第六章 简支钢板梁和钢桁梁桥.ppt

第六章第六章 简支钢板梁和钢桁梁桥简支钢板梁和钢桁梁桥1/25/20231李亚东：桥梁工程概论第六章第一节第一节 钢桥概述钢桥概述一般地，将桥跨结构用钢制成，无论其墩台用什么材料建造，均可一般地，将桥跨结构用钢制成，无论其墩台用什么材料建造，均可称之为称之为钢桥钢桥。与常用的其它建筑材料相比，钢材是一种抗拉、抗压和抗剪强度与常用的其它建筑材料相比，钢材是一种抗拉、抗压和抗剪强度均较高的匀质材料，而其重量则相对较轻。因此，钢桥具有很大的跨均较高的匀质材料，而其重量则相对较轻。因此，钢桥具有很大的跨越能力。越能力。当要建造的桥梁跨度特别大，荷载特别重，采用其它建筑材料来当要建造的桥梁跨度特别大，荷载特别重，采用其它建筑材料来建造桥梁有困难时，一般常采用钢桥。建造桥梁有困难时，一般常采用钢桥。钢桥的基本特点钢桥的基本特点：构构件件特特别别适适合合用用工工业业化化方方法法来来制制造造，便便于于运运输输，工工地地的的安安装装速速度度也也快，因而钢桥的施工工期较短；快，因而钢桥的施工工期较短；钢桥在受到破坏后，易于修复和更换；钢桥在受到破坏后，易于修复和更换；耐候性差、易锈蚀，铁路钢桥采用明桥面时噪声大，维护费用高。耐候性差、易锈蚀，铁路钢桥采用明桥面时噪声大，维护费用高。本节所讨论的钢桥主要以本节所讨论的钢桥主要以铁路钢桥铁路钢桥为主。为主。1/25/20232李亚东：桥梁工程概论第六章一、一、钢桥所用的材料钢桥所用的材料l钢种钢种碳素钢（含碳量为0.030.25%的钢）、低合金钢（各种合金元素总含量不超过3的钢）l钢材形状钢材形状工字钢、角钢、槽钢、管钢，方钢，T形钢（型材）和钢板（板材）l桥梁钢桥梁钢与结构钢结构钢l钢号钢号碳素钢（A3，A3q等），现标准：GB70088低合金钢（16Mn,15MnVN等），现标准：GB/T159194l钢的工艺要求和使用要求钢的工艺要求和使用要求对钢的化学成分化学成分和机械性能机械性能的要求化化学学成成分分合金元素：碳、锰、硅等，有害杂质：硫、磷等，表61，对钢的可焊性的一种评估机械（力学）性能机械（力学）性能l拉伸试验（屈服点、延伸率、抗拉强度）l冷弯试验：工艺指标和质量指标l冲击试验：夏比（V形缺口）试件，钢桥抗脆断性能l疲劳试验（与构造有关）1/25/20233李亚东：桥梁工程概论第六章 力学性能曲线力学性能曲线钢拉伸应力应变曲线钢拉伸应力应变曲线冲击值与温度关系曲线冲击值与温度关系曲线1/25/20234李亚东：桥梁工程概论第六章二、钢桥的连接二、钢桥的连接l钢桥连接钢桥连接指：包括将型钢、钢板组合成杆件与部件，也包括将部件及杆件连接成钢桥整体l连接方式连接方式有：销接、铆接、焊接、栓接 铆接铆接：常用铆钉直径为22及24mm。铆接是将半成品铆钉加热到1050-1150，塞入钉孔，利用铆钉枪将钉身礅粗填满钉孔，并将另一端打成钉头。1/25/20235李亚东：桥梁工程概论第六章焊接焊接第二次世界大战后，在钢梁制造引进了焊接技术。焊接结构的截面无孔削弱，比铆接结构省料，加工快，且可改善工人工作环境，但在野外高空作业时受到一定的限制。焊接指用电焊机等设备通过电能将被焊钢材和焊接材料熔化，形成一条焊缝把两个部件连接在一起。焊缝主要有两种，即熔透的对接焊缝和不熔透的角焊缝焊接方法有自动焊、半自动焊和手工焊。