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钢桁架桥的结构设计与分析1、概述钢桁架桥以其跨越能力强、施工速度快、承载能力强、耐久性好普遍应用于铁路桥梁。
长期以来，由于钢材价格高，材料养护费用高，钢桁架桥梁在公路领域应用较少。
近年来，随着我国炼钢水平的提高，国产的钢材品质已经完全能满足结构安全的需要，同时随着钢结构防腐技术的提高，钢结构桥梁越来越多的在公路工程领域得到应用。
相比较我国当前100m左右中等跨径常用的桥型如连续梁、系杆拱、矮塔斜拉桥等结构，钢桁架桥梁虽然建筑成本高，但刨去成本控制的因素，钢桁架桥具有以下的几点优越性：1.建筑高度低，由于钢桁架结构主桁主要由拉杆和压杆构成，对杆件界面的抗弯刚度要求不大，因此钢桁架的建筑高度由横梁控制，在桥梁宽度不是非常大时可极大的降低桥梁建筑高度，尤其适用于对桥梁建筑高度有严格限制的桥梁；2.施工周期短，速度快。
钢桁架施工可在工厂制作杆件，运到现场拼装成桥，可采用顶推和支架拼装等方法，这使它在很多工期较紧的工程（如重要道路的桥梁改建）和跨越重要道路的跨线桥上成为桥型首选之一；3.随着钢结构防腐技术的提高，钢桁架桥的耐久性大为提高，同时钢材作为延性材料，结构安全性较混凝土桥梁高。
正因为钢桁架桥梁的这几方面的优点，桁架桥梁成为特定条件下的经济而合理的桥型选择。
2、结构设计公路桥位于江苏省境内，正交跨越京杭大运河，河口宽95m，通航净空要求90x7m，桥梁主跨采用97m，由于桥梁中心至桥头平交处距离仅140余米，若采用其他结构纵坡将达到5%以上，经综合考虑，主桥采用97m下承式钢桁架结构。
2.1主桁主桁采用带竖杆的华伦式三角形腹杆体系，节间长度5.35m，主桁高度8m，高跨比为1/12.04。
两片主桁中心距为8.6m，宽跨比为1/11.2，桥面宽度为8m。
图1主桁一般构造图主桁上下弦杆均采用箱形截面，截面宽度500mm，高度均为540mm，板厚20～24mm，工厂焊接，在工地通过高强度螺栓在节点内拼接。
大跨度钢桁架桥梁的结构设计摘要钢桁架桥梁的使用主要在一些公路桥梁中，在城市规划建设中使用较少。
但是近些年来随着城市道路的快速发展和铁道事业不断推进，大跨度的钢桁架梁桥也得到了很大的发展。
鉴于大跨度钢桁架桥梁在使用中施工方便和能够承载较大的交通量的优势，给城市中桥梁建设提供了更多的选择。
在本文中，详细的介绍了大跨度钢桁架桥梁的结构设计特点，包含有桥梁结构的构造要求，通过使用有限元软件的分析方式，对于大跨度钢桁架梁桥的设计要点和结构承载进行讨论。
关键词大跨度钢桥；大钢桁架桥梁；结构设计；桥梁设计在城市的发展过程中，对于交通的需求不断提升。
在遇到自然阻碍的情况下需要不断提高工程的智慧来完成实际的需要。
面对江河的阻隔，架设桥梁方面就需要改变以往的设计思路。
这样的情况下，大跨度钢桁架桥梁就应运而生。
下面我们对大跨度钢桁架桥梁的结构进行设计。
1 工程结构概况某桥梁的整体结构选用下承式大跨度钢桁架桥梁，在桥梁的上部结构中包括有桥面结构、主桁架、桥梁连接体和桥梁支座等五个主要部分。
大跨度钢桁架桥梁桥面铺装结构使用厚度为30cm的钢筋混凝土连续板，并在钢筋混凝土上面铺设有3cm～6cm的防水层和6cm的沥青混凝土层。
整体的桥面板上采用16个现浇钢横梁。
桥梁的上部结构中所选用的混凝土强度为C45，承受荷载的钢筋为HRB450，构造筋为HRB400。
大跨度钢桁架桥梁的桥面结构由钢横梁和纵梁组成。
