钢桥设计基本知识之钢桁架梁桥[全面]

钢桥施工技术——钢桁梁桥钢桁梁（图6.3.1）的出现来自钢板梁的演变，人们根据梁的截面在中性轴附近应力最小的理论，研究从板梁的腹板中挖掉若干方格以节省钢料和减轻梁的自重的办法，并逐步演变为用三角形组成的桁架来代替板梁。

钢桁梁和板梁的主要区别是：桁架以腹杆（斜杆和竖杆）代替板梁，在竖向荷载作用下，桁架中的所有杆件都顺着杆件轴向承受压力或拉力，杆件截面上的材料都发挥相同的效能。

与板梁相比，桁梁的主要优点：一是跨越能力较大；二是当跨度较大时，自重也较轻，节省钢材，一般使用跨度都大于30 m。

钢桁梁主要类型有上承式简支钢桁梁、下承式简支钢桁梁、下承式连续钢桁梁等。

其主要由桥面、桥面系、主桁、连接系及支座等 5 个部分组成。

列车作用于钢桁梁的荷载，首先通过桥面的基本轨传送给桥枕，桥枕传给桥面系的纵梁，纵梁传给横梁，横梁传给主桁，主桁传给支座，支座传给墩台。

一、主桁主桁（图6.3.2）是钢桁梁桥的主要承重结构。

钢桁梁桥有两片主桁架，每片桁架一般由上弦杆、下弦杆、斜杆及竖杆等组成，斜杆和竖杆统称为腹杆。

两片主桁架的作用相当于板梁的两片主梁。

铁路钢桁梁桥一般采用下承式。

图6.3.1 钢桁梁图6.3.2 下承式钢桁梁组成示意图1. 主桁形式我国中等跨度（48～80 m）的下承式桁梁桥，其主桁结构常采用图6.3.3（a）中的几何图示，而不采用图6.3.3（b）。

二者的斜杆方向不同，基于此，在竖向荷载作用下，图式6.3.3（a）的竖杆较图式（b）受力较小，受压斜杆的数量也较少，而且图式6.3.3（a）的弦杆内力不像图式6.3.3（b）那样在每个节间都得变化一次，因而图式 6.3.3（a）的弦杆截面，易于选择得较为经济合理。

由于这些原因，使图式6.3.3（a）比图式6.3.3（b）更为节省钢料。

具有图6.3.3（a）这种形式的桁梁桥，其构造简单，部件类型较少，适应设计定型化，有利于制造与安装，宜于选作标准设计桁梁桥的主桁图式。

钢桁梁桥可以看作是将实腹的钢板梁桥按照一定规则空腹化的结构形式，结构整体上为梁的受力方式，即主要承受弯矩和剪力的结构。

组成
钢桁梁桥由主桁、联结系、桥面系、制动联结系、桥面、支座及桥墩（桥台）组成。

主桁
钢桁梁桥的主要承重结构，最常采用的是平面桁架，在竖向荷载作用下其受力实质是格构式的梁。

主桁由上弦杆、下弦杆和腹杆组成。

联结系
联结系分为纵向联结系和横向联结系，将两榀主桁架联成坚强的空间桁架结构，能承受任何方向的荷载并可靠地传递到支座。

桥面系
采用纵横梁体系作为其桥面系，由横梁、纵梁及纵梁之间的联结系组成。

其作用是承受由桥面传来的竖向和纵向荷载，并传递给主桁节点。

制动联结系
也称为制动撑架，设置在于桥面系相邻的平纵联的中部，通常由四根杆件组成。

作用是将纵梁上的纵向水平制动力传至主桁，以减小制动力对横梁的不利影响。

桥面、支座及墩台与其它桥梁相似。

分类
按照主桁的支承方式不同，分为简支钢桁梁桥、连续钢桁梁桥和悬臂钢桁梁桥；
按照桥面位置不同，分为上承式钢桁梁桥、下承式钢桁梁桥。

特点
钢桁梁桥由桁架杆件组成，尽管整体上看钢桁梁桥以受弯和受剪为主，但具体到每根桁架杆件则主要承受轴向力。

与实腹梁相比是用稀疏的腹杆代替整体的腹板，从而节省钢材和减轻结构自重，又由于腹杆钢材用量比实腹梁的腹板有所减少，钢桁梁可做成较大高度，从而具有较大的刚度及更大的跨越能力。

但是，钢桁梁的杆件和节点较多，构造较为复杂，制造较为费工。

2014上海钢桥与组合结构桥梁第七章钢桁梁桥吴冲同济大学桥梁工程系Tel.021－65981817cwu@同济大学桥梁系本科课程同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 12014上海第一节概述一、钢桁梁的组成1、分类：按桥面位置的不同分为上承式桁梁桥、下承式桁梁桥、和双层桁梁桥2、组成：由主桁、联结系、桥面系及桥面组成（一）主桁它是的主要承重结构，承受竖向荷载。

