钢桥 课件 第3章 钢板梁桥

《钢桥》——钢板梁桥钢板梁桥概况Contents.本章内容提纲2023/6/12钢板梁桥总体布置主梁设计联结系的构造与计算《钢桥》第3章

钢板梁桥钢板梁桥概况3《钢桥》第3章

钢板梁桥钢板梁桥概况横联竖向加劲肋水平加劲肋横梁主梁

纵平联工厂连接翼板腹板工地连接上翼板3.14《钢桥》第3章

钢板梁桥钢板梁桥组成上部结构主要由主梁、横向联结系、纵向联结系和桥面系主梁：通常采用工字钢、H型钢、焊接工字形梁等结构形式；起到了整个桥梁的承重作用，把由横向联结系、纵向联结系和桥面系传来的荷载传递到支座横联竖向加劲肋水平加劲肋横梁主梁

纵平联工厂连接翼板腹板工地连接上翼板3.15《钢桥》第3章

钢板梁桥钢板梁桥概况横向联结系：实腹式梁和空腹式桁架形式横向联结系的作用是把各个主梁连接成整体，起到荷载横向分布、防止主梁侧向失稳的作用。实腹式梁——横梁6《钢桥》第3章

钢板梁桥空腹式桁架——横联3.1钢板梁桥概况纵向联结系：分为上面水平纵向联结系（简称上平纵联）和下面水平纵向联结系（简称下平纵联），通常采用桁架式结构加强桥梁的整体稳定性、与横联（梁）共同承担水平荷载以及扭矩（偏心荷载产生）的作用3.17《钢桥》第3章

钢板梁桥钢板梁桥概况桥面系：主要是提供桥梁的行车部分，把桥面荷载传递到主梁和横联（梁）；包括混凝土桥面系、钢桥面系横联竖向加劲肋水平加劲肋横梁主梁

纵平联工厂连接翼板腹板工地连接上翼板3.1钢板梁桥概况8《钢桥》第3章

钢板梁桥连续钢板梁桥9《钢桥》第3章

钢板梁桥悬臂钢板梁桥3.1钢板梁桥概况钢板梁桥的分类根据支承条件和受力特点分简支钢板梁桥根据桥面板的位置分：上承式钢板梁桥和下承式钢板梁桥3.1钢板梁桥概况10《钢桥》第3章

钢板梁桥根据桥面板形式可以分：钢桥面板钢板梁桥与钢筋混凝土桥面板钢板梁桥（细分为结合梁与非结合梁）3.1钢板梁桥概况11《钢桥》第3章

钢板梁桥钢板梁桥总体布置12《钢桥》第3章

钢板梁桥3.213《钢桥》第3章

钢板梁桥钢板梁桥总体布置立面布置根据建设条件、结构受力特性、耐久性、施工工期、经济性、景观及养护等因素合理地确定结构形式和跨径布置等简支，连续，悬臂45m以下60m-70m等跨与变跨径等高与变高度3.214《钢桥》第3章

钢板梁桥钢板梁桥总体布置变截面受力效果3.2钢板梁桥总体布置15《钢桥》第3章

钢板梁桥3.2钢板梁桥总体布置横断面布置横断面布置主要确定主梁的根数与间距。主梁的根数与间距直接影响主梁的受力大小和截面尺寸。当桥面板支承于主梁时，主梁的间距决定桥面板的跨径，主梁间距过大时，往往导致不得不设置纵梁或很密的横隔板来减小桥面板的跨径多主梁布置16《钢桥》第3章

钢板梁桥双主梁布置3.2钢板梁桥总体布置17《钢桥》第3章

钢板梁桥钢桥面板钢板梁桥横断面布置：主梁间距较大，需要横联支撑桥面系3.218《钢桥》第3章

钢板梁桥钢板梁桥总体布置铁路钢板梁桥多为单线桥，桥宽较小，多采用双主梁的结构形式3.2钢板梁桥总体布置19《钢桥》第3章

钢板梁桥a)横梁式横向联结系（横梁）20《钢桥》第3章

钢板梁桥b)桁架式横向联结系（横联）3.2钢板梁桥总体布置平面布置主要是确定横向联结系的结构形式、数量和间距，以及纵向联结系的形式与布置。横向联结系布置关于横向联结系的受力分析及其构造要求见3.4节3.2钢板梁桥总体布置横向联结系布置对于为防止主梁侧向失稳而布置的横联，因其仅对主梁的侧向变形起到支承约束作用，可采用刚度相对小一些的桁架式横向联结系。而用于荷载横向分布作用的横梁要求有足够刚度，可采用横梁式横向联结系。21《钢桥》第3章

