钢桥的主要结构形式与受力特点全解

1、钢桥优缺点钢桥——桥梁上部结构的主要承重部分用钢材制成。

优点：a)钢材是一种抗拉、抗压、抗剪强度高的匀质材料b)韧性、延性好，可提高抗震性能。

c)工厂制造，桥梁上部结构和下部结构可同时施工；d)旧桥可回收，资源可再利用，有利于环保。

缺点：e)对温度和动载效应敏感，易疲劳；f)受大气侵蚀，易生锈。

g)铁路钢桥行车时噪声与振动比较大。

2、钢桥的主要形式钢桥的主要结构形式——钢桥根据主要承重结构的受力体系可以分为：1梁式桥2拱桥3刚构桥4斜拉桥5悬索桥6组合体系桥梁3、拱桥分为：⏹上承式拱桥（桥面在拱助的上方）；⏹中承式拱桥（桥面一部分在拱肋上方；一部分在拱肋下方）⏹下承式拱桥（桥面在拱肋下方）4、钢桥的破坏形式:1、强度2、疲劳3、稳定4、腐蚀、脆性断裂5、钢结构疲劳定义：钢结构疲劳：在反复荷载作用下，钢材应力低于极限强度时发生的破坏现象。

初始缺陷、裂纹或应力集中等局部位置形成裂纹→反复荷载作用下不断裂纹扩展→构件裂断6、什么是钢板梁桥：钢板梁桥——指由钢板焊接、栓接或铆接，形成工字形的实腹式钢梁作为主要承重结构的桥梁。

7、主梁梁高主梁以截面应力控制设计时的用钢量比刚度控制设计的用钢量要省。

8、桁梁桥的组成：一.桁梁桥的组成：1、主桁；2、联结系；3、桥道系二．钢桁梁的受力特点：1桥面2纵梁3横梁4主桁5支座6墩台9、1.钢桁梁桥按照桥面相对主桁架的位置不同分类：上承式桁架桥；下承式桁架桥；双层桁梁桥；9.2按照承受荷载的性质分类:铁路桁架桥；公路桁架桥；9.3按支承形式分类:简支桁架桥；悬臂桁架桥；连续桁梁桥10、钢箱梁具有良好的受力特性，与钢板梁相比主要有以下优点：1.梁缘宽度大，具有很大的抗弯能力，跨越能力比工形钢板梁大得多。

2.具有很大的抗扭刚度，荷载横向分配均匀，即使采用单箱结构形式，两个腹板的弯矩也相差不大，而且适合于扭矩较大的横向抗弯刚度。

3.具有很大的横向抗弯刚度，横向稳定性好，可以抵抗很大的水平力作用，省去纵向联结系，对于单箱结构不需要横向联结系；4.单根箱梁的整体稳定性好，便于吊装和无支架施工；5.梁高小，适合于立交桥和建筑高度受到限制的桥梁。

文章编号：1009-4539(2020)12-0100-04•桥梁工程•钢桥面板U肋与横隔板不同连接缺口形式受力分析陈佳琪(中铁建云南交通建设管理有限公司云南昆明65_)摘要：正交异性钢桥面板U肋与横隔板连接处存在大量焊缝，几何构造复杂，易产生较多的焊接缺陷和应力集中，在外部车辆等循环荷栽作用下通常会诱导疲劳裂纹的萌生、开裂，影响结构正常安全使用。

为研究U肋与横隔 板不同连接缺口形式在整体受力上的特点，利用A B A Q U S有限元软件建立钢箱梁节段模型，探讨分析U肋与横隔 板连接处分别采用两种不同缺口形式对连接处应力集中的影响。