1/25/20236李亚东：桥梁工程概论第六章栓栓接（高强度螺栓连接）接（高强度螺栓连接）q栓接栓接是将已在工厂焊接好的杆件与部件运送到工地后，用高强度螺栓拼装连接成钢桥整体。q摩擦式高强度螺栓连接摩擦式高强度螺栓连接杆件或构件内力N是通过钢板与拼接板表面的摩擦力来传递的。这一摩擦力则是由于高强度螺栓拧紧后，对钢板束施加了强大的夹紧力P产生的。q扭矩法拧紧工艺扭矩法拧紧工艺q栓焊钢桥栓焊钢桥1高强度螺栓高强度螺母高强度垫圈拼接板5杆件1/25/20237李亚东：桥梁工程概论第六章桥例：成昆线三堆子金沙江桥桥例：成昆线三堆子金沙江桥1969年，简支钢桁梁，192m1/25/20238李亚东：桥梁工程概论第六章桥例：枝城长江大桥桥例：枝城长江大桥l位于湖北省宜都县的焦枝铁路线上，为公路铁路两用的连续钢桁梁桥l铁路和公路设于桁架下弦同一平面上，桁架间为双线铁路，外侧各有宽单车道公路及1.45宽人行道l铁路桥全长1742.3，公路桥全长1755.8。正桥9孔，由1联4160带下加劲弦杆的平行弦菱形桁架梁桥和1联5128平行弦菱形桁架梁桥组成。在国内铁路桥上首次采和斜拉索单层吊索架悬臂拼装法架设l1971年建成1/25/20239李亚东：桥梁工程概论第六章桥例：成昆线泸沽安宁河桥桥例：成昆线泸沽安宁河桥1970年，刚性桁梁柔性拱，112m1/25/202310李亚东：桥梁工程概论第六章宜宾金沙江大桥宜宾金沙江大桥该桥为铁路单线特大桥，全长1,065米,一联3孔112+176+112米连续铆接钢桁梁，1968年1/25/202311李亚东：桥梁工程概论第六章长垣东明黄河铁路大桥长垣东明黄河铁路大桥该桥全长10.3公里，为9孔96m简支钢桁梁和一联4108.0m连续钢桁梁及一联3108.0m连续钢桁梁，全长1634.21m，仅用二十个月全部建成，平均和每月成桥500米，创造了国内高速建桥的纪录。此桥也是亚洲最长的大桥，1985年建成。1/25/202312李亚东：桥梁工程概论第六章孙口黄河大桥孙口黄河大桥该桥是京九铁路重要工程之一，四联4108米双线铁路钢桁梁，全长1,735.2米，用钢13,600吨，主桁采用三角形桁架，上、下弦杆和支点处斜杆采用箱形截面，其余斜腹杆为工字形截面。该桥系中国首次采用整体节点构造，1997年建成1/25/202313李亚东：桥梁工程概论第六章第二节第二节 钢板梁桥钢板梁桥一、常用的几种板梁桥一、常用的几种板梁桥上承式板梁桥，下承式板梁桥，结合梁桥1 1、上承式板梁桥、上承式板梁桥 主要承重结构主要承重结构两片工字截面的板梁 主梁之间的杆件联结主梁之间的杆件联结上平纵联，下平纵联，横联 明桥面明桥面主要由桥枕、护木、正轨、护轨等组成 适适用用范范围围当跨度小于40m左右时，钢板梁桥比钢桁梁桥经济，因此，小跨度的钢桥常用板梁桥。上承式板梁桥的构造较简单，钢料也较省，可以整孔装运，整孔架设，因此，它是用得最多的一种钢板梁桥。1/25/202314李亚东：桥梁工程概论第六章上承式板梁桥组成及横断面图上承式板梁桥组成及横断面图1/25/202315李亚东：桥梁工程概论第六章3232米全焊钢粱构造米全焊钢粱构造1/25/202316李亚东：桥梁工程概论第六章2 2、下承式板梁、下承式板梁l主要承重结构主要承重结构两片工字截面的板梁l联结系联结系设下平纵联，无上平纵联和横联，但加设肱板l桥面系桥面系纵梁和横梁l桥面桥面不是搁置在主梁上，而是搁置在纵梁上。l特点特点建筑高度h（自轨底至梁底）小，用料较多，制造也费工。