桥梁工程课件P06第六章简支钢桥.pptx

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1、混合梁 拉 的使用（弹性极限、屈服点、极限强度、延伸率、断面收缩）2011-6-191第六章 简支钢板梁和钢桁梁桥本章将继续就简支梁桥的设计和施工特点进行介绍。上一章的内容是针对混凝土简支梁桥进行讲解，这一章将面向钢简支梁桥进行介绍。从本章开始，课程将就现代桥梁的主要结构体系类型加以逐一介绍。一般情况下，我们把桥跨结构用钢制造的桥梁称为钢桥。格式各样钢桥中，简支钢板梁和钢桁梁桥是最基本的桥型，在我国铁路建设中广泛应用。随着我国经济技术的发展，在我国公路工程中，钢结构桥梁的应用也逐渐广泛，因此本章的学习对拓展桥梁专业知识的视野有很大的帮助。第三节 简支钢桁梁桥第六章 知识点结构逻辑关系进入教学进

2、入教学第四节 钢桥制造和架设2进入教学本章主要内容第一节 钢桥概述进入教学第二节 钢板梁桥第一节 钢桥概述1.1什么是钢桥？一般而言，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。HarveyHe3Bridge Dept of SWJTUHarveyHe4第一节 钢桥概述1.2钢桥的主要特点一般地，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

3、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。HarveyHe5Bridge Dept of SWJTU第一节 钢桥概述1.3关于钢桥材料钢种碳素钢（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）、高性能钢（高强、具备耐候和防断裂性能）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）线材用于混凝土结构桥梁钢与结构钢 前者引用自前苏联，后者用于美、日、欧盟钢号碳素钢（A3，A3q等），现标准：GB70088Q

4、+数字质量等级符号脱氧方法符号 如Q235低合金钢（16Mnq,15MnVN 等），现标准：GB/T7142000国家标准钢铁产品牌号表示方法GB221-2000钢的工艺要求和使用要求对钢的化学成分和力学性能的要求 化学成分合金元素：碳、锰、硅等，微量元素铬、镍、钒等，有害杂质：硫、磷等，表61，对钢的可焊性的一种评估 力学（机械）性能冲击试验：夏比（V 中，部分采用混凝土主梁，部分采用钢主梁伸试验冷弯试验：检查工艺和质量的指标在连续梁和斜拉桥的主梁 形缺口）试件，钢材韧性和低温抗脆断性能，这种疲劳试验 式称为混合式主梁布置，简称“混合梁”。布置方 （与材料和构造有关）第一节 钢桥概述1.3关

5、于钢桥材料HarveyHe6Bridge Dept of SWJTU钢材拉伸应力应变曲线冲击值与温度关系曲线2011-6-192HarveyHe7Bridge Dept of SWJTU第一节 钢桥概述1.4关于钢桥的连接方式钢桥连接指：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结构连接方式有：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HarveyHe8Bridge Dept of SWJTU第一节 钢桥概述1.4关于钢桥的连接方式焊接：二战后，

6、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。焊接指用电焊机等设备通过电能将被焊钢材和焊接材料（焊条）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。HarveyHe9Bridge Dept of SWJTU第一节 钢桥概述1.4关于钢桥的连接方式栓接（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

7、度螺栓拧紧后，对钢板束施加了强大的夹紧力P产生的。扭矩法拧紧工艺（手动、电动、气动扭矩扳手）栓焊钢桥91.4关于钢桥的连接方式第一节 钢桥概述HarveyHe10Bridge Dept of SWJTU10体系分类梁1.5钢桥的主要应用结构体系第一节 钢桥概述HarveyHe11Bridge Dept of SWJTU拱索体系结构层次结构级构件级1.5.1梁与桁1.4钢桥的主要应用结构体系HarveyHe12Bridge Dept of SWJTU构造级组合Rio-Niteroi in Brazil（主跨300m）2011-6-1931.5.1梁与桁1.4钢桥的主要应用结构体系HarveyHe

8、13Bridge Dept of SWJTU第一节 钢桥概述1.5.1梁与桁桁的更多应用HarveyHe14Bridge Dept of SWJTU第一节 钢桥概述HarveyHe15Bridge Dept of SWJTUFirth of Forth Bridge第一节 钢桥概述1.5.2拱桥HarveyHe16Bridge Dept of SWJTU上海卢浦大桥（主跨550m）重庆朝天门大桥（主跨552m）第一节 钢桥概述1.5.3超强的索悬索桥HarveyHe17Bridge Dept of SWJTU明石海峡大桥（主跨1991m）西堠门大桥（主跨1650m）第一节 钢桥概述1.5.4组

9、合体系斜拉桥HarveyHe18Bridge Dept of SWJTU苏通长江大桥（1088m）2011-6-194第一节 钢桥概述拉压强度高压板易失稳造价高1.6钢与混凝土的组合应用1.6.1钢与混凝土的对比与组合抗拉强度低抗压强度高造价低HarveyHe19Bridge Dept of SWJTU养护容易混凝土养护困难钢结合梁混凝土翼缘板1.6钢与混凝土的组合应用1.6.1钢与混凝土的对比与组合结构设计中合理搭配构件或材料组合，以使得不同构件或材料发挥其优势特点。(1)结合梁的使用HarveyHe20Bridge Dept of SWJTU混凝土梁钢梁如果二者无连接，受荷弯曲时各自变形，

10、结合面存在相对滑移。二者通过剪力键连接，受荷弯曲时协调变形，结合面仅存在微小相对滑移。剪力键通过承担水平剪力来抵抗相对滑移，使得钢、混凝土协同受力，截面整体抗弯刚度大大提高。结合梁工作原理示意性图解HarveyHe21Bridge Dept of SWJTUHarveyHe22Bridge Dept of SWJTU1.6钢与混凝土的组合应用1.6.1钢与混凝土的对比与组合(2)结合梁中的剪力连接器桥面后浇接缝钢梁顶面的剪力钉1.6.1钢与混凝土的对比与组合(3)波形钢腹板结构的使用鄄城黄河大桥HarveyHe23Bridge Dept of SWJTU日本 鬼怒川桥（主跨72m）Harvey

11、He24Bridge Dept of SWJTUHarveyHe2011-6-1951.6钢与混凝土的组合应用HarveyHe25Bridge Dept of SWJTU1.6钢与混凝土的组合应用HarveyHe26巫山长江大桥 Bridge Dept of SWJTU1.6.1钢与混凝土的对比与组合(4)钢管混凝土拱的使用在薄壁钢管内填充混凝土，形成两者共同工作的一种组合构件。基本力学特征是，管内混凝土受到钢管的约束，在承受轴向压力时发生的侧向膨胀受到限制而处于三向受压状态，从而具有比普通钢筋混凝土大得多的承载能力和变形能力。钢管既可看作是混凝土中的受力钢筋，又可起到劲性骨架作用。中承式钢管

12、混凝土拱桥，主跨460m。目前世界第一大跨度的钢管混凝土拱桥。混合梁钢梁混凝土梁轻柔重刚自重大刚度大自重小刚度小1.6钢与混凝土的组合应用1.6.2钢梁与混凝土梁的对比及混合使用HarveyHe27Bridge Dept of SWJTU贵贱强度低强度高强弱造价低造价高在连续梁和斜拉桥的主梁中，部分采用混凝土主梁，部分采用钢主梁，这种布置方式称为混合式主梁布置，简称“混合梁”。诺曼底桥，钢梁伸入主跨116米。重庆石板坡桥，主跨 330m28Bridge Dept of SWJTU钢梁砼梁混凝土梁多多罗桥，边跨末端设置混凝土梁。混合梁的使用砼梁钢梁混凝土梁HarveyHeTOC第二节 钢板梁桥2

13、.1钢板梁桥的主要形式钢板梁桥主要承重结构为两片工字截面的板梁。在主梁之间设置杆件联结。主要形式包括：上承式钢板梁桥、下承式钢板梁桥、叠合梁桥等。上承式板梁桥下承式板梁桥29第二节 钢板梁桥2.1钢板梁桥的主要形式HarveyHe30铁路结合梁桥2011-6-196第二节 钢板梁桥2.2上承式钢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 ，横联桥面采用明桥面主要由桥枕、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。HarveyHe31第二节 钢板梁桥HarveyHe322.3下承式钢板梁桥联结系设下平

14、纵联，无上平纵联和横联，但加设肱板桥面系纵梁和横梁（与“桥面”的区别）桥面不是搁置在主梁上，而是搁置在桥面系的纵梁上。特点：建筑高度h（自轨底至梁底）小；用料较多（增加了桥面系），制造也费工；由于较宽而无法整孔运送，增加了装运和架梁的工作量。向荷载由上、下平纵联承受）第二节 钢板梁桥2.4上承式钢板梁计算要点结构由主梁、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33HarveyHe TOC计算内

15、容主要尺寸的拟定（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、稳定性验算第三节 下承式简支钢桁梁桥3.1下承式简支钢桁梁桥的组成组成桥面、桥面系、主桁、联结系和支座桥面明桥面（正轨、护轨、桥枕、护木、钩螺栓及人行道）桥面系纵梁、横梁及纵梁间的联结系HarveyHe34主桁由上弦杆、下弦杆、腹杆（斜杆，竖杆）及节点组成联结系水平纵向联结系（简称平纵联，分上平纵联，下平纵联），横向联结系支座多采用钢支座，见第七章传力途径竖向：纵梁横梁主桁节点主桁支座墩台；横向：上平纵联桥门架支座；下平

16、纵联支座组成桥面、桥面系、主桁、联结系和支座桥面系纵梁、横梁联结系上平纵联，下平纵联、横向联结系HarveyHe主桁由上弦杆、下弦杆、腹杆（斜杆，竖杆）及节点组成竖向传力途径：纵梁-横梁-主桁节点-主桁-支座-墩台；横向传力途径：上平纵联-桥门架-支座；下平纵联-支座上弦杆斜杆下弦杆竖杆节点HarveyHe36Bridge Dept of SWJTU7HarveyHe37Bridge Dept of SWJTUHarveyHe382011-6-19桥面系纵梁、横梁及纵梁间的联结系铁路下承式简支桁架桥各组成部分分解图桥面明桥面（正轨、护轨、桥枕、护木、钩螺栓及人行道）横梁HarveyHe393.

17、2下承式简支钢桁梁桥的主要尺寸桁高经济高度，跨度的1/151/10，满足桥上净空要求节间长度一般为桁高的0.81.2倍斜杆倾度与竖直线的交角在30 50范围内为宜主桁中心距不应小于跨长的1/20，满足桥上净空要求标准设计跨度为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。HarveyHe403.3下承式简支钢桁梁桥的杆件截面形式杆件截面：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；适于内力不很大和长细比较小的压杆，常见型式箱形：