西南交通大学-钢桥课件(上)

• 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
• 结合梁截面上在混凝土板重心处的内力
NT ,b T TEb Fb
• 在此内力作用下，钢梁的应力
T , st
1 ab yi N T ,b F I i i
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。
• 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
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。

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

混凝土铰曾多次在大跨径桥梁中采用，支承反力可达10000kN。 它的优点是支座高度小，构造简单，用钢量少;缺点是不能抵抗拉力，不 能调整高度，转动量少，不便于更换和修理。
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图6-6 克劳茨高级钢支座
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四、橡胶支座
橡胶支座与其它金属刚性支座相比，具有构造简单、加工方便、 节省钢材、造价低、结构高度小、安装方便等一系列优点。此外， 橡胶支座能方便地适应任意方向的变形，故对于宽桥、曲线桥和斜 桥具有特别的适应性。橡胶的弹性还能消减上、下部结构所受的动 力作用，这对于抗震也十分有利。
(2)特种钢支座
特种钢支座主要采用以下几种形式:
① 采用不锈钢或高级合金钢支座，并封闭在油箱内，以防生锈; ② 对承受接触应力的部分进行表面硬化处理，以提高其容许承载力; ③ 将支座的转动部分制成钢制或黄铜制成的球冠形，在钢制球冠的上、 下分别设置聚四氟乙烯板，构成球面(型)支座。
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四、支座的布置注意事项：
(1)对于有坡桥跨结构，易将固定支座布置在标高低的墩台上
(2)对于连续梁桥及桥面连续的简支梁桥，为使全粱的纵向变形分 散在梁的两端，宜将固定支座设置在靠近桥跨中心；但若中间支点的 桥墩较高或因地基受力等原因，对承受水平力十分不利时，可根据具 体情况将固定支座布置在靠边的其它墩台上
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二、钢支座
钢支座是靠钢部件的滚动、摇动和滑动来完成支座的位移和转动 的。
特点：承载能力强,能适应桥梁的位移和转动的需要,目前仍广泛应 用于铁路桥梁。钢支座常用的有铸钢支座和特种钢支座。
1. 铸钢支座 2. 特殊钢支座
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南京长江大桥是长江上第一座由中国自行 设计和建造的双层式铁路、公路两用桥梁。
上层公路桥长4589米，车行道宽15米，可 容4辆大型汽车并行，两侧还各有2米多宽 的人行道；下层铁路桥长6772米，宽14米， 铺有双轨，两列火车可同时对开。
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芜湖长江大桥，其桥型为公、铁两用钢桁 梁斜拉桥，铁路为I级，双线；公路为4车道， 车行道宽18米，两侧人行道各宽1.5米。公 路在上层，铁路在下层。
4、受力模式不同 5、纵隔板上方铺装层表面易形成更明显的应力集中 6、铺装层与隔板的黏结性能极为重要，一旦黏结性能丧失，
就预示钢桥面铺装已发生或即将发生破坏。
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8.5.2国内外常用的钢桥面铺装层结构形式
英国 铺装层总厚度一般为4cm，分为五个层次。
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美国
美国钢桥面铺装结构比较简单，2层结构， 常用结构厚度为5cm.
多应用于美国和中国。到目前为止，我国已有包 括南京长江第二大桥、润扬大桥、南京长江第三 大桥等7座超大跨度桥梁采用此材料。
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南京长江第二大桥
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8.4钢桥面铺装破坏类型
8.4.1破坏类型
1、纵横向裂纹破坏
产生原因：
（1）汽车荷载过重引起铺装层表面拉应变力过大
（2）桥面系结构刚度不足，引起铺装层表面拉应变 过大
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法国 法国钢桥面铺装层采用4层结构，共5cm厚。
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德国
德国钢桥面铺装层相对来说比较厚，到达 8cm，共4层。

