简支钢板梁和钢桁梁桥

2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章1 第 六 章 简 支 钢 板 梁 和 钢 桁 梁 桥 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章2 第 一 节 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，均可称之为钢桥。 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。 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。钢桥的基本特点： 构件特别适合用工业化方法来制造，便于运输，工地的安装速度也快，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； 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铁路钢桥为主。 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章3 一 、 钢 桥 所 用 的 材 料l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桥梁钢与结构钢l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对钢的化学成分和机械性能的要求化学成分合金元素：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） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章4 力 学 性 能 曲 线钢拉伸应力应变曲线冲击值与温度关系曲线 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章5 二 、 钢 桥 的 连 接l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。 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章6 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。 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章7 栓接（高强度螺栓连接）q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q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 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章8 桥 例 ： 成 昆 线 三 堆 子 金 沙 江 桥1969年，简支钢桁梁，192m 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章9 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 l 1971年建成 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章10 桥 例 ： 成 昆 线 泸 沽 安 宁 河 桥1970年，刚性桁梁柔性拱，112m 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章11 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 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章12 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。 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章13 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 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章14 第 二 节 钢 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、 上 承 式 板 梁 桥 主要承重结构两片工字截面的板梁 主梁之间的杆件联结上平纵联，下平纵联，横联 明桥面主要由桥枕、护木、正轨、护轨等组成 适用范围当跨度小于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。 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章15 上 承 式 板 梁 桥 组 成 及 横 断 面 图 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章16 32米 全 焊 钢 粱 构 造 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章17 2、 下 承 式 板 梁l主要承重结构两片工字截面的板梁l联结系设下平纵联，无上平纵联和横联，但加设肱板l桥面系纵梁和横梁l桥面不是搁置在主梁上，而是搁置在纵梁上。l特点建筑高度h（自轨底至梁底）小，用料较多，制造也费工。 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章18 下 承 式 板 梁 桥 组 成 及 横 断 面 图 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章19 3、 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。公路结合梁桥铁路结合梁桥（一般用于陡坡急弯地段）抗剪器公路：型钢，连接销铁路：联结角 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章20 公 路 结 合 梁 桥 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章21 铁 路 结 合 梁 桥 构 造 图 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章22 抗 剪 器 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章23 桥 例 ： 石 家 庄 南 二 环 钢 箱 公 路 桥l最大跨度96m，开口钢箱l 22170剪力钉 l 1999年竣工 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章24 二、上承式板梁桥的计算结构由主梁、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 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章25 第 三 节 下 承 式 简 支 桁 架 桥一 、 简 支 桁 架 桥 各 组 成 部 分 及 其 作 用v组成桥面、桥面系、主桁、联结系和支座v桥面明桥面（正轨、护轨、桥枕、护木、钩螺栓及人行道）v桥面系纵梁、横梁及纵梁间的联结系v主桁由上弦杆、下弦杆、腹杆（斜杆，竖杆）及节点组成v联结系水平纵向联结系（简称平纵联，分上平纵联，下平纵联） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章26 铁 路 下 承 式 简 支 桁 架 桥 各 组 成 部 分 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章27 铁 路 下 承 式 简 支 桁 架 桥 各 组 成 部 分 （ 续 ） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章28 铁 路 上 承 式 钢 桁 梁 组 成 部 分 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章29 二 、 主 桁 的 几 何 图 式 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章30 三 、 主 桁 的 主 要 尺 寸l桁高经济高度，桁高的1/51/10，满足桥上净空要求l节间长度一般为桁高的0.81.2倍l斜杆倾度与竖直线的交角在3050范围内为宜l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 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章31 杆 件 截 面 形 式 及 选 择杆件截面：H型和箱形H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：抗扭刚度大，制造较费工 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章32 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 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章33 五 、 桁 架 杆 件 内 力 计 算 要 点l主桁杆件内力（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（按两端简支）l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（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） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章34 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 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章35 构 造 示 例 （ 续 ， 传 统 节 点 ） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章36 构 造 示 例 （ 续 ） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章37 第 四 节 钢 桥 制 造 及 架 设一 、 钢 桥 制 造 l作样制作样板，样杆、样条l号料利用样板、样杆、样条在选用的材料上划线，号孔（样冲）l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矫正将切割好的零件，滚压整平，加工矫正（以上为预处理）l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焊接按规定的焊接方法和工艺施焊 l整形可用机械冷矫或用火焰热矫，矫正焊接残余变形l检验对焊缝进行超声波和X光检查l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 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章38 制 造 示 例 （ 预 处 理 ）预处理生产线：钢板整平、除锈、涂底漆 辊压机工作示意 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章39 制 造 示 例 （ 切 割 ） 钢板剪切示意角钢剪切示意手工焰切数控多头切割机 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章40 制 造 示 例 （ 矫 正 ） 角钢矫正机示意 马刀形弯曲及火焰矫正 顶弯机工作示意火焰矫正 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章41 制 造 示 例 （ 边 缘 加 工 ）刨边机 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章42 制 造 示 例 （ 制 孔 ）覆盖式机器样 板及钻孔套数控钻床摇臂钻床 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章43 制 造 示 例 （ 焊 接 ）半自动埋弧焊杆件组焊 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章44 制 造 示 例 （ 整 形 ）H形杆件的焊接变形H形杆件矫正机示意 钢梁矫 正 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章45 制 造 示 例 （ 试 装 ）钢桁梁试拼装（九江大桥第一联） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章46 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（或架设）。l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：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：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：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 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章47 钢 桥 架 设 ： 悬 臂 法简支桁梁半悬臂安装示意图临时杆件吊机 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章48 钢 桥 架 设 ： 悬 臂 法 （ 南 京 长 江 大 桥 ） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章49 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）二、临时加固伸臂支点附近的梁体 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章50 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）九江长江大桥双层辅助吊索塔架 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章51 减 小 悬 臂 内 力 和 挠 度 的 措 施 （ 续 ）四、墩旁托架（减少悬臂长度）五、水上吊机（减少梁端施工荷载）六、半（对称）悬臂拼装（减少悬臂长度） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章52 钢 桥 架 设 ： 拖 拉 法半悬臂拖拉（采用临时支墩） 半悬臂拖拉（采用浮船） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章53 钢 桥 架 设 ： 拖 拉 法 （ 续 ）全悬臂拖拉（采用导梁） 全悬臂拖拉（孔跨临时连接） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章54 钢 桥 架 设 ： 浮 运 法组拚浮运赝架(b)拼装主桁 (c) 浮运船组浮起钢梁(d) 浮运就位 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章55 钢 桥 架 设 ：浮 运 法 （ 续 ） 2021年4月25日李亚东：桥梁工程概论第六章56 思 考 题l 钢 桥 的 材 料 特 点l 连 接 方 式 ， 栓 焊 钢 桥l 上 承 式 、 下 承 式 板 梁 桥 构 造l 明 桥 面 、 桥 面 系l 下 承 式 简 支 桁 梁 桥 基 本 组 成l 空 间 桁 架 的 简 化 分 析 原 理l 钢 桥 制 造 的 基 本 工 序l 桁 梁 桥 的 几 种 施 工 方 法