相比于一般跨径的传力结构相似，大跨度钢桁架桥梁通过桥面将荷载向下传递（纵梁--横梁），通过传力节点最终分布在钢桁架杆件中。
在桥面的钢桁架的横梁中有16道，断面采用工字型的焊接钢，尺寸为2□800×60，1□850×50（单位mm）。
因考虑到桥梁的结构为大跨度，承受的荷载较大，所以结构设计时采用混凝土和钢架共同受力的模式，同时在钢架顶端设置有螺栓剪力键，更好的使混凝土和钢架共同受力。
桥梁的连接体的作用是使得横梁和纵梁能够在风荷载的作用下保持稳定性，并且能在地震的作用下有一定的抗倾覆能力。
54科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NFO R MA T ION工 程 技 术1 挠度的产生由于自重与作用在桥梁之上的荷载,桥梁会发生一定的变形,从而使桥轴线由水平线变为向下弯曲的弧线。
为方便研究,取桥轴线方向为x轴,并假定自重与荷载产生的弯矩M为对称分布,则此时桥梁的横截面形心在垂直于轴线的方向的线位移w称为该截面的挠度,横截面相对于原来位置的角位移θ,称为该截面的转角。
由于挠度远小于桥梁的跨度,因此变形后的桥轴线是一条平坦的曲线,而横截面形心沿x轴方向的线位移为挠度的高阶微分,因此可忽略不计,梁变形后的轴线可表示为:w=f(x)由于挠曲线为一平坦曲线,故有。
根据曲率与弯矩的关系,有,因为。
通过积分有,。
2 荷载作用下钢桥的挠度计算取钢桥形式如图1,主桁杆件使用钢材为Q345q。
根据规范,假设桥面受到的均布荷载为p 1＝10kN/m,桥面系p 2＝6.29kN/m,主桁架p 3＝14.51kN/m,联结系p 4＝2.74kN/m,检查设备p 5＝1.02kN/m,螺栓、螺母和垫圈p 6＝0.02(p 2＋p 3＋p 4),焊缝p 7＝0.015(p 2＋p 3＋p 4)。
当全桥满布单位均布荷载时简支桁架跨中挠度为:f 1=∑N 0N 1lE A m式中:N 1为单位集中荷载作用在跨中时各杆件内力;N 0为全桥满布单位均布荷载时各杆内力,即杆件影响线总面积;L、A m 为桁架各杆长度和毛截面积;E为钢材的弹性模量。
跨中单位集中荷载作用下各杆内力分别为:弦杆N 1＝±Lα 2H ＝±77α2×10.59 =±3.64α;斜杆N 1＝±12sin θ＝±1 2×0.8090 =±0.618吊杆A 5E 5 N 1＝1.00;其余竖杆N 1＝0。
式中α、H为分别为影响线顶点位置及桁高;θ为斜杆与弦杆夹角。
钢筋混凝土桁架拱桥主拱圈钢筋的布置本文仅对钢筋混凝土桁架拱桥的配筋作了阐述,主拱圈的配筋要从力学的角度进行详细而细致的分析,配筋和受力分析紧密结合,对各种受力要进行精确地反复地验算,同时要准确分析各部位的受力情况,确保正确地配筋,从而保证工程产品地顺利生产。
标签：配筋主拱圈桁架拱桥的上部结构一般是由桁架拱片、横向联接系和桥面三部分组成,其主要承重结构是桁架拱片。
桁架拱桥是由拱和桁架两种结构体系组合而成,因此兼具有桁架和拱的受力特点。
桁架拱桥一般由上、下弦杆、腹杆、实腹断组成的桁架拱片,横向联接系和桥面系三部分组成。
桁架拱片是桁架拱桥的主要承重结构,承受上部结构的自重,并与桥面结构一起承受活载,把活载和恒载传到墩台上去。
桁架拱片各部位配筋情况,按各部位受力性质和大小,大致如下:1一般配筋下弦杆为受压杆件,一般以靠近支点的一段受压最大,向跨中逐渐减小。