§7.程碑） 特点： （1）跨度 ：160m （2）材料： 16Mnq （Q345） （3）铆 接 （4）我国独立自主从材 料到建设完全依靠自己力量 ，写入党的历史问题决议中 。
《桥梁工程》by rkang
§7.1 钢桥的发展
南京长江二桥
钢 桥
全长21.197公里。总投资30亿元人民币，2001年3月26日12:00通车; 主桥长2938米为钢箱梁斜拉桥, 主垮628米。 高性能桥板：WQ490D，由武钢轧板厂供货 WQ490E，其冲击韧性交货条件为-40゜C的V型缺口冲击韧性 值为30J，其实际供货的-40゜C的V型缺口冲击韧性值的平均值达158J； 钢种：16Mnq
结构形式：简支+连续+悬臂
《桥梁工程》by rkang
§7.2 钢桥的结构形式
2）刚构钢桥 钢 体系特征：支腿（墩或台）与梁部刚性连接 桥 支腿形式：直腿+斜腿
支腿与基础连接形式：铰接+固结
《桥梁工程》by rkang
§7.2 钢桥的结构形式
3）钢拱桥 钢 桥
体系特征：拱结构在竖向荷载作用下主要受压 拱结构形式：箱形+桁架 桥面位置：上承+中承+下承 承受推力形式：推力+无推力（系杆拱）
《桥梁工程》by rkang
§7.1 钢桥的发展
我国已建钢桥
钢 桥
斜拉桥
南京长江三桥
我国第一座钢塔斜拉桥，也是世界上第一座弧线形钢塔斜拉桥。主桥双塔钢箱梁斜 拉桥的索塔采用钢结构;全长约15.6公里。主跨跨径648米，设计为6车道高速公路。 工程投资概算39亿元,2005年10月建成通车。 桥塔用钢: 用钢量1.22万吨Q370qD钢, 由上海宝钢浦钢厚板厂提供; 钢板厚度：48mm, 46mm, 42mm, 36mm,30mm.

施工难点
施工过程中，需要考虑城市交通流量和施工对周边环境的 影响，合理安排施工时间和施工顺序；同时需要解决钢梁 的吊装和焊接过程中的技术问题。
施工方法
采用常规的施工方法，即先进行桥梁基础和桥墩的施工， 然后进行钢梁的吊装和焊接。施工过程中，需要合理安排 施工顺序，确保施工的顺利进行。
经验教训
施工过程中，需要加强施工现场的管理，确保施工的顺利 进行；同时需要加强与周边居民和相关部门的沟通协调， 减少施工对周边环境的影响。
紧急联络机制
建立紧急联络机制，确保在发 生紧急情况时能够及时与相关
部门取得联系并获得支援。
05
钢桥施工案例分析
某大桥的钢桥施工案例
01
案例概述
某大桥是一座大型跨江桥梁， 采用钢结构设计。施工过程中 ，采用了大型预制桥梁段的拼 装施工方法，有效缩短了施工 周期。
02
施工方法
采用预制桥梁段的拼装施工方 法，将大型桥梁段在预制场内 制作完成，然后运输到施工现 场进行拼装。施工过程中，采 用了先进的焊接工艺和吊装设 备，确保桥梁结构的稳定性和 安全性。
材料质量控制
对进场的钢材、焊材等材料进行质 量检验，确保符合规范和设计要求 。
施工设备检查
对施工设备进行全面检查和维护， 确保设备性能良好、安全可靠。
钢桥施工中的质量控制
焊接质量控制
对焊接工艺进行审查，确保焊工持证上岗，对焊接过程进行全程 监控，确保焊接质量符合要求。
钢材加工质量控制
对钢材加工过程进行监督，确保加工精度和尺寸符合设计要求，对 关键部位的加工进行重点控制。
过程。
钢桥的施工材料
总结词
钢桥的施工材料主要包括钢材、焊接材料、防腐材料等。
详细描述

