钢桥 课件 第4章 钢桁梁桥

钢桁梁桥钢桁梁桥组成及分类钢桁梁杆件内力分析基本原理主桁架Contents.本章内容提纲桥面系联结系22023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点钢桁梁的刚度与预拱度铁路简支钢桁梁主桁架计算示例钢桁梁桥组成及分类自强

不

息 厚德

载

物 TsinghuaUniversityofChin

a

32023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁桥组成及分类4.1当跨径较大时，桁式主梁具有刚度大、通透性好、用钢量省、制造运输及拼装方便等特点。钢桁梁杆件以轴向受力为主，截面受力均匀，材料强度能够得到充分利用.武汉长江大桥南京长江大桥42023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁桥组成及分类4.14.1.1

钢桁梁桥组成主桁架：主要承重结构，由上弦杆、下弦杆和腹杆组成。其作用为承受桥梁结构的竖向荷载并将荷载可靠地传递给支座。大节点：与斜杆相交的节点，左右弦杆是断开的，受力不相等；小节点：只有竖杆相交的节点，左右弦杆是不断开的，受力相等。52023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁桥组成及分类4.12023/6/14.1.1

钢桁梁桥组成联结系：分为纵向联结系和横向联结系。作用是使主桁架联结起来，使桥跨结构成为稳定的空间结构，能承受各种横向荷载。《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁桥组成及分类4.14.1.1

钢桁梁桥组成桥面系：参与结构受力，把桥面恒载、列车或汽车荷载等传递给主桁架。主要有：纵横梁式桥面系、正交异性板式整体桥面系纵横梁式桥面系正交异性板式整体桥面系72023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁桥组成及分类4.14.1.1

钢桁梁桥组成桥面：保证桥面车辆及行人的行走，不参与结构受力。桥面主要有明桥面和道碴桥面两种。铁路桥梁明桥面结构示意图(单位：m)铁路桥梁正交异性板道碴桥面结构示意图(单位：m)82023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁桥组成及分类4.1钢桁梁桥分类按桥梁用途铁路桁梁桥92023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥公路桁梁桥公铁两用桁梁桥钢桁梁桥组成及分类4.1钢桁梁桥分类按桥面与主桁相对位置上承式桁梁桥中承式桁梁桥下承式桁梁桥双层桁梁桥102023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁桥组成及分类4.1钢桁梁桥分类按受力体系分类简支桁梁桥悬臂桁梁桥连续桁梁桥112023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁桥组成及分类4.1连续钢桁梁桥的特点墩帽尺寸较小。墩身可只承受中心压力;具有较大竖向刚度，挠度曲线匀顺连续，约为简支梁的80%;便于伸臂法架设，不用特地加大截面或采用临时加固措施；遭到局部破坏时，其余部分不易坠毁，修复较易；可通过调整支座高程来调整杆件内力，对地基要求较高;122023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁桥组成及分类4.1连续钢桁梁桥的特点常用两跨或三跨;二孔连续梁应做成等跨的。三孔时合理比例是7:8:7。为了美观，也常采用等跨布置；梁高可比简支梁矮一些，为跨度的1/7~1/8。跨度很大时，可将支点上桁高加大，为跨中桁高的1.2~1.5倍。但不宜将加高部分的外形做得太尖。近代修建的连续钢桁梁桥常做成平行弦的。132023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁杆件内力分析基本原理自强

不

息 厚德

载

物 TsinghuaUniversityofChin

a

142023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁杆件内力分析基本原理4.24.2.1

空间刚接结构分析方法钢桁梁是一个由纵梁、横梁、主桁、纵联、横联等平面结构组成的空间结构，所有节点均为刚性连接。钢桁梁的实际工作状况为刚性节点的空间结构，属于高次超静定结构。纵、横梁的连接形式(a)(b)(c)横梁与主桁连接的几种方式152023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁杆件内力分析基本原理4.24.2.2

平面结构简化分析方法1.

主要计算步骤结构分解，假定均为铰接且只承受作用于该结构面内的荷载。按平面铰接结构算出的内力称为主内力。1两个平面结构共有的杆件内力按两个平面结构算出的内力叠加。2考虑节点刚性和空间作用计算得出的附加内力称为结构次内力，与前两步叠加得到结构的内力。3162023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁杆件内力分析基本原理4.2平面结构简化分析方法2.

结构次应力考虑结构空间作用和节点刚性连接所引起的附加应力称为结构次应力。主要表现在：平纵联和主桁弦杆的共同作用桥面系和主桁弦杆的共同作用横向框架和横向扭转效应节点刚性次应力172023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁杆件内力分析基本原理4.2较大次应力局部182023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥4.2.2平面结构简化分析方法2.