结果表明，所采用的苹果形缺口相比圆弧形缺口在减小应力集中方面具有更大优势。

关键词：钢桥面板U肋与横隔板构造细节不同缺口形式整体受力分析中图分类号：U441+.5;U441+.4文献标识码：A D O I：10. 3969/j. issn. 1009-4539.2020. 12.021Stress Analysis of Different Opening Modes at the Joint of U-rib andDiaphragm in Steel Bridge DeckC H E N Jiaqi(China Railway Construction Corporation Yu n n a n Communications Construction Administration Co. Ltd., K unming Yunnan 650000, China)A b stra c t：T h e r e are m a n y welding s e a m s a n d c o m p l e x geometry structure at the joint of U-rib a n d diaph r a g m plate inorthotropic steel bridge d e c k,w h i c h is prone to h a v e welding defects a n d stress concentration. U n d e r the action of external vehicle cyclic loads, fatigue crack initiation a n d cracking will be induced, w h i c h will affect the normal a n d safe use of the structure. T o study the overall stress characteristics of different connection notch forms b etween U-rib a n d diaphragm, in this paper, the finite element m o d e l s of steel box girder with different geometry details were established in A B A Q U S,and the influence of two different notch forms o n the stress concentration at the U-rib a n d d i a p h r a g m joint w a s analyzed. T h esimulation results s h o w that：the box girder with the apple sh a p e d notch has m o r e advantages in reducing the stress concentration at the joint of U-rib a n d d i a p h r a g m plate than that of the arc-shaped notch.Key w o rd s：steel bridge d e c k；structural details of U-rib a n d d i a p h r a g m；different gape forms; overall stress analysis1引言随着我国经济和科技发展，桥梁用钢量和性能 都有了很大提升，进一步促进了大跨度钢桥的设计 建造。

钢桥的主要结构形式与受力特点解析钢桥是一种由钢材构成的桥梁结构，具有优良的抗压、抗弯和抗剪能力。

钢桥主要由桥墩、桥台、上部构造和桥面铺装组成。

一、梁桥梁桥是由梁体和支座构成的桥梁结构，梁体可以是钢箱梁、钢板梁、钢梁等。

梁桥主要通过梁体来承担和传递车辆荷载，支座则起到固定和传递力的作用。

梁桥的受力特点如下：1.梁体受到车辆荷载的作用，呈现出弯曲变形和受力集中的特点。

因此，梁桥的梁体需要具有足够的强度和刚度，以承受荷载并保证桥梁结构的安全。

2.梁体的上表面受到压力作用，下表面受到拉力作用。

压力和拉力的分布是不均匀的，最大值出现在梁的中间位置。

因此，在设计梁桥时，需要根据桥梁的跨度、荷载情况和结构形式来选择合适的梁体截面形式和尺寸，以保证梁体的强度和稳定性。

3.梁桥的支座起到传递力的作用，必须能够固定梁体并承受荷载。

支座一般采用橡胶支座、钢骨橡胶支座等，以保证梁体的稳定和变形控制。

二、拱桥拱桥是由弧形的拱体和支座构成的桥梁结构，拱体可以是单孔、连续、等高或变高的。

拱桥主要通过拱体将车辆荷载分散到桥墩和地基上，以承担和传递荷载。

拱桥的受力特点如下：1.拱体在受到荷载作用下，呈现出弯矩和弯曲变形的特点。

拱桥的受力是通过弧形拱体来承担和传递荷载，拱体的下表面受到压力作用，上表面受到拉力作用。

因此，拱桥的拱体需要具备足够的强度和刚度，以保证桥梁的安全。

2.拱桥的支座主要起到支持和传递力的作用，保证拱体的稳定。

支座一般采用橡胶支座、钢骨橡胶支座等，以控制拱体的沉降和变形。

3.拱桥的荷载分布比较均匀，荷载作用在拱体和桥台上。

拱桥的桥台承受的荷载相对较小，但需具备足够的刚度和稳定性，以保证桥台的安全。

综上所述，钢桥的主要结构形式可以是梁桥和拱桥，并且具有相应的受力特点。

梁桥主要通过梁体承担荷载，具有弯曲变形和受力集中的特点；拱桥主要通过拱体将荷载分散到桥墩和地基上，具有弯矩和弯曲变形的特点。

在设计钢桥时，需要根据桥梁的跨度、荷载情况和结构形式来选择合适的结构形式和梁体、拱体截面形式和尺寸，以保证钢桥的强度、稳定性和安全性。

第一章绪论1钢桥分类：根据主要承重结构的受力体系可以分：梁式桥，拱桥，刚构桥，斜拉桥，悬索桥和混合体系桥梁。

梁式桥：竖向荷载作用，只产生竖向反力按受力体系：简支梁、连续梁、悬臂梁按结构形式：钢板梁、钢箱梁、钢桁梁、结合梁拱桥：竖向荷载作用，除产生竖向反力外，还产生水平推力按有无推力：有推力拱——设置坚固基础无推力拱（系杆拱）——于拱两端设置拉索或梁刚构桥：主要承重结构为偏心受压和受弯构件斜拉桥：高次超静定结构，关键在高塔施工和索力控制悬索桥：（吊桥），以主揽为主要承重结构，主揽只受拉力2 钢桥优缺点：优点：*钢材抗拉、抗压、抗剪强度高，重量轻，跨越能力大。