主桁架由上、下弦杆和腹杆组成。

腹杆又分为斜杆和竖杆；节点分大节点和小节点；节间距指节点之间的距离。

同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong22014上海第一节概述（二）联结系1、分类：纵向联结系和横向联结系2、作用：联结主桁架，使桥跨结构成为稳定的空间结构，能承受各种横向荷载3、纵向联结系分上部水平纵向联结系和下部水平纵向联结系；主要作用为承受作用于桥跨结构上的横向水平荷载、横向风力、车上横向摇摆力及离心力。

另外是横向支撑弦杆，减少其平面以外的自由长度。

4、横向联结系分桥门架和中横联；主要作用为是增加钢桁梁的抗扭刚度。

适当调节两片主桁或两片纵联的受力不均。

同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong32014上海第一节概述（三）桥面系1、组成：由纵梁、横梁及纵梁之间的联结系2、传力途径：荷载先作用于纵梁，再由纵梁传至横梁，然后由横梁传至主桁架节点。

（四）桥面桥面是供车辆和行人走行的部分。

桥面的形式与钢梁桥及结合梁桥相似。

同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong42014上海第一节概述二、主桁架的图式及特点（一）、主桁架的常用类型（二）主桁架的主要尺寸先确定桥梁跨度，再确定主桁架的主要尺寸包括：桁架高度、节间长度、斜杆倾角和两片主桁架的中心距。

1、主桁高度（1/8∼1/10）L（1/7∼1/8）L上承式（1/5.5∼1/8）L（1/7∼1/10）L（1/5~1/6.5）L1/7L下承式多边形桁架平行弦桁架多边形桁架平行弦桁架公路桥铁路桥桥型同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong52014上海第一节概述3、斜杆倾角2、节间长度铁路钢桥：中、小跨径的桁架，上承式桁架的节间长度一般为3~6m ，下承式桁架的节间长度一般为6~10m ，跨径较大的下承式桁架节间可达12~15m 。

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。

钢桁架桥梁设计总结讲解第一篇：钢桁架桥梁设计总结讲解钢桁架桥梁设计总结区别于混凝土梁部一般设计流程，特编写钢桥设计流程，为初次设计钢梁提供一点参考与设计思路。

一．钢桥设计最终目的：1.确定用最少的钢材但受力最优的杆件截面2.确定传力简洁顺畅的连接方式二．在确定钢桥方案后，一般钢桥包括的计算：钢桥的设计是一个迭代循环的过程，但是截面的选取顺序还是以主桁优先。

1.主桁截面的粗选（初估联结系与桥面后）2.主桁截面的检算3.联结系的检算4.桥面的检算5.主桁、联结系、桥面稳定后的主桁、联结系以及桥面的最终检算6.连接计算（各部分杆件之间的连接方式以及节点板、拼接板、焊缝与螺栓计算）7.预拱度计算及实现方式 8.伸缩缝的计算设计三．主桁的粗选 3.1选取的原则：按照钢材的容许应力为屈服应力的1/1.7确定主桁需要的截面面积，从而粗选主桁截面。

以Q370为例：对于拉杆：拉杆受强度、疲劳控制，应力为370/1.7=217.6Mpa，拉杆应力计算采用扣除螺栓消弱后的净面积，并考虑杆件由于刚接的次应力，所以拉杆杆件需要面积采用：杆件内力/150 对于压杆：压杆受强度、稳定控制，检算稳定时考虑容许应力折减，所以压杆一般由稳定控制。

检算压杆，采用毛面积，粗选截面时压杆杆件需要面积采用：杆件内力/160。

杆件越长截面越小，压杆容许应力折减越多，所以对于长细杆，可以采用压杆杆件需要面积：杆件内力/140。

粗选主桁后，控制大的指标，读取主桁的支反力、刚度条件是否符合规范。

3.2内力控制组合主力：恒载+活载+支座沉降3.3计算模型平面一次成桥模型建模方式：a、cad中导入主桁杆件b、施加荷载，注意二恒的取值，平面一次成桥模型的二恒：（整体二恒+初估联结系+初估桥面）/主桁片数3.4截面迭代用编写好的excel读取midas模型中的主力最大最小轴力迭代截面，迭代次数一般大于3次。

（参考286截面选取excel）按照粗选后的截面，先总体分析主桁的整体受力特性，为下一步主桁截面检算及截面优化修改打下基础。