结构级 构件级 构造级
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Bridge Dept of SWJTU
HarveyHe
1.5.1梁与桁
1.4钢桥的主要应用结构体系
Rio-Niteroi in Brazil（主跨300m）
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Bridge Dept of SWJTU
HarveyHe
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2011-6-19
1.5.1梁与桁
1.4钢桥的主要应用结构体系
扭矩法拧紧工艺（手动、电动、气动扭矩扳手） 栓焊钢桥
1.4关于钢桥的连接方式
第一节 钢桥概述
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Bridge Dept of SWJTU
HarveyHe
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Bridge Dept of SWJTU
HarveyHe
第一节 钢桥概述
1.5钢桥的主要应用结构体系
体系分类
梁 拱 体系 索
组合
结构层次
1.4关于钢桥的连接方式
第一节 钢桥概述
栓接（高强度螺栓连接）：
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。
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。
连接方式有：销接、铆接、焊接、栓接
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。气动铆钉 枪
1.4关于钢桥的连接方式
第一节 钢桥概述
焊接：
¾ 二战后，在钢梁制造引进了焊接技术。焊接结构的截面无削弱，比铆 接省料，加工快，且可改善工作环境，但在野外高空作业时受到一定 的限制。

一、钢桥疲劳的基本概念
➢ 疲劳破坏定义： 疲劳破坏是材料在低于强度极限的反复荷载作用下，由于缺陷局
部微细裂纹的形成和发展直到最后发生脆性断裂的一种破坏。 ➢ 疲劳破坏产生的原因:
钢桥在反复交变荷载作用下，先在其缺陷处生成一些极小的裂痕， 此后这种微观裂痕逐渐发展成宏观裂缝，试件截面削弱，而在裂 纹根部出现应力集中现象，使材料处于三向拉伸应力状态，塑性 变形受到限制，当反复荷载达到一定的循环次数时，材料终于破 坏，并表现为突然的脆性断裂。
二、钢桥抗疲劳设计原理
标准疲劳车为一四轴单车，轴重均为80kN，总重为320kN。标准车示意 图如图1、图2所示:
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“精 准扶贫 ”项目
二、钢桥抗疲劳设计原理
2欧洲规范EC1中所规定的疲劳疲劳荷载谱 欧洲疲劳规范了5种不同的疲劳荷载模型（Fatigue Load Modle,简称
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“精 准扶贫 ”项目
二、钢桥抗疲劳设计原理
➢ 疲劳荷载模型二 疲劳荷载模型二采用一系列的理想加载车成，共有5种货车形式，加
载车辆的轴数、轴距轴重以及车轮形式如表3所示。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“精 准扶贫 ”项目
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“精 准扶贫 ”项目
二、钢桥抗疲劳设计原理

典型焊接接头的疲劳缺口系数
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小结
由于对接焊缝形状变化不大，因此，它的应力集中比其他形状接头要 小，但是过大的加厚高和过大的母材与焊缝的过度角以及焊趾圆弧半 径都会增加应力集中，使接头的疲劳强度降低。从前图可知，受单向 拉伸的对接接头焊缝余高对疲劳强度是很不利的。若对焊缝表面进行 机械加工，应力集中程度将大大减少，对接接头的疲劳强度也相应提 高。
提高焊接接头的抗疲劳性能主要从以下两方面考虑：
1. 降低应力集中
2. 工艺措施
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降低应力集中
应力集中是降低焊接接头和结构疲劳强度的主要原因，只有当焊接接头 和结构的构造合理，焊接工艺完善，焊接金属质量良好时，才能保证焊接接 头和结构具有较高的疲劳强度。焊接结构的抗疲劳设计的重点是减少应力集 中的作用，同时选用抗疲劳开裂、抗腐蚀性能好的母材和焊接。
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钢桥疲劳问题分析
Fatigue Problems in Steel Bridge Structures
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焊接钢结构的疲劳分析
❖ 焊接钢结构的优点
焊接接头工作效能较高
接头系数＝（接头强度/母材强度）×100％ 一般对焊接头：系数可达100％， 铆栓接头：系数难以达到100％
水密性和气密性好 节省钢材，减轻结构自重
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板厚对焊趾区应力梯度的影响
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荷载的影响
绝大多数材料的疲劳强度是由标准试样在对称循环正弦波加载 情况下得到的，而实际零部件所受到的荷载是十分复杂的。不 同荷载情况对疲劳强度的主要影响包括荷载类型的影响、加载 频率的影响、平均应力的影响、荷载波形的影响、荷载中间停 歇和持续的影响等。来自20212021