钢材可加工性能好，可用于复杂桥型和景观桥。

*材质均匀，实际应力与计算值接近，安全可靠*适合工业化方法制造，质量可靠，便于运输，便于无支架施工，工地安装速度也快。

*韧性延性好，可提高抗震性能。

*寿命长，易于修复和更换，可回收利用。

缺点：动载作用下，疲劳问题突出。

易腐蚀，需要经常检查和按期油漆，维护费用高。

铁路钢桥行车时噪声与振动均比较大。

3钢桥设计的一般要求和原则必须有足够的整体刚度、具有必要的横向刚度、满足使用阶段的受力和工作性能要求，在施工过程中满足应力和变形的要求、防腐、疲劳设计、不应有未栓合或未焊合的接触部分、应尽可能减少构件和零件的种类，钢结构的构件计尽可能标准化，使同型构件能互换、钢桥在安装或检修支座时在结构上应预设可供顶起用的结构4结构内力计算原则结构构件的内力按弹性受力阶段确定。

变形按构件毛截面计算，不考虑钉（栓）孔削弱的影响。

为简化计算，可将桥跨结构划分为若干个平面系统计算，但应考虑各个平面系统的共同作用和相互影响。

平面计算方法中，可以采用荷载横向分布系数考虑桥梁结构空间作用的影响。

5钢桥设计计算方法：容许应力法和半概率极限状态设计法σ≤γ[σ]σ—结构标准荷载的计算应力，荷载组合系数为1γ—不同荷载组合的容许应力提高系数[σ]—容许应力，为屈服强度/1.76疲劳验算方法：拉-拉或拉-压（以拉为主）的构件压-拉（以压为主）的构件第三章桥面结构1钢桥桥面构造组成及各部分作用：*桥面梁格，桥面板，桥面铺装，排水防水系统，人行道或护轮带，栏杆，照明灯具和伸缩缝等组成。

连续刚构桥主梁结构形式及特点张宇1刘晓文2陈亮3（1.天津城建设计院，天津；2.天津城建设计院，天津；3.天津城建设计院，天津）摘要：研究预应力混凝土连续刚构桥梁主梁的结构形式及特点，并通过总结国内各预应力混凝土连续钢构桥的设计参数，总结了此类桥的技术指标，为同类桥梁设计提供参考。

关键词：连续钢构桥，结构形式，深梁，特点，截面在预应力混凝土连续刚构桥梁中，为适应悬臂施工和正负弯矩配筋，主梁一般多采用箱形截面。

根据桥梁的宽度不同而分为单箱单室、单箱多室、多箱单室、多箱多室等；根据纵向的跨径和梁高的变化而分为纵向等截面和纵向变截面等：根据桥梁所在的平面线形而分为直线桥和曲线桥等。