结构次应力很小忽略不计与主应力叠加加入次应力检算截面时，可以提高杆件基本容许应力影响钢桁梁杆件内力分析基本原理4.24.2.3

活载发展因素的考虑对于铁路钢桥设计，为了保证在较长时期内钢桥能适应机车车辆重量增长及特种超重列车通过的需要，设计时必须为正使用的列车活载预留发展系数。预留活载发展系数——钢桥实际上能承担更高等级活载

(也称检定活载)预留的方法主要有两种：一是提高现行活载等级；一是降低材料容许应力。我国钢桥设计中一般采用降低材料容许应力的方法。检定容许应力是设计容许应力1.2倍6imax

i

1

1（a

a

)i192023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥kNpa

(1

)N恒、活载内力的比值活载发展均衡系数ni

1.2

0.2ai活载发展系数主桁架自强

不

息 厚德

载

物 TsinghuaUniversityofChin

a

202023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.3主桁架几何图式1.

三角形桁架由斜杆与弦杆组成等腰三角形的桁架称为三角形桁架。是目前世界上应用最广的一种桁架式样，适用于大、中、小各种跨度的桥。主要优点：弦杆的规格和有斜杆交汇的大节点的个数较少；支撑横梁的竖杆只承受局部荷载，内力很小而截面相同；不支承横梁的竖杆只起支撑弦杆的作用，内力为零，有时可以省去。212023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.1

主桁架几何图式2.

斜杆形桁架相邻斜杆互相平行的桁架称为斜杆形桁架。222023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主要优点：与三角形桁架相比，其弦杆规格多，每个节间都有变化；竖杆不仅规格多，而且内力大，所有节点都有斜杆交汇，均为大节点；在悬索桥、斜拉桥或拱桥的主梁常采用斜杆形的主桁架。主桁架4.34.3.1主桁架几何图式3.

K形桁架斜杆与竖杆构成K字形的桁架称为K形桁架主要优点：K形桁架具有杆件短小、轻便的优点，适宜于装拆式桥梁232023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.1主桁架几何图式4.

双重腹杆形桁架双重腹杆形桁架是由两个不带竖杆的三角形桁架叠合而成主要优点：其斜杆只承受节间剪力的一半；杆件短、截面小，大跨度桁架受压斜杆短，对压屈稳定有利。242023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.2

主桁架的主要尺寸桁架高度指主桁上、下弦杆重心间的距离，主要由用钢量、刚度、容许建筑限界等要求来确定。节间长度指弦杆相邻节点之间的距离。直接影响纵梁的跨度和斜腹杆的倾角。252023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥桁架高度主桁架4.34.3.2

主桁架的主要尺寸斜杆倾角由主桁高度与节间长度的比值决定，对腹杆用钢量和节点构造有很大影响。钢桁梁桥各片主桁架中心线的距离，主要由横向刚度和稳定性决定。主桁中心距262023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥斜杆倾角主桁架4.34.3.3主桁架杆件内力计算主桁杆件内力的计算图式可简化为由主桁各杆件的轴线所形成的平面铰接桁架对于铁路钢桁梁桥：272023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算1.

竖向荷载作用下的内力计算（1）恒载的假定恒载包括桥跨结构（主桁、桥面系和联结系等）的自重和桥面重量①

桥跨自重

ps通常根据已有的设计资料估算恒载；若设计中采用的活载等级和钢材的容许应力与原设计不同，则桥跨结构的自重

ps可近似地按其与活载强度成正比，而与容许应力成反比去推算：s j282023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥j sk

k

p

p s

j

主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算1.

竖向荷载作用下的内力计算②

桥面重量pm桥面重量pm

可根据经验取值，对于铁路明桥面，当用钢筋混凝土人行步板时，

pm

=

10kN/m

(单线）或

pm

=

17kN/m

(双线）。每片桁架所受恒载集度为：2292023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥s mp

1

p

p

kN

m主桁架4.34.3.3主桁架杆件内力计算1.

竖向荷载作用下的内力计算（2）列车竖向活载针对高速铁路、城际铁路、客货共线铁路、重载铁路分别规定了相应的列车荷载图式302023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算1.

竖向荷载作用下的内力计算（2）列车竖向活载针对三角形分布的内力影响线，可采用列车活载的换算均布活载

k

来方便求解结构的最不利内力。根据不同的列车荷载图式，相应的换算均布活载

k

按影响线最大纵坐标位置

α

和加载长度

l来确定说明：

坐标位置α的取值是0.0≤

α

≤

0.5；312023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.3主桁架杆件内力计算1.

