及构造特点下承式钢板梁桥上部结构主要承重结构下翼缘设下平纵联，因列车穿过两片主梁，无法设置上平纵联。桥面系是由纵梁和横梁组成，传递竖向荷载主梁与横梁之间加设肱板支撑主梁上翼缘，保证其稳定性起横联作用减少或防止主梁偏斜2.1钢板梁桥的类型及构造特点下承式钢板梁桥上部结构2.2上承式焊接板桥梁的设计桥梁基本尺寸的拟定恒载假定主梁内力计算主梁截面尺寸拟定主梁变截面位置的确定腹板加劲肋布置各项验算2.2上承式焊接板桥梁的设计2.2.1板梁桥的基本尺寸拟定计算跨度主梁高度最大梁高最小梁高经济梁高主梁的中心距桥枕的合理跨度桥跨结构在水平力下横向倾覆稳定性桥跨结构的横向刚度用架桥机整孔架设的可能性2.2上承式焊接板桥梁的设计2.2.2主梁的内力计算竖向荷载(恒载和活载)和横向荷载(横向风力、列车摇摆力、在弯道桥上离心力)。空间结构简化为若干个平面结构。竖向荷载由主梁承受，横向荷载由平纵联承受。2.2.3主梁截面的选择先定腹板和翼缘板的尺寸，然后进行截面强度验算选定梁高，估算腹板高度和厚度估算所需翼缘截面积截面应力验算（弯曲应力验算、剪应力验算）2.2上承式焊接板桥梁的设计2.2.4主梁变截面简支板梁桥跨度较大，主梁截面大小沿跨度随弯矩变化加以变更对只有一块盖板的焊接梁，可在离支座约1/6跨度改变盖板的宽度或厚度。对双层盖板的焊接梁，可在外层盖板在理论切断点处切断。过渡段设置斜边和斜坡。检算变截面处的疲劳强度。2.2上承式焊接板桥梁的设计2.2.5翼缘与腹板连接焊缝的计算单位长度焊缝需传递的水平剪力最大轮压P产生的竖向剪力单位长度内翼缘焊缝承受的总剪力为水平剪力和竖向剪力的合力（矢量相加）1