1/25/202317李亚东：桥梁工程概论第六章下承式板梁桥组成及横断面图下承式板梁桥组成及横断面图1/25/202318李亚东：桥梁工程概论第六章3 3、结合梁桥、结合梁桥l结合梁桥结合梁桥用抗剪结合器或其他方法将混凝土桥面板与其下的钢板梁结合成一整体的梁式结构l特点特点混凝土桥面板参加钢板梁上翼缘承受压应力的工作，提高了桥梁抗弯强度，从而可以节省用钢量或降低建筑高度。l公路结合梁桥公路结合梁桥l铁路结合梁桥铁路结合梁桥（一般用于陡坡急弯地段）l抗剪器抗剪器公路：型钢，连接销铁路：联结角1/25/202319李亚东：桥梁工程概论第六章公路结合梁桥公路结合梁桥1/25/202320李亚东：桥梁工程概论第六章铁路结合梁桥构造图铁路结合梁桥构造图1/25/202321李亚东：桥梁工程概论第六章抗剪抗剪器器1/25/202322李亚东：桥梁工程概论第六章桥例：石家庄南二环钢箱公路桥桥例：石家庄南二环钢箱公路桥l最大跨度96m，开口钢箱l22170剪力钉l1999年竣工1/25/202323李亚东：桥梁工程概论第六章二、二、上承式上承式板梁桥的计算板梁桥的计算结构结构由主梁、上平纵联和下平纵联、端横联和中间横联等组成的空间结构荷载荷载竖向荷载（恒载和活载）和横向荷载（包括风力、列车摇摆力，在弯道桥则还有离心力）简化计算方法简化计算方法将桥跨结构划分为若干个平面结构，每个平面结构只承受作用在该平面上的力。（竖向荷载由两片主梁承受，横向荷载由上、下平纵联承受）计算内容计算内容板梁桥主要尺寸的拟定（计算跨度、主梁高度和主梁中心距）主梁内力分析应力（弯曲应力、剪应力、疲劳强度、焊缝应力、主应力等）验算梁的总体稳定和板的局部稳定验算腹板加劲肋的布置及其应力、稳定性验算1/25/202324李亚东：桥梁工程概论第六章第三节第三节 下承式简支桁架桥下承式简支桁架桥一、简支桁架桥各组成部分及其作用一、简支桁架桥各组成部分及其作用v组成组成桥面、桥面系、主桁、联结系和支座v桥面桥面明桥面（正轨、护轨、桥枕、护木、钩螺栓及人行道）v桥面系桥面系纵梁、横梁及纵梁间的联结系v主桁主桁由上弦杆、下弦杆、腹杆（斜杆，竖杆）及节点组成v联结系联结系水平纵向联结系（简称平纵联，分上平纵联，下平纵联）1/25/202325李亚东：桥梁工程概论第六章铁路下承式简支桁架桥各组成部分铁路下承式简支桁架桥各组成部分1/25/202326李亚东：桥梁工程概论第六章铁路下承式简支桁架桥各组成部分（续）铁路下承式简支桁架桥各组成部分（续）1/25/202327李亚东：桥梁工程概论第六章铁路上铁路上承式钢承式钢桁梁组成部分桁梁组成部分1/25/202328李亚东：桥梁工程概论第六章二、主桁的几何图式二、主桁的几何图式1/25/202329李亚东：桥梁工程概论第六章三、主桁的主要尺寸三、主桁的主要尺寸l桁高桁高经济高度，桁高的1/51/10，满足桥上净空要求l节间长度节间长度一般为桁高的0.81.2倍l斜杆倾度斜杆倾度与竖直线的交角在3050范围内为宜l主桁中心距主桁中心距不应小于跨长的1/20，满足桥上净空要求l主桁尺寸与主桁图式有密切关系，各主要尺寸之间也相互关联l标准设计标准设计跨度为48、64、80m时，主桁采用三角形桁架，桁高11m，节间长度8m，主桁中心距5.75m，斜杆倾度在3050范围内1/25/202330李亚东：桥梁工程概论第六章杆件截面形式及选择杆件截面形式及选择杆件截面：H型和箱形H型型：构造简单，易于施焊，焊接变形较