竖向荷载作用下的内力计算（3）主桁杆件轴力影响线应用时公式前应带上根据实际情况确定的正号或负号，取受拉为正，受压为负。如：下承简支桁梁上弦杆受压力，应带上负号；上弦杆受拉力，应带上正号。三角形桁架的立柱不承受竖向荷载，但可作为减少上弦压杆桁架平面内的自由长度，应以压杆内力的3%为抗力，予以检算。322023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算1.

竖向荷载作用下的内力计算（4）恒载和列车竖向活载作用下的杆件内力恒载和换算后的活载均可视为均布荷载，采用结构力学的影响线面积法求主桁杆件内力。主桁杆件的内力计算公式为:N

Np

1

Nk332023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算2.

横向荷载作用下的内力计算（1）平纵联计算图式在计算平纵联弦杆的内力时，可将平纵联看作水平放置的桁架，两端简支在桥门架上，下平纵联的计算跨度等于主桁跨度

L

，上平纵联的计算跨度等于主桁上弦两端节点间的距离

L1342023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.3主桁架杆件内力计算2.

横向荷载作用下的内力计算（2）横向风力的确定单位面积上的风力强度计算：352023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥设计类型桥上无车时风压桥上有车时风压非标准设计Ww=k1k2k3W0Wy=0.8k1k2k3W0

且不超过1250Pa标准设计Ww=k1k2×1400Wy=k1k2×800且不超过1250Pa其中：k1为风载体型系数，k2为风压高度系数，k3为地理地形条件系数。在计算中，两片主桁架的受风面积按一片桁架在纵向竖直面内的杆件中心线轮廓面积乘以填充系数计算，桁架的填充系数为0.4主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算2.

横向荷载作用下的内力计算（2）横向风力的确定横向力在上、下平纵联的分配考虑了钢桁梁在横向力作用下的空间作用，横向力在上、下平纵联的分配系数：362023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥横向力桥面系所在纵联另一纵联主桁上的风力0.50.5桥面、桥面系及列车上的风力、摇摆力、离心力1.00.2主桁架4.34.3.3主桁架杆件内力计算2.

横向荷载作用下的内力计算（2）横向风力的确定下承桁梁的上、下平纵联承受的有车时单位长度风荷载分别为：w上

0.5

0.4

H

1

0.4

0.2

h1

h2

h3

Wy

kN

m

w下

0.5

0.4

H

1

0.4

1.0

h1

h2

h3

Wy

kN

m

式中h1、h2、h3分别为纵梁、桥面、列车的高度

2m Bh1h2

h3=3m H372023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.3w382023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥2B

l1

l24.3.3

主桁架杆件内力计算2.

横向荷载作用下的内力计算（3）横向风力作用下的弦杆内力当平纵联为交叉型腹杆体系时，属于内部超静定结构，这时，一般可近似按静定结构计算，即假定弦杆影响线仍为三角形，其顶点取弦杆所在节间两斜撑的交点纵联弦杆轴力影响线面积Ωw及内力Nw为：Nw

w

w主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算2.

横向荷载作用下的内力计算（4）列车摇摆力作用下的弦杆内力列车横向摇摆力Fy作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面。下承桁梁上、下平纵联承受的列车摇摆力分别为：F上=0.2·FyF下=1.0·Fy将列车摇摆力作用在弦杆轴力影响线最大值处，可求解弦杆的内力：y392023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥l1

l2N

F

(l1

l2

)

B主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算2.

横向荷载作用下的内力计算（5）桥门架效应l0cl-clHw

CDEFBA

B2 0Hw(c-l

)Hw'l2

0(a)(b)VVRVθHNw(d)

Hw

2

Hw

l-l0Hw

2

B

V(c)对于桥门架斜置的下承式桁架桥，上平纵联所受的横向力经由两端的桥门架传至下弦端节点，使端斜杆和下弦杆产生附加内力。桥门架的计算图式是刚架，其腿杆（即主桁端斜杆）下端可假定为嵌固在下弦端节点。在水平力作用下，刚架作水平位移。402023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算2.

横向荷载作用下的内力计算（5）桥门架效应l0cl-clHw CDEFBA

B2 0Hw(c-l

)Hw'l2

0(a)(b)VVRVθHNw(d)Hw

2

Hwl-l0Hw

2

B

V(c)刚架腿杆的反弯点至下端的距离为：c 2l

c412023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥2c

ll0

2

主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算2.