箱形截面已成为大跨度桥梁所优先采用的截面形式。

作用在箱形截面上的荷载主要是恒载和活载，恒载是对称作用或者近似对称作用的，活载一般都是偏心作用的，偏心作用的荷载会使截面产生扭转作用。

而在箱形截面中，偏载所产生的纵向应力与对称荷载所产生的纵向应力两者数值比较接近。

换句话说，箱形截面具有很大的抗扭刚度，结构能充分发挥整体受力作用，适合在大跨径桥梁中应用，这种截面所具有的良好受力性能正是它日益被广泛采用的主要原因。

箱梁的截面尺寸主要由跨径决定，设计荷载、桥宽、桥墩刚度也有一定影响。

1．边跨与中跨比连续刚构边跨与中跨度比的确定，首先取决于全桥的桥跨总体布置与自然条件的协调性，在此基础上再考虑梁体内力分布的合理性与施工的方便。

国内外己建成的连续刚构桥，边跨和中跨的跨径比值在0.5~0.692之间。

大部分比值在0.55~0.58之间。

这说明变截面连续刚构桥的边、中跨比值比变截面连续梁桥的比值范围0.6~0.8小。

理论分析研究表明，由于墩梁固结，边跨的长短对中跨荷载弯矩调整的影响很小，边、中跨跨径之比0.54~0.56时，不仅可以使中墩内基本没有恒载偏心弯矩，而且因边跨合拢段较短，可以在边跨悬臂端用导梁支承于边墩上进行边跨合拢，从而取消落地支架，施工也十分方便。

钢桥的主要结构形式与受力特点钢桥是使用钢材作为主要结构材料的桥梁。

钢材具有高强度、耐候性好、施工方便等优点，因此在桥梁建设中得到广泛应用。

钢桥的主要结构形式以及受力特点如下：一、主要结构形式1.桁梁桥：桁梁桥是一种常见的钢桥结构形式，桁梁是由上下面板、纵向梁、纵向加劲肋组成的刚性板梁结构。

桁梁桥具有自重轻、承载能力强、结构稳定等优点，广泛应用于公路桥梁建设中。

2.悬索桥：悬索桥是由一根或多根悬索拉起桥面板的桥梁，主要由悬索、主塔、锚固构件、桥面板等组成。

悬索桥的主要受力特点是悬索负责承受桥面板的自重和交通荷载，主塔和锚固构件负责将荷载传递到地基上。

3.斜拉桥：斜拉桥是通过倾斜的钢缆将桥面板悬挑在主塔两侧的桥梁。

斜拉桥的主要特点是桥面板悬挑长度大、开间大、造型美观等。

4.梁桥：梁桥是由若干跨中为简支梁或连续梁的桥墩和桥面板组成的桥梁。

梁桥的主要结构特点是桥面板由钢材制成，梁和桥墩一般由混凝土制成。

二、受力特点1.自重：钢桥的自重是指桥梁本身的重量。

由于钢材的密度相对较小，钢桥的自重相对较轻，使得桥梁在设计和建设过程中更加灵活和方便。

2.交通荷载：钢桥需要承受行驶在桥面上的车辆的荷载。

钢材具有高强度和刚性，可以承受较大的交通荷载，使得钢桥具有较大的承载能力。

3.温度变化：钢材的热胀冷缩系数较大，受温度变化的影响较为明显。

因此，在设计和施工过程中，需要考虑钢桥在不同温度下的膨胀和收缩，采取相应的措施以保证桥梁的安全和稳定。

4.风荷载：钢桥容易受到风的影响，需要考虑对风荷载的抵抗能力。

一般采取增加桥梁的抗风措施，如加装防风挡板、增强桥墩的抗风能力等。

5.地震荷载：地震是一个重要的桥梁荷载，对钢桥的性能和安全有一定的影响。

在设计和建设钢桥时，需要充分考虑地震荷载，采取相应的抗震措施，以确保桥梁的安全性。

综上所述，钢桥的主要结构形式包括桁梁桥、悬索桥、斜拉桥和梁桥等，其受力特点主要包括自重、交通荷载、温度变化、风荷载和地震荷载。

1、正交异性钢桥面板：是用纵横向互相垂直的加劲肋(纵肋和横肋)连同桥面盖板所组成的共同承受车轮荷载的结构。

2、剪力滞效应：由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象，使柱中正应力分布呈抛物线状，称为剪力滞后现象。

3、活载发展系数：实际上能承担的高等级活载对设计活载的比值。

活载发展均衡系数：为了使全桥垮所有杆件的预留活载发展系数均衡，给最弱杆件设计给以乘以一个系数，这个系数称为活载发展均衡系数。

4、铁路钢桥桥面组成：桥枕、护木、正轨、及护轨。

（道渣）护轨的作用:当列车掉道后，用以控制车轮前进的方向避免发生翻车事故。

护木的作用:固定桥枕之间的相对位置。

5、钢桥面板受力分析的三种基本结构体系：a）结构系I:由顶板和纵肋组成的结构系看成是主梁的一个组成部分，参与主梁共同受力，即主梁体系。

b)结构系II:由纵肋、横肋和顶板组成的结构系，顶板被看成纵肋、横肋上翼缘的一部分，结构系II起到了桥面系结构的作用，把桥面上的荷载传递到主梁和刚度较大的横梁，即桥面体系。