钢板梁桥纵向联结系布置纵向联结系对于防止钢板梁桥施工时的失稳和抵抗横向力及扭矩有很大的作用，必须保证有足够的强度和刚度。在外侧主梁和端横梁处需要设置。关于其受力分析及其构造要求见3.4节22《钢桥》第3章

钢板梁桥3.2钢板梁桥总体布置主梁设计23《钢桥》第3章

钢板梁桥结构的空间性：由若干平面结构组成(竖向主梁平面，纵联平面，横联平面)空间结构平面化：明确各平面传递什么样的力，各力是通过什么平面传递到支座的。24《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计3.3设计总论空间结构平面化受力的空间性：竖向荷载（自重，车辆）；横向荷载（横风，摇摆力）主要荷载及传递模式——决定了各个平面模型的受力主梁平面受力——竖向恒载+车辆活载3.325《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计纵联平面受力——水平力（1）若存在上下平纵联，横风分上下两部分，分别从上下平纵联传到梁端；上平纵联把横向力传到端横联上部，再通过端横联，传给支座；下平纵联把横向力传到端横联下部，直接传给支座。上、下平纵联平面结构3.326《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计纵联平面受力——水平力（2）若仅存在上平纵联，横风全部从从上平纵联传到梁端；再通过端横联，传给支座；但是下半部分风力由临近中间横联传到上平纵联。上平纵联平面结构3.327《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计横联平面受力——传递梁端的横向力（1）若存在上下平纵联，只关心端横联的传力。上平纵联平面结构（2）若只存在上平纵联，还要关心中间横联传力。3.328《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计确定主梁的弯矩与剪力分布qxPK

kq

=10.5kN/m主梁内力计算主梁承受竖向荷载；平纵联承受横向荷载作用在主梁的荷载：恒载+活载(铁路或公路荷载)Pk=270-360kN29《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3主梁设计3.330《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计主梁截面设计（高度，腹板厚度，翼缘板宽厚度）普通焊接板梁应采用三块钢板焊接而成。当板厚不能用其他方法解决时可采用外贴翼缘钢板的形式，外贴翼缘板宜用一块钢板。H型钢：跨径≤20m，制作费低焊接工形钢梁：跨径≤50m，制作费较高he

73Wx

30(cm)经济梁高：见经验公式通常钢板梁的梁高约为跨径L的1/12~1/25h5

Emin

nflfxW

M主梁高度（腹板高度）最大梁高：容许建筑净空（线路标高，桥下净空）最小梁高：竖向刚度要求（L/900）,强度31《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3主梁设计表

5.3.3钢板梁腹板最小厚度钢材品种Q235

钢Q345

钢备注不设横向加劲肋及纵向加劲肋时

hw70

hw60仅设横向加劲肋，但不设纵向加劲肋时

hw160

hw140设横向加劲肋和

1

段纵向加劲肋时

hw280

hw240纵向加劲肋位于距受压翼缘0.2hw

附近设横向加劲肋和

2

段纵向加劲肋时

hw310

hw310纵向加劲肋位于距受压翼缘0.14hw

和

0.36hw

附近腹板厚度（抗剪，局部稳定）vdwIt

VS

f抗剪最小腹板厚度要求当跨径小于40m时，腹板厚度一般为9~12mm3.332《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计f w wwh 6A

Wx

1

t h翼缘板（抗弯，局部稳定）xfW

Mx抗弯3.333《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计受压翼缘:受拉翼缘:翼缘板的面外惯矩分别为受压翼缘和受拉翼缘对竖轴的惯性矩b

40cmb

12t

f345f

yb

16t

f345f

y0.1

Iyc

10I

ytI

yc I

yt翼缘构造规定考虑残余变形与振动，由经验确定受拉翼缘板34《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3主梁设计要解决的问题：怎么设置？做哪些检算？3.335《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计主梁加劲肋设置（局部稳定，局部承压等）局部稳定——横向（竖向）、纵向（水平）加劲肋要解决的问题：怎么设置？不配加劲肋

hwtw

60(Q345)60

hw

tw

140(Q345)140

hw

tw

240(Q345)240

hw

tw

310(Q345)横肋，其间距应满足。。。横肋+1纵肋，横肋间距应满足。。。横肋+2纵肋，横肋间距应满足。。。仅设置1根纵向加劲肋时，宜布置在距受压翼缘0.2hw处；仅设置2根纵向加劲肋时，宜布置在距受压翼缘0.14hw和0.36hw处最为有效3.3主梁设计36《钢桥》第3章