横向荷载作用下的内力计算（5）桥门架效应l0cl-clHw CDEFBA

B2 0Hw(c-l

)Hw'l2

0(a)(b)VVRVθHNw(d)Hw

2

Hwl-l0Hw

2

B

V(c)反弯点处的水平反力Qw和端斜杆附加轴力Vw分别为：2wQ

Hww422023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥VB

Hw

l

l0

主桁架4.3l0cl-clHw CDEFBA

B2 0Hw(c-l

)Hw'l2

0(a)

(b)VVRVθHNw(d)Hw

2

Hwl-l0Hw

2

B

V(c)水平反力Qw使端斜杆产生附加弯矩，端斜杆附加轴力Vw通过端斜杆传至下弦端节点上,从而又使下弦杆产生附加力为：432023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥wwN

V

cos

4.3.3

主桁架杆件内力计算2.

横向荷载作用下的内力计算（5）桥门架效应主桁架4.34.3.3

主桁架杆件内力计算3.

纵向荷载作用下的内力计算铁路桥梁由于列车在桥上行驶时因制动或启动而产生的制动力或牵引力，是纵向荷载。动力通过桥面作用在桥面系纵梁上，然后由纵梁传递到制动联接系（又称制动撑架）上,再由制动联接系传递到平纵联斜杆上，并进而传递到主桁节点上，使主桁下弦杆产生附加内力。442023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.3主桁架杆件内力计算4.

主桁内力组合及主桁杆件计算内力的确定以主力、主力+附加力进行组合，取最不利组合进行控制。三种形式：（1）主力单独作用：内力为NⅠ，设计容许应力为[σ]；（2）主力+横向附加力（风荷载）：NⅡ=

NⅠ

+Nw，设计容许应力为1.30[σ]；（3）主力+纵向附加力（制动力）：NⅢ=

NⅠ+NT，设计容许应力为1.30[σ]。452023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥'II11.3I wN =

（N

N

）III=

11.3I TN

'

（N

N

）这样，主桁杆件的计算内力为NI、N’ N’

三者中的最大值。Ⅱ、 Ⅲ主桁架4.34.3.3主桁架杆件内力计算5.

主桁杆件疲劳内力的确定疲劳荷载只考虑列车竖向静载、运营动力系数和离心力的作用。考虑列车竖向活载的动力作用时，应将列车竖向静荷载乘以运营动力系数(l＋μ)sN

Np

1

Nks多线铁路桥主桁(或主梁)构件检算疲劳时，按一线偏心加载并以杠杆原理分配于主桁(或主梁)，作用于横向最不利位置，并以多线系数修正。18462023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥s

1

1

40

L主桁架4.34.3.4

主桁杆件截面设计1.

主桁杆件的截面δ2δ3δ2δ1δ2δ1x(a)(b)(c)(h)y(g)(f)焊接H形截面由两块竖板(也称翼板)与一块水平板(也称腹板)组成。优点：组装工作简单，组合焊缝不用开坡口，便于采用全自动焊，矫正焊接变形较容易，工地连接螺栓安装方便,

因此我国钢桁梁杆件广泛采用H形截面。缺点：截面绕X轴的刚度小，用作压杆时不太经济。此外，当H形杆件平置时，腹板上必须开泄水孔。472023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.4

主桁杆件截面设计1.

主桁杆件的截面焊接箱形截面由二块竖板与两块平板（也称顶板、底板）组成。优点：截面对y轴与x轴都有较大的刚度，由于截面用四块板组成，板厚相对于H形截面可以薄一些。故箱形截面适用于内力和长度较大的压杆。

缺点：箱形截面的组装、焊接、矫正焊接变形和在工地安装连接螺栓都比H形截面费工费事。δ2δ3δ2δ1δ2δ1x(a)(b)(c)(h)y(g)(f)482023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.4

主桁杆件截面设计2.

主桁杆件外廓尺寸外贴式节点各杆件的宽度b(指两竖板外到外间距)必须一致上、下弦杆在各节间的高度应尽可能一致拟定宽度b和高度h时，应考虑能容纳行车、宽度b有460、600、720mm等三种；高度h有260440~460、600、760、920、l100mm等多种492023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.4

主桁杆件截面设计2.

主桁杆件外廓尺寸整体式节点箱形截面内宽b(两竖板内到内间距)必须一致弦杆采用箱形截面时，竖板在节点范围内可以加厚、加高成整体节点板箱形截面内高h(两平板内到内间距)尽可能一致502023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.4

主桁杆件截面设计2.

主桁杆件外廓尺寸整体式节点腹杆应尽可能使用H形截面内力较大的腹杆考虑采用箱形截面弦杆高、宽尺寸还要兼顾螺栓布置512023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.4

主桁杆件截面设计3.