c)结构系III：本结构系把设置在肋上的顶板看成是各向同性的连续板，这个板直接承受作用于肋间的轮荷载，同时把轮荷载传递到肋上，即盖板体系。

6、桥面标高的调整的方法：a）调整墩台顶面标高b）钢梁腹板采用不同的的截面高度c)采用变厚度桥面板或设置三角垫层d）根据桥面标高需要桥面板设置不同高度的倒梯形梗肋7.钢板梁桥上部结构主要由主梁、横向联结系、纵向联结系和桥面系组成。

主梁作用：起到整个桥梁的承重作用。

横向联结系的作用：为把各个主梁连接成整体，起到荷载横向分布、防止主梁的侧向失稳的作用。

纵向联结系：主要是加强桥梁的整体稳定性，与横梁共同承担横向力和扭矩的作用。

桥面系：主要为了提供桥梁的行车部分，把桥面荷载传递到主梁和横梁。

8.决定主梁中心距是考虑因素：a)桥枕或钢筋混凝土桥面的合理跨度b)为避免桥跨结构在水平力作用下产生横向倾覆c)为使桥跨结构具有必要的横向刚度d)对于下承式板梁桥要求两片主梁之间的净空能满足桥梁净空的规定e)还应考虑用架桥机整孔架设的可能性。

3钢桁梁由于钢材具有强度高、材质均匀、塑性及韧性良好和可焊性好等诸多优点；因此，用钢材建造的桥梁——钢桥具有如下特点：（1）跨越能力大。

由于钢材的强度高，在相同的承载能力条件下；与钢筋混凝土桥梁相比，钢桥构件的截面较小，所以钢桥的自重较轻，最适合于建造大跨度的桥梁。

（2）最适合于工业化制造。

钢桥构件一般都是在专业化的工厂由专用设备加工制作，不受季节的限制，加工制造速度快、精度高，质量容易得到控制，因而工业化制造程度高。

（3）便于运输。

由于钢桥构件的自重较轻，特别是在交通不便的山区便于汽车运输。

（4）安装速度快。

钢桥构件便于用悬臂施工法拼装，有成套的设备可用，拼装工艺成熟。

（5）钢桥构件易于修复和更换。

（6）钢材易锈蚀，故钢桥的养护费用高。

另外，钢桥须防火，在列车通过时噪音大，故不宜在闹市区建造铁路钢桥。

钢桥可以根据不同的条件要求建成多种形式，其种类比其他材料制造的桥梁更多，主要可分为梁式体系、拱式体系及组合体系。

1.梁式体系按力学图式分梁式体系又可分为简支梁、连续梁、悬臂梁；按主梁的构造形式分有板梁桥、桁梁桥、箱梁桥、结合梁桥。

2.拱式体系按力学图式分拱式体系可分为有推力拱和无推力拱；按拱肋的构造形式分有版式、桁式、箱式。

3.组合体系这类桥型包括吊桥和斜拉桥，都是利用高强钢索来承重，吊桥（又称悬索桥）的承重构件是高强度钢索，恒载轻，跨越能力大。

斜拉桥的承重构件是斜拉索和梁，其钢梁可以是板式、桁式或箱式，恒载较轻，风动力性能较吊桥好，故发展很快。

钢桥主体结构所用的钢材主要是碳素钢和低合金钢。

20世纪50年代我国钢桥主要采用普通碳素钢—A3钢，该钢材由于含碳量较高（0.14～0.22%），可焊性差，只能进行铆接连接，如武汉长江大桥的主桥采用A3钢，该桥为连续铆接钢桁梁。

用A3钢建造大跨度桥梁时，构件截面尺寸大，从而增加用钢量并使钢桥的自重加大，因此，20世纪50年代后期，我国开始研究在钢桥上采用能够焊接的国产高强度低合金钢—16q钢和16Mnq钢，如南京长江大桥采用16Mnq，屈服点为340MPa，它比用A3钢节约钢材约15%。