安康汉江桥位于陕西省安 康水电站的专用线上，主 跨为176米斜腿刚构，在目 前世界上同类型的铁路钢 桥中，跨度领先。本桥附 近河段顺直，平时河面宽 约180米，水深13米左右， 水流平稳。
四、斜拉桥
斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在索塔上的结构形式.斜 拉索不仅为梁提供弹性支承，而目其水平分力对梁产生 很大的轴力。
钢桁梁桥
永宁黄河特大桥是 新建铁路工程中跨越 黄河 的一座单线铁路 钢桁梁桥，全长 3942.08m，孔跨布置为 2 孔 32m+4 孔 24m+38 孔 32m 单线简支 T 梁、18 孔 48m 单线简支箱梁、13 孔 96m 简支钢桁结合梁、5 孔 48m 单线简支箱梁、4 孔 32m 单线简支 T 梁。
与门式刚架相比，斜腿刚架的腿是斜置的，两腿和梁中部的轴线 大致呈拱形，这样，斜腿和梁所受的弯矩比同跨度的门式刚架显 著减小，而轴向压力有所增加。 同上承式魁桥相比，这种桥不需要拱上结构，构件数目较少;当桥 面较窄(如单线铁路桥)而跨度较大时，可将其斜腿在桥的横向放 坡，以保证桥的横向稳定。 意大利的斯法拉沙桥虽己建成近40年，但其简洁明快的桥型，其 梁的底缘线呈现的微弯曲线表现着刚里有柔，特别是至今仍保持 的同桥型世界第一的跨径。
二、拱桥
拱桥是以曲线形拱作为 主体结构的桥梁，具有 外形美观、受力合理、 跨越能力大、适用范围 广等诸多优点，在钢桥、 混凝土桥、污工桥梁以 及钢与混凝土组合结构 桥梁中都得到广泛应用。
拱不仅外形与梁不同，受力与梁也有 很大的区别。
拱桥在受力上最大的区别是，在竖向 荷载作用下，在拱的两端支承处除有 竖向反力外，还有水平推力，使得拱 内弯矩和剪力大大减小，主要以受压 为主。
如果拱桥不能充分承受两端支承处的 水平力，拱脚不仅会产生很大的位移， 而且拱内产生很大的弯矩，不能充分 发挥拱的优势。

公路桥涵 多孔跨径总长L/m
L > 1 000 100≤L≤1 000
30<L<100 8≤L≤30 ①
单孔跨径LK/m LK>150
40≤LK≤150 20≤LK<40 5≤LK<20
LK<5
铁路桥涵 桥长L/m L>500 100<L≤500 20<L≤100
L≤20 ② 9
绪论
第二节 组成、分类、体系 第二节 桥梁的组成、分类和结构体系
载。在竖向荷载作用下，下部结构支撑处不仅有竖向力，还存在水平推 力。水平推力的存在可以提供抵抗弯矩，使构件弯矩减小，从而提高跨 越能力。但水平推力的存在对基础提出了较高的要求。
拱桥的受力模式
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绪论
第二节 组成、分类、体系 第二节 桥梁的组成、分类和结构体系
✓ 静力学分类：单铰拱、双铰拱、三铰拱和无铰拱 ✓ 常用材料：石材、钢筋混凝土、钢材 ✓ 施工方法：有支架和无支架施工
绪论
第二节 组成、分类、体系 第二节 桥梁的组成、分类和结构体系 一、桥梁的组成
－上部结构（superstructure），包括 • 桥跨结构，架空的主体结构 • 桥面构造（deck）
– 下部结构（substructure），也叫支承结构，包括 • 桥墩与桥台（abutment and pier） • 墩台基础（foundation）
✓ 桥梁的功能是实现跨越和沟通，根据其上面实现运输和交通物的不同，可以将
桥梁划分为不同类别的桥梁。其中最重要的分类结果为公路桥（提供汽车交通）、 铁路桥（提供火车交通）和人行桥（仅仅提供行人交通）这三类。如果同时提供 公路和铁路交通功能的桥梁称为公铁两用桥。
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