主桁杆件截面分肢的板厚《铁路桥规》要求主桁杆件板厚不得小于10mm，挂杆受力比较复杂，应力分布很不均匀，其翼板厚度不得小于12mm；板梁腹板较宽其厚度过小，焊接时变形不易控制，故当跨度大于或等于16m时，要求其厚度不得小于12mm。构

件最小厚度或尺寸钢板吊杆翼板；焊接板梁的腹板12填板4其他10联结系角钢肢厚度10纵梁与横梁、横梁与主桁(主梁)的连接角钢100×100×12522023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.4主桁杆件截面设计3.

主桁杆件截面分肢的板厚主桁杆件只有翼板与节点板连接，腹板应力靠翼板间接传递给节点板，杆件截面应尽量集中于翼板。如翼板很厚而腹板很薄，腹板的临界应力远低于翼板的临界应力，则截面也不能很好地整体工作。《铁路桥规》要求H形压杆的腹板厚度，对于铆接杆不宜小于0.4（

为翼板厚）；对于焊接杆当大于等于

24mm

时不宜小于0.5，当

小于24mm

时不宜小于0.6

。532023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.3主桁杆件截面设计3.

主桁杆件截面分肢的板厚焊接杆件的最大板厚应考虑供货条件。铆接杆件板束总厚度应考虑铆钉的容许握距。一般情况下薄板的质量比厚板更有保证。压杆各分肢钢板或板束宽厚比

bi/δi

应满足局部稳定的要求。542023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.4

主桁杆件截面设计4.

主桁杆件的刚度要求杆件刚度不足时，在自重作用下会产生较大的挠曲，在活载作用下容易发生较大的振动，导致连接松动和降低疲劳强度，在运输安装过程中也容易发生变形。杆件最大长细比：552023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥杆

件长细比λ主桁杆件弦杆受压或受反复应力的杆件100不受活载的腹杆150仅受拉力的腹杆长度≤16m180长度＞16m150联结系杆件纵向联结系支点处横向联结系单线110双线130制动联结系130中间横向联结系150主桁架4.34.3.4

主桁杆件截面设计4.

主桁杆件的刚度要求杆件计算长度：562023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.3主桁杆件截面设计5.

箱形杆件中的隔板隔板是箱形杆件和节点中的重要板件。其作用为：保证杆件截面形状和板间距离在有横梁连接的节点内，将横梁端部的竖向剪力向外侧节点板传递，使内外侧节点板的竖向力达到均衡。在整体桥面中，如果节点之间的小横梁与弦杆相连的话,小横梁端部也需设横隔板，使之向外侧传递小横梁端部的竖向剪力。572023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥主桁架4.34.3.4

主桁杆件截面设计6.

主桁杆件截面尺寸的确定初步计算主桁杆件的控制内力或疲劳内力拟定杆件截面尺寸计算其截面几何特征数据强度和刚度检算总体稳定和局部稳定检算结束可否压杆出现拉应力的受循环荷载杆件否疲劳检算否582023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥自强

不

息 厚德

载

物 TsinghuaUniversityofChin

a

桥面系2023/6/159《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算桥面系4.4桥面系由桥面板和桥面系梁组成，桥面系梁格一般由纵梁、横梁及纵梁之间的联结系组成，主要应用在铁路钢桁梁中。我国铁路下承式各种跨度的栓焊钢桁梁标准设计，其桥面系采用统一布置及统一尺寸。桥面板及桥面系梁格602023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥桥面系4.4纵横梁式桥面系构造纵梁和横梁横梁与纵梁均为板梁铁路纵梁翼缘宽度要求（受轨枕压力）纵梁的上翼缘宽度不宜小于240mm接纵梁上翼缘伸出肢的宽厚比不得超过10铁路桥的纵、横梁翼缘与腹板的厚度至少是10mm，公路桥至少是8mm加劲肋顶端不得焊在梁的受拉翼缘上，但可焊在受压翼缘上纵梁与横梁的高度宜大一些612023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥桥面系4.44.4.1纵横梁式桥面系构造2.

纵梁间的联结系纵梁的间距一般是2m，纵梁的跨度一般是6~10m。纵梁一般只需设一个上平纵联和一个中横联。上平纵联——承受横向风力及支撑受压翼缘，减小其侧向自由长度。为避免桥枕翘曲时压在平纵联的腹杆上，可在纵联节点板与纵梁上翼缘间垫以一定厚度的填板。622023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥桥面系4.44.4.1纵横梁式桥面系构造3.