钢板梁桥要解决的问题：设置间距是否合理？横肋，其间距应满足。。。60

hw

tw

140(Q345)上式中的应力如何确定？腹板横向加劲肋的间距a不得大于腹板高度的1.5倍37《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3主梁设计腹板两侧对称设置横向加劲肋时，横向加劲肋截面对腹板中线的惯性矩腹板单侧设置横向加劲肋时，横向加劲肋截面对腹板与加劲肋的焊接线的惯性矩横向加劲肋w wI

t

≥

3h

t3纵向加劲肋I ≥

ξ

h t3l l w w

a

2

a

38《钢桥》第3章

钢板梁桥

l

h

2.5

0.45

h

1.5

w

w

式中，tw为腹板的厚度；hw为腹板净高度；a为横向加劲肋间距。加劲肋自身刚度要求（P121）3.3主梁设计小跨径桥梁纵向自由滑动避免形成积水区较大支承反力要解决的问题：支承加劲肋的计算？何为支承加劲肋？在承受较大固定集中荷载N作用处（包括支座处），设置的横向加劲肋39《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3主梁设计要解决的问题：支承加劲肋的计算？计算哪些内容？(1)支承垫板处腹板和加劲肋的直接承压应力（局部承压）cd≤ f0

A +

B ts eb

wRVγ3.340《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计(2)

腹板和加劲肋中的竖向应力（面外失稳）d

0.5

fAs

Bevtw

0Rv3.341《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计-1/3～+1/2倍板厚3.342《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁设计主梁的截面变化变截面方式：改变梁高、板厚和翼缘板宽度变截面数量与位置3.3主梁设计43《钢桥》第3章

钢板梁桥横联竖向加劲肋水平加劲肋横梁主梁

纵平联工厂连接翼板腹板工地连接上翼板3.3

主梁设计44《钢桥》第3章

钢板梁桥主梁拼接工厂拼接：构件因钢材的长度或宽度不够需接长或加宽，凡在钢结构制造厂进行拼接。工地拼接：因构件的运输条件或吊装条件限制，需将构件分段制作，运到工地后在地面拼接或吊至高空在空中进行拼接。拼接设计基本原则各组成板件都必须有各自的拼接板件和拼接连接，使传力均匀和直接工厂拼接时，应根据钢材供应情况错开分散在各截面处，而为了便于分段运输或分段吊装，拼接应集中在一个截面处或一个截面附近拼接设计的内容包括：拼接位置的确定、拼接件的配置及截面尺寸的选定、拼接连接的布置及计算等。拼接设计中一种方法是按原截面的最大强度进行，使拼接与原截面等强度；另一种方法是按拼接所在的截面的实际最大内力设计值进行45《钢桥》第3章

钢板梁桥考虑施工的方便：如工厂焊接，工地栓接3.3

主梁设计焊接拼接翼缘板、腹板接长：对接焊，错开距离工厂连接一般要求错开100mm以上工地连接时由于需要设置过焊孔，最好错开200mm以上翼缘板与腹板之间的焊接：角焊缝，连续设置，加劲肋开过焊孔加劲肋的焊接：角焊缝46《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3

主梁设计翼缘板高强螺栓连接方式腹板螺栓连接拼接板，填板高强螺栓拼接螺栓连接特点47《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3

主梁设计翼缘板高强螺栓连接方式要点：翼缘板连接传递轴力。48《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3

主梁设计腹板螺栓连接——分离式腹板连接要点：设计认为腹板弯矩完全由靠近翼缘板的弯矩拼接板承担，剪力由中间部分剪力拼接板承担。弯矩拼接板剪力拼接板3.3

主梁设计49《钢桥》第3章

钢板梁桥腹板螺栓连接——一体式腹板连接要点：对于腹板弯矩越远的螺栓分担越大；对于腹板剪力平均分摊——弯剪螺栓群50《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3

主梁设计翼缘板受轴力作用主梁高强螺栓连接承载力设计：（各螺栓群传递什么力？）翼缘板螺栓群承受轴力腹板受剪，受弯 腹板螺栓群承受弯矩与剪力轴力，弯矩，剪力到底取多大来设计螺栓？51《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3

主梁设计轴力，弯矩，剪力到底取多大来设计螺栓？52《钢桥》第3章

钢板梁桥解决思路：1）按设计荷载计算相应内力2）按等承载力的原则确定螺栓群的设计荷载（实例：局部与整体稳定；杆端螺栓数）3.3

主梁设计翼缘板受力Nf=?腹板受力Mw=?Q=?