下弦杆所受压力考虑全由混凝土承受,故下弦杆一般按构造配筋,不另配受力钢筋。
纵向钢筋的直径不宜小于12mm,纵向钢筋与混凝土侧面的净距不小于 2.5cm,箍筋直径不小于6mmi,箍筋间距应不大于纵向受力钢筋直径的15倍,或构件横截面的较小尺寸,并不大于40cm。
上弦杆一般也为受压杆件,但因在局部荷载下要受弯,故应按压弯构件考虑。
其中端节问上弦杆尚可能出现受拉,加以局部受弯又最大,故这根长度最大的上弦杆常是控制设计的。
偏心受压构件纵向受力钢筋的含筋率不宜小于0.15%,同时不少于2根,而上弦杆的受力钢筋应布置在上弦截面(不计桥面)的截面重心线以下,受力钢筋和箍筋的直径、间距及保护层厚度等规定,同受压杆件。
腹杆中的受压杆件,也仅按构造配筋。
受拉杆件按轴心受拉杆件配筋,考虑拉力全由钢筋承受,钢筋应沿轴线或对称于轴线布置。
实腹为压弯杆件,按所计算的几个截面的内力配筋。
要加强靠实腹段节间内短腹杆两端侧面的局部配筋,因此此处次应力较大。
在桁架拱片的拱脚支承端和吊梁的支承牛腿内,也应注意配置局部受力钢筋。
5.3拱桥的设计一、拱桥的总体设计在通过必要的桥址方案比较,确定了桥位之后，再根据当地水文、地质等具体情况，合理地拟定桥梁的长度、跨径、孔数、桥面标高、主拱圈的矢跨比等,这些是拱桥总体设计的主要内容.有关确定桥长和桥梁分孔的一般原则,前面已经做了介绍，这里只进一步阐明在具体设计拱桥中如何确定设计标高和矢跨比的问题.（一）、确定拱桥的主要设计标高拱桥的标高主要有四个:桥面标高、拱顶底面标高、起拱线标高和基础底面标高。
1.桥面标高①由两岸线路的纵断面设计来控制;②要保证桥下净空能满足宣泄洪水或通航的要求。
对于无铰拱，可以将拱脚置于设计水位以下，但通常淹没深度不得超过矢高的2/3.2。
拱顶底面标高当桥面标高确定后，由桥面标高减去拱顶填料厚度，就可得到拱顶上缘的标高，减去主拱圈的厚度，可以推出拱顶底面标高。
为了保证漂流物能正常通过，在任何情况下,拱顶底面应高处计算水位(设计洪水位计入雍水、浪高等)1。
0m。
3.起拱线标高拟定起拱线标高，为了减小墩台基础底面的弯矩，节省墩台的圬工数量，一般宜选择低拱脚的设计方案.对于有铰拱桥，拱脚需要高出计算水位以上0.25m.为了防止冰害,有铰或无铰拱的拱脚均应高出最高流冰面0.25m.当洪水带有大量漂流物，若拱上建筑采用立柱时，应当将起拱线标高提高,使主拱圈不要淹没过多，以防漂浮物对立柱的撞击或挂留。
4.基础底面标高主要根据冲刷深度、地基承载能力等因素确定。
（二)、确定拱桥的矢跨比①恒载的水平推力H g与垂直反力V g之比值，随矢跨比的减小而增大.②推力大，拱圈内轴向力也大，对拱圈受力有利,对墩台基础不利。
③无铰拱：拱圈内的附加内力,拱愈坦（即矢跨比越小)，附加内力越大。
④矢跨比过大，拱脚区段过陡,施工困难，不美观。
砖、石、混凝土板拱桥及双曲拱桥：1/6~1/4，不宜小于1/8箱形拱桥：1/8～1/6钢筋混凝土桁架拱、刚架拱桥：1/10～1/6，不宜小于1/12（三)、不等跨连续拱桥的处理方法连续拱桥最好选用等跨分孔方案，但受地形、地质、通航等条件限制时,也可以采用不等跨的方案.为了减小因结构重力引起推力不平衡对桥墩和基础的偏心作用，可以采用以下措施：（1）采用不同的矢跨比在相邻两孔中，大跨径用较陡的拱(矢跨比较大），小跨径用较坦的拱(矢跨比较小）（2）采用不同的拱脚标高大跨径孔的矢跨比大，拱脚降低，减小了拱脚水平推力对基底的力臂.大、小跨的恒载水平推力对基底的弯矩得到平衡。