纵梁与主桁纵联的连接主桁纵联截面常由刚度控制。为了减少斜撑在平面外的自由长度，可将斜撑交点通过一块吊板吊在纵梁中横联交叉撑交点的节点板上。由于吊板在纵向很柔软，其上、下端在纵向可以自由移动，故能在吊住主桁纵联斜撑的同时，又不妨碍纵梁与主桁纵联产生纵向相对变位。吊板相当于一上、下端铰接的链杆，故又称“板铰”。632023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥桥面系4.44.4.1

纵横梁式桥面系构造4.

纵梁与横梁的连接（等高连接）把纵、横梁一样高。在纵梁腹板上设一对连接角钢，与横梁腹板相连。在纵梁上下翼缘上各设一块鱼形板，与横梁及相邻的纵梁的翼缘相连。这种构造简单，传力较好，目前常采用这种构造。642023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥桥面系4.44.4.1

纵横梁式桥面系构造4.

纵梁与横梁的连接（不等高连接）对于双线铁路或节间长度较大的钢桁梁，其横梁受力较大．要求较大的梁高。把纵梁、横梁常采用不等高的形式。652023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥桥面系4.4在主桁跨度大于80m时，必须把主桁中间的纵梁断开，设置活动纵梁。活动纵梁的结构见下图所示。4.4.1纵横梁式桥面系构造5.

纵梁的断缝钢桁梁桥面系和弦杆在荷载作用下其受力有共同作用，导致横梁水平受弯。662023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥桥面系4.44.4.1

纵横梁式桥面系构造5.

纵梁的断缝纵梁断开方式672023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥桥面系4.44.4.1

纵横梁式桥面系构造6.

横梁与主桁的连接横梁与主梁的联结有三种联结方式：（a）当纵、横梁截面等高时，一般将横梁下翼缘与主桁下弦中心平齐；（b）纵横梁截面不等高，使纵梁下翼缘与主桁下弦中心平齐，使主桁下平纵联的斜撑得以从纵梁下方通过，此时下平纵联的水平节点板要被横梁腹板隔开；（c）当连接角钢上排不下计算所需的连接螺栓时，可在横梁的端部加接肱板，使连接角钢得以加长。682023/6/1《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算桥面系4.4k0Ω

Ml

4

α

=0.5弯矩影响线Ω

Qα

=0剪力影响线

1

纵横梁式桥面系的内力计算纵梁内力计算《铁路桥规》规定：纵梁跨中弯矩及支点反力可按简支梁计算；纵梁支点负弯矩取为0.6M（M为按简支梁计算的跨中弯矩）。纵梁按简支梁考虑时的计算图示见下图。当铁路纵梁与横梁布置在同一平面，且纵梁与横梁用鱼形板连接时，则纵梁跨中弯矩可按0.85M计算。pllk0.5692023/6/1《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算桥面系4.4l纵横梁式桥面系的内力计算纵梁内力计算纵梁的计算内力为：702023/6/1《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算M

Mp

(1

)M

k梁端弯矩跨中弯矩M0

0.6M梁端剪力Q

Qp

(1

)Qk桥面系4.44.4.2纵横梁式桥面系的内力计算2.

中间横梁的内力计算横梁的计算内力为：-D弯矩图+剪力图MaB

a D

B-2aDDD+纵梁跨度lp双孔荷载反力影响线纵梁跨度lk0.5ΩD

1 支点反力712023/6/1《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算D

Dp

(1

)Dk最大弯矩M

Da桥面系4.44.4.2纵横梁式桥面系的内力计算3.

端横梁（起重横梁）的内力计算千斤顶荷载最大弯矩M

Da4D=

1.3PDD1.3PDDDDDDaa-M-+D弯矩图剪力图B722023/6/1《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算桥面系4.4NQQM0Nh04.4.2

纵横梁式桥面系的内力计算4.

纵梁与横梁的连接计算当纵梁梁端采用鱼形板时，假定全部支点弯矩由鱼形板承受。《铁路桥规》规定：竖向角钢上承受梁端剪力的螺栓数要比按简支梁梁端剪力算出的数字增加10％。竖向连接角钢上所需高强螺拴数n：在纵梁腹板上

T2

n

1.1Q在横梁腹板上

T1

732023/6/1《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算n

1.1Q如果纵梁梁端没有能承受支点弯矩的构造(鱼形板)，故《铁路桥梁钢结构设计规范规》（TB

10091-2017）规定在纵梁腹板上的，按简支梁反力增加20％；在横梁腹板上的，按简支梁反力增加40％。桥面系4.4NQQM0Nh04.4.2

纵横梁式桥面系的内力计算4.