易控制，截面对x-x轴的回转半径小；常见型式箱形箱形：抗扭刚度大，制造较费工1/25/202331李亚东：桥梁工程概论第六章四、桁架内力分析原理四、桁架内力分析原理l简化：空间结构平面结构（两平面结构所共有杆件的内力叠加）l（半）刚性连接铰接，计算内力的修正横向框架次应力效应主桁下弦杆伸长对纵、横梁的影响1/25/202332李亚东：桥梁工程概论第六章五、桁架杆件内力计算要点五、桁架杆件内力计算要点l主桁主桁杆件内力杆件内力（杆件内力影响线恒载、活载加载杆件截面选择验算）l纵、横梁内力纵、横梁内力（按两端简支）l横向附加力横向附加力（风力、列车横向摇摆力等）产生的内力（计算对象为平纵联和桥门架）l纵向水平力纵向水平力（制动力或牵引力）产生的内力（计算对象为下平纵联和下弦杆）1/25/202333李亚东：桥梁工程概论第六章构造示例（主桁节点）构造示例（主桁节点）传统主桁节点主桁整体节点，长东黄河二桥，钢桁梁，跨度为3108m996m，1999年5月竣工1/25/202334李亚东：桥梁工程概论第六章构造示例（续，传统节点）构造示例（续，传统节点）1/25/202335李亚东：桥梁工程概论第六章构造示例（续）构造示例（续）1/25/202336李亚东：桥梁工程概论第六章第四节第四节 钢桥制造及架设钢桥制造及架设一、一、钢桥制造钢桥制造 l作样作样制作样板，样杆、样条l号料号料利用样板、样杆、样条在选用的材料上划线，号孔号孔（样冲）（样冲）l切割切割将号好的料用精密切割、手工氧切或剪切制成整备的零件l矫正矫正将切割好的零件，滚压整平，加工矫正（以上为预处理）（以上为预处理）l边缘加工边缘加工根据要求对零件的边缘进行刨或铣，使外观整齐美观l制孔制孔用覆盖式样板或立体式机器样板在零件上进行钻孔l组焊组焊将整备好的零、部件放入组装胎型中，用点焊组装成型l焊接焊接按规定的焊接方法和工艺施焊l整形整形可用机械冷矫或用火焰热矫，矫正焊接残余变形l检验检验对焊缝进行超声波和X光检查l试装试装取有代表性的结构在工厂进行试拼装l最后喷沙除锈、涂装、发送工地1/25/202337李亚东：桥梁工程概论第六章制造示例（预处理）制造示例（预处理）预处理生产线：预处理生产线：钢板整平、除锈、钢板整平、除锈、涂底漆涂底漆辊压机工作示意辊压机工作示意 1/25/202338李亚东：桥梁工程概论第六章制造示例（切割）制造示例（切割）钢板剪切示意钢板剪切示意角钢剪切示意角钢剪切示意手手工工焰焰切切数数控控多多头头切切割割机机1/25/202339李亚东：桥梁工程概论第六章制造示例（矫正）制造示例（矫正）角角钢钢矫矫正正机机示示意意马刀形弯曲及火焰矫正马刀形弯曲及火焰矫正顶弯机工作示意顶弯机工作示意火火焰焰矫矫正正1/25/202340李亚东：桥梁工程概论第六章制造示例（边缘加工）制造示例（边缘加工）刨边机1/25/202341李亚东：桥梁工程概论第六章制造示例（制孔）制造示例（制孔）覆盖式机器样覆盖式机器样板及钻孔套板及钻孔套数数控控钻钻床床摇臂钻床摇臂钻床1/25/202342李亚东：桥梁工程概论第六章制造示例（焊接）制造示例（焊接）半自动埋半自动埋弧焊弧焊杆件组焊杆件组焊1/25/202343李亚东：桥梁工程概论第六章制造示例（整形）制造示例（整形）H形杆件的焊接变形形杆件的焊接变形H形杆件矫正机示意形杆件矫正机示意钢钢梁梁矫矫正正1/25/202344李亚东：桥梁工程概论第六章制造示例（试装制造示例（试装）钢桁梁试拼装（九江大桥第一联）钢桁梁试拼装（九江大桥第一联）1/25/202345李亚东：桥梁工程概论第六章二、钢桥架设二、钢桥架设l钢桥跨的构件由制造工厂运抵桥址以后，必须架设到设计位置上，牢固支承连接，准备好桥面和其它必要设施，才能行车。