(等承载力设计原则)vdxI tQS

fvdQ

Ixt

fSfwM

fN

M

fhw

(tfc

tft

)

/

2 hII

fIwMI maxMf

M

max;

Mw

maxca

,

,

,

取f

M

min

ta

ca

ta

dI

ywc

t

fcIywt

t

ft

或Q

hwtw

fvd53《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3

主梁设计翼缘板螺栓连接（拼接板，填板）拼接板强度计算：fsdAf

Nf/

2v54《钢桥》第3章

钢板梁桥Nb螺栓数量(接头一侧)：

m

N

f3.3

主梁设计腹板螺栓连接（两种方式）分离式腹板连接55《钢桥》第3章

钢板梁桥一体式腹板连接3.3

主梁设计腹板螺栓连接（分离式腹板连接）3.3

主梁设计56《钢桥》第3章

钢板梁桥腹板螺栓连接（分离式腹板连接）（a）水平拼接板强度：wmwmNh

MwwmdA2

f

Nwmm57《钢桥》第3章

钢板梁桥v(b)水平螺栓数量：

mNb

Nwm3.3

主梁设计腹板螺栓连接（分离式腹板连接）（c）竖向拼接板强度：（腹板与拼接板等强）（d）竖向螺栓数量：sssst2h

twhws58《钢桥》第3章

钢板梁桥vNbm

QQ

?3.3

主梁设计腹板螺栓连接（分离式腹板连接）（e）剪力拼接板外缘螺栓检算：（双向受剪，Q,Mw共同作用）259《钢桥》第3章

钢板梁桥bbxbyvN

N 2

N

Nb3.3

主梁设计腹板螺栓连接（一体式腹板连接）3.3

主梁设计60《钢桥》第3章

钢板梁桥腹板螺栓连接（一体式腹板连接）螺栓数量:

解决单个螺栓的受力拼接板强度：抗弯与抗剪能力不低于腹板（等强度原则）sssst2h

twhwss61《钢桥》第3章

钢板梁桥ss2 ht

tw(hw

)33.3

主梁设计钢号跨间无侧向支承点的梁跨间受压翼缘有侧向支承点的梁不论荷载作用在何处荷载作用在上翼缘荷载作用在下翼缘Q23513.020.016.0Q34510.516.513.0Q39010.015.512.5Q4209.515.012.0（2）工字型截面简支梁不需计算整体稳定性的最大L1/B1表3-2（1）有铺板（各种混凝土板与钢板）密铺在受压翼缘上并与之牢固相连，能阻止受压翼缘的侧向位移62《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3

主梁设计3.3.6主梁验算主梁整体稳定性主梁强度：抗弯，抗剪，复杂应力状态——承载能力主梁刚度：活载作用下的挠度检算——正常使用要求疲劳：受拉翼缘的孔洞削弱处或焊缝连接处都是应力集中比较严重的部位，是结构的疲劳薄弱环节，决定了结构的疲劳寿命63《钢桥》第3章

钢板梁桥3.3

主梁设计联结系的构造与设计64《钢桥》第3章

钢板梁桥抵抗桥梁的扭矩，将扭矩和水平力传递到支座；在桥面板端部起到支承的作用等横联竖向加劲肋水平加劲肋横梁主梁纵平联工厂连接翼板腹板工地连接上翼板联结系的构造与设计65《钢桥》第3章

钢板梁桥3.43.4.1横向联结系的作用与构造作用防止主梁侧倾失稳起到荷载分配的作用，使得各主梁受力较均匀与主梁及纵向联结系构成空间桁架抵抗水平荷载；桥梁安装架设时主梁的定位；端横梁（加斜撑）端横梁（不加斜撑）支承处桁架式横向联结系66《钢桥》第3章

钢板梁桥跨间桁架式横向联结系3.4联结系的构造与设计构造（自己看书）3.467《钢桥》第3章

钢板梁桥联结系的构造与设计3.4.2

横向联结系的设计计算（1）横向联结系设计思路①根据跨径和主梁布置形式拟定横向联结系的数量与位置（在3.2.3节中已作介绍）；②根据格子刚度要求设定横向联结系需要的结构形式和最小断面尺寸；③采用桥梁空间计算或平面简化模型分析横向联结系的杆件内力；④验算横向联结系构件的强度、稳定性及刚度等368《钢桥》第3章

钢板梁桥Il

Q1I

10Z

2a

IQ1＝

IQ式中：l——主梁跨长；a——主梁间距；IQ、I——分别为横梁及主梁的惯矩；IQ1——换算为单根横梁的换算刚度；β——中间横梁根数修正系数，按下式计算横梁根数为1、2根：β=1.0；横梁根数为3、4根：β=1.6；横梁根数为5、6根：β=2.6。（2）横向联结系格子刚度检算格子刚度Z要求：3.4联结系的构造与设计