纵梁与横梁的连接计算鱼形板所承受的轴力N、其所需净面积Aj和一端所需连接螺栓数n应分别为：鱼形板所受轴力h0N

M

0鱼形板一端螺栓数

T1

742023/6/1《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算n

Aj

桥面系4.44.4.2

纵横梁式桥面系的内力计算5.

横梁与主桁的连接计算《铁路桥规》规定：竖向角钢上的螺栓数应按简支梁反力所算出的螺栓数增加10％计算。根据以上规定，竖向连接角钢上的高强螺栓数n为：在横梁腹板上在主桁上

T2

n

1.1D

T1

752023/6/1《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算n

1.1D当横梁端部无承受支点弯矩的构造时，《铁路桥规》规定：横梁腹板上的螺栓数仍按简支梁反力算出者增加10％。主桁上的螺拴由于要受到拔力，《铁路桥规》规定：当结构不能承受支点弯矩时，主桁上的连接螺栓数：单线桥增加20%；双线桥及公铁两用桥(公路桥面设在主桁外侧的悬臂横梁上)，因此项支点弯矩甚大，应根据实际支点反力与支点弯矩的大小，通过计算确定。桥面系4.44.4.3

正交异性板式整体桥面系构造以重载铁路L=108m下承式双线简支钢桁梁为例，正交异性板式整体桥面系由桥面板、横梁及横肋、纵肋四个部分组成。桥面板全桥纵、横向连续，纵向与下弦顶板伸出肢焊接，横向分段焊接。钢桥面系横向设置横梁和横肋，钢桥面系纵向仅设U肋和I肋，不设纵梁。1/2桥面系平面图762023/6/1《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算横梁一般截面图桥面系4.44.4.4

正交异性板式整体桥面系的内力计算考虑桥面板参与主桁结构的整体受力，故一般建立全桥的空间有限元模型来进行分析。以重载铁路L=108m下承式双线简支钢桁梁为例，主桁杆件和上平纵联杆件均采用空间梁元模拟，整体桥面系采用梁格法模拟。采用梁格法计算时，桥面板作为纵梁（肋）、横梁（肋）的上翼缘应考虑剪力滞后的影响，钢桥面板参与作用的有效宽度可按《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10091-2017）的规定采用。桥面板的有效宽度一般都小于实际分配的宽度，为保证模型自重相等，需要对桥面荷载等效计算。772023/6/1《桥梁振动》第5章

频率和振型的近似计算联结系自强

不

息 厚德

载

物 TsinghuaUniversityofChin

a

782023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥联结系4.5纵向联结系纵联的几何图式纵向联结系是指同一平面两弦杆之间的联结杆件，即斜撑与横撑。选择其图式时，应使杆件不要过长，以保证杆件有较大的刚度和作为压杆时使容许应力的折减不至太大。纵联常用的几种图式：(a)三角形；(b)

菱形；(c)

交叉形；（d）K形。(a)(b)(c)(d)792023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥联结系4.5纵向联结系纵联的构造单壁式双壁式(a)802023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)联结系4.54.5.1

纵向联结系3.

纵联的计算（1）交叉形纵向联结系斜杆内力3 3d

d

d

A ANAApAAcos

2

N

d 1

2 sin

cos

（2）交叉形且横梁兼作撑杆时联结系斜杆内力22dbNAA AAbA

sin

)A

( cos

0.6Nd

1

4

d

sin3

d

cos3

（3）菱形纵向联结系斜杆内力3812023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥2 33d

d

d

A A ANAAp

d

48IAAcos

2

N

d 1

2 sin

Bcos

cos

（4）交叉形、菱形纵向联结系撑杆内力pddN

(N

N )

sin

左右联结系4.5横向联结系联结系杆件不要太长，斜撑倾角以接近45⁰为宜上承式下承式822023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥联结系4.54.5.3制动联结系列车在桥上行驶时因变速所产生的制动力或牵引力经由钢轨和桥枕传给纵梁，由纵梁传给横梁，横梁会出现过大的水平挠曲。为使这种纵向力水平力直接传给主桁节点，通过主桁弦杆传往固定支座，以减少横梁所受的水平弯矩，需要设置制动联结系。制动联结系一般宜设在跨中(或在纵梁断开点与桥梁支点间的中部)。因为在该处横梁在弦杆变形时不发生弯曲，其相邻节间的纵梁与纵向联结系斜杆的纵向相对位移也较小，在该处设置制动联结系，可以减少制动联结系参与桥面系和弦杆的共同作用。832023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点自强