这部分施工工作，总称为安装安装（或架设）。l安装关键环节安装关键环节：把一定长、大、重的分散构件在空间妥善支承、组装、连接，形成能承重的桥跨，包含提升、跨越桥孔，在桥轴线上就位等工序。l安装要求安装要求：完成的结构，轮廓正确平顺，部件衔接密贴，孔眼圆整对齐、扣件传力均匀。l对钢梁安装起决定性影响的因素有对钢梁安装起决定性影响的因素有：桥址的地形条件；桥址的气象条件；桥梁的技术条件l常采用的安装方法常采用的安装方法：悬（伸）臂法，拖拉（推顶）法，浮运法等。需要结合具体情况，选择合理有利的安装方法。l安装前的准备工作安装前的准备工作：安装图表（结构图纸、拼装顺序图、预拼图纸、辅助设施构造图纸、施工组织图表等）和场地布置1/25/202346李亚东：桥梁工程概论第六章钢桥架设钢桥架设：悬臂法悬臂法简支桁梁半悬臂安装示意图简支桁梁半悬臂安装示意图临时杆件临时杆件吊机吊机1/25/202347李亚东：桥梁工程概论第六章钢桥架设钢桥架设：悬臂法（南京长江大桥）悬臂法（南京长江大桥）1/25/202348李亚东：桥梁工程概论第六章减小悬臂内力和挠度的措施减小悬臂内力和挠度的措施一、临时加固伸臂支点附近的杆件（见前）一、临时加固伸臂支点附近的杆件（见前）二、临时加固伸臂支点附近的梁体二、临时加固伸臂支点附近的梁体1/25/202349李亚东：桥梁工程概论第六章减小悬臂内力和挠度的措施（续）减小悬臂内力和挠度的措施（续）三、辅助吊索塔架（单层或双层）三、辅助吊索塔架（单层或双层）九江长江大桥双九江长江大桥双层辅助吊索塔架层辅助吊索塔架1/25/202350李亚东：桥梁工程概论第六章减小悬臂内力和挠度的措施（续）减小悬臂内力和挠度的措施（续）四、墩旁托架四、墩旁托架（减少悬臂长度）五、水上吊机五、水上吊机（减少梁端施工荷载）六、半（对称）悬臂拼六、半（对称）悬臂拼装装（减少悬臂长度）1/25/202351李亚东：桥梁工程概论第六章钢桥架设钢桥架设：拖拉法拖拉法半悬臂拖拉（采用临时支墩）半悬臂拖拉（采用临时支墩）半悬臂拖拉（采用浮船）半悬臂拖拉（采用浮船）1/25/202352李亚东：桥梁工程概论第六章钢桥架设钢桥架设：拖拉法（续）拖拉法（续）全悬臂拖拉（采用导梁）全悬臂拖拉（采用导梁）全悬臂拖拉（孔跨临时连接）全悬臂拖拉（孔跨临时连接）1/25/202353李亚东：桥梁工程概论第六章钢桥架设钢桥架设：浮运法浮运法组拚浮运赝架组拚浮运赝架(b)拼装主桁拼装主桁(c)浮运船组浮起钢梁浮运船组浮起钢梁(d)浮运就位浮运就位1/25/202354李亚东：桥梁工程概论第六章钢桥架设钢桥架设：浮运法（续）浮运法（续）1/25/202355李亚东：桥梁工程概论第六章思考题思考题l钢桥的材料特点钢桥的材料特点l连接方式，栓焊钢桥连接方式，栓焊钢桥l上承式、下承式板梁桥构造上承式、下承式板梁桥构造l明桥面、桥面系明桥面、桥面系l下承式简支桁梁桥基本组成下承式简支桁梁桥基本组成l空间桁架的简化分析原理空间桁架的简化分析原理l钢桥制造的基本工序钢桥制造的基本工序l桁梁桥的几种施工方法桁梁桥的几种施工方法1/25/202356李亚东：桥梁工程概论第六章