cm长的焊缝截面所能承受的剪力翼缘焊缝的验算公式2.2上承式焊接板桥梁的设计2.2.6梁的总体稳定问题一般采用近似的计算方法2.2.7主梁的局部稳定和腹板加劲肋的布置主梁的局部稳定，控制翼缘板伸出肢宽厚比腹板加劲肋的布置端加劲肋的计算腹板疲劳强度的验算第三章结合梁桥3.1结合梁桥的构造特点定义采用剪力传递器将钢板梁、钢箱梁、钢桁梁等钢梁与钢筋混凝土行车道板结合起来共同工作的一种复合梁式结构截面为组合截面截面刚度增大，减少用钢量在活载作用下比全钢梁桥的噪音小容易调整坡度和外超高以往简支梁桥最多采用，近年来扩展到连续梁桥、斜拉桥、悬索桥、系杆拱桥等多种复杂体系。3.2结合梁桥的构造剪力传递器来传递梁的弯曲变形中的错动剪力刚性剪力传递器采用短型钢、如槽钢、角钢柔性剪力传递器斜钢筋，如有可靠的措施，也可采用其他的形式如带帽螺栓。剪力传递器应焊接在钢梁上翼缘上，并与桥面板钢筋焊连。3.2结合梁桥的构造剪力传递器3.3剪力传递器的布置单位长度上的水平剪力按最大剪力设计计算，可分段等距布置柔性剪力传递器与钢梁纵向夹角为30度或50度，焊缝长度不得小于钢筋直径的4倍(I级钢筋)和5倍(II级钢筋)3.4结合梁桥的计算特点结合梁截面的强度校核结合梁的截面计算与施工方法有关当采用支架法施工，应该按结合梁的整体截面进行计算。直接利用钢梁来支撑模板和混凝土第一受力阶段：钢梁、模板、混凝土及其他设备重量，仅由钢梁承受。第二受力阶段：桥面铺装层、防水层、路面或铁路桥的道渣、桥枕、钢轨、人行道设施等和活载则由钢筋混凝土板和钢梁组成的整体截面承受。3.4结合梁桥的计算特点第一受力阶段：钢梁、模板、混凝土及其他设备重量，仅由钢梁承受。3.4结合梁桥的计算特点第二受力阶段：桥面铺装层、防水层、路面或铁路桥的道渣、桥枕、钢轨、人行道设施等和活载则由钢筋混凝土板和钢梁组成的整体截面承受。结合梁的总面积3.4结合梁桥的计算特点第二受力阶段：结合梁截面的重心距钢梁截面的重心3.4结合梁桥的计算特点第二受力阶段：结合梁截面对通过它自身重心轴线x-x的惯性矩3.4结合梁桥的计算特点第二受力阶段：在钢梁上、下翼缘处的挠曲应力：3.4结合梁桥的计算特点第二受力阶段：在钢筋混凝土板最外层处的挠曲应力：3.4结合梁桥的计算特点最后按下式校核强度3.5结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力混凝土承受应力，会产生徐变，从而使结合梁内力产生重分布徐变引起的混凝土和钢梁的附加应力为3.5结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力温度变化时，在结合梁中产生温度应力结合梁截面上在钢梁重心处的内力在此内力作用下，混凝土板最外层的最大应力3.5结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力温度变化时，在结合梁中产生温度应力结合梁截面上在混凝土板重心处的内力在此内力作用下，钢梁的应力3.5结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力混凝土随着时间的推移产生干燥收缩，在结合梁中产生收缩应力。收缩引起的混凝土的轴力收缩引起的混凝土的弯曲4.5结合梁徐变、温差及收缩产生附加应力混凝土随着时间的推移产生干燥收缩，在结合梁中产生收缩应力。收缩引起的钢梁的轴力收缩引起的钢梁的弯曲第四章钢箱梁桥4.1钢箱梁桥的构造特点定义钢箱梁桥是指主梁为薄壁闭合截面形式的桥，主梁常为箱形截面梁或箱形梁。箱形梁不但可以作为梁式桥的主梁形式，而且是其他大跨度桥梁，如悬索桥、斜拉桥所经常采用的主梁形式。4.1钢箱梁桥的构造特点4.1钢箱梁桥的构造特点4.2箱形梁桥与桁梁桥相比的优点重量轻、省钢抗弯和抗扭刚度大安装迅速，便于养护适宜于作成连续梁结构新颖，外形简洁、美观4.3钢箱梁的构造特点顶板、底板、腹板和加劲构件等组成在无加劲构件的情况下常出现下面一些问题垂直荷载作用下顶板发生较大凸凹变形，在集中荷载作用点附近受压翼缘局部屈曲，腹板压皱；在弯矩作用下，因截面惯性矩不足，弯矩达到临界弯矩时会发生弯折破坏；在扭矩作用下，当扭矩达到临界扭矩时也会使箱梁出现屈曲现象。4.1钢箱梁桥的构造特点箱形截面梁4.4正交异性钢桥面板正交异性板箱形截面梁的顶板由纵、横肋加强。这种用互相垂直的纵肋和横肋加强的钢板，在纵、横两个方向上具有不同的抗弯刚度，其力学性质和在两个垂直方向上具有不同弹性模量的板相似，这种具有”正交异性”的板称为正交异性板。4.4正交异性钢桥面板正交异性板纵肋截面的基本形式为开口式和闭口式两种横肋的截面形式通常采用倒T形，其间距即是纵肋的跨径。为使纵肋能连续穿过，横肋上应设置槽口。4.4正交异性钢桥面板纵肋截面的基本形式4.4正交异性钢桥面板开口肋4.4正交异性钢桥面板闭合肋4.4正交异性钢桥面板纵、横肋构造4.5腹板、底板和加劲肋箱形截面梁腹板的构造与板梁的腹板构造相同。水平加劲肋和竖向加劲肋设置在箱的内侧，在支点处及横肋与腹板连接处应设置竖向加劲肋。底板一般也设置纵、横肋，横肋与桥面板上的横肋位置一致，以组成横向联结系。箱梁应配有一定数量的框架横联或横向连接系以增强箱梁整体性和抗失稳性能。4.6扁平钢箱梁抗扭、抗弯惯矩大，抗风能力好，过去主要用于悬索桥。顶板和底板通常均采用U形纵肋加强箱室内不设中间腹板，横隔板间距较小横隔板通常采用实腹式连接板、隔板、竖向加劲肋、横向加劲肋4.7钢箱梁结构分析方法概述在竖向荷载和横向荷载作用下，箱形梁是按空间结构承受外力。箱梁截面采用正交异性钢桥面板和带加劲肋的薄钢板组成，充分发挥薄钢板的力学性能特点，有利于焊接。4.7钢箱梁结构分析方法概述箱形梁在受力分析中属于闭口薄壁结构，按薄壁结构理论进行计算。箱形梁受力后会产生纵向弯曲、横向弯曲、扭转与畸变变形，并产生相应的应力。4.7钢箱梁结构分析方法概述剪力滞现象箱形梁产生纵向弯曲时，产生弯曲的横向力通过腹板传给翼缘板，而剪应力在翼缘板上的分布是不均匀的，在腹板与翼缘板交接处最大，远离腹板处剪应力减少，因此沿翼缘板上的剪切变形也不均匀，从而引起弯曲时远离腹板的翼缘的纵向位移滞后于近腹板的翼缘的纵向位移，使翼缘的弯曲应力沿梁宽的分布呈曲线形状，这就是所谓的”剪力滞”现象。4.7钢箱梁结构分析方法概述剪力滞系数考虑剪力滞效应所求得的正应力按梁弯曲初等理论所求得的正应力剪力滞系数与结构体系(简支、悬臂、连续等)、截面形状及荷载形式有关。

4.7钢箱梁结构分析方法概述偏心荷载产生扭转变形—〉自由扭转剪应力、约束扭转正应力和剪应力钢箱梁的板厚较小，扭转产生畸变变形—〉产生翘曲正应力、畸变剪应力，同时也产生横向弯曲正应力箱形梁承受偏心荷载作用，除了按弯扭构件进行整体分析外，还应考虑局部荷载的影响。

4.8钢箱梁结构力学分析方法钢形梁为受弯扭的弹性闭口薄壁构件，其力学分析方法分为解析法和数值法。解析法偏心荷载分解为对称荷载和反对称荷载，分别计算再叠加。假定位移模式，利用平衡条件和变形协调条件或变分原理建立控制方程，结合边界条件，求解位移和应力。数值法有限元法有限条法

4.8钢箱梁结构力学分析方法传统分析方法将钢箱梁分成三个结构体系计算第一体系-主梁体系桥面板作为主梁顶板，作为主梁的一部分参与