不

息 厚德

载

物 TsinghuaUniversityofChin

a

842023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.6节点设计基本要求受力方面的要求各杆件截面重心线应尽量在节点处交于一点，以免产生节点偏心的附加应力。主桁杆件所需的连接螺栓个数应按杆件的承载力计算。杆件进入节点板的第一排螺栓数，有条件时可适当少布置几个，以减少杆件的截面削弱。外贴式节点的弦杆在节点中心中断时，单靠节点板来连接弦杆，多半强度不够，一般均需在竖板内侧添设弦杆拼接板。对于整体节点，常将弦杆接头布置在节点板以外，使节点构造简单。852023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.6节点设计基本要求受力方面的要求所有杆件应尽量向节点中心靠拢，连接螺栓应布置紧凑，外贴式节点两弦杆之间应尽量靠拢。竖杆应尽量靠近弦杆斜杆亦应尽量伸入节点。为了加强节点板在面外的刚度、屈曲稳定和抗碰撞能力，必要时得在节点板的自由地段设置加劲角钢或隔板。用缀板连接的组合杆件，端缀板应尽量伸入节点板。862023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.1

节点设计基本要求2.

制造、安装和养护方面的要求节点板形状应简单端正，不得有凹角。必要时可适当放大节点板尺寸，增加一些螺栓。多于计算要求的螺栓时，可按最大栓距排列。标准设计简支钢桁梁的节点板，螺栓位置必须按机器样板的固定栓线网格布置。nx80nx80909090

90nx8090809090809090809090809012~20母体钻孔套d+0.2±

0.05909090

9080 80主桁节点板所用机器样板图872023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.1

节点设计基本要求2.

制造、安装和养护方面的要求同一杆件两端的螺栓排列应尽量一致，以减少部件的类型和便于安装时的互换。应避免不同平面内的栓钉钉头发生冲突。所有工地安装螺栓的位置，均应考虑施工时螺栓扳手工作的空间。立柱与上弦杆的连接要考虑拼装吊机在上弦工作时的荷载，端节点的构造要考虑悬臂拼装和连续拖拉多孔钢桁梁时，相邻二孔钢桁梁之间临时连接杆件的设置。节点内不得有积水、积尘的死角及难于油漆和检查的地方。882023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.6节点构造外贴式节点外贴式节点的杆件全部采用焊接组成，在杆件二侧放节点板，然后用铆钉或高强螺栓把杆件连接起来。弦杆可以连续不断地通过节点，这类节点构造简单，拼装方便，应用很广，铁路钢桥的标准设计均采用这种方式。892023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.6节点构造外贴式节点(a)A1(b)A3(c)E0(d)E2（a）上弦端节点；（b）上弦跨中节点；（c）下弦端节点；（d）下弦跨中节点。图

4.51

L=64m栓焊桁梁跨中节点构造透视图902023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.2节点构造2.

整体式节点整体式节点是将节点板与弦杆的竖板预先在工厂用坡口焊缝焊成整体，相邻弦杆在工地用高强度螺栓在节点范围外拼接，桁架的腹杆在节点范围内拼接。912023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.2

节点构造2.

整体式节点922023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.2

节点构造2.

整体式节点932023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.2

节点构造2.

整体式节点942023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.6节点计算杆端连接螺栓个数的计算（1）按杆件的承载能力计算（2）按杆件的内力计算952023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.3节点计算2.

弦杆拼接计算（1）弦杆拼接板截面尺寸962023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.3节点计算2.

弦杆拼接计算（2）弦杆拼接板螺栓数972023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.3节点计算3.

节点板强度验算（1）节点板撕破强度的检算《铁路桥规》规定：节点板任何连接截面的撕破强度应较各被连接杆件的强度大10％。在检算时，其净面积上的容许应力为：垂直于被连接杆件轴线的截面为基本容许应力[σ]

；斜交或平行于被连接杆件轴线的截面为0.75[σ]

。SA1

E2θSE2A3SE0

E2991423SE2

E4节点板弦杆65 7

878拼接板982023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.3节点计算3.

节点板强度验算（2）节点板法向应力和剪应力检算《铁路桥规》规定：主桁节点板应检算在主力作用下的法向应力和剪应力，容许应力分别为[σ]及

0.75[σ]，可近似地按偏心受拉或偏心受压进行计算。SA1

E2θSE2A3SE0

E2991423SE2

E4节点板弦杆65 7

878拼接板992023/6/1《钢桥》第4章

钢桁梁桥钢桁梁节点4.64.6.3节点计算3.

节点板强度验算（2）节点板法向应力和剪应力检算77N中性轴弦杆轴线σ2

σ11002023/6/1《钢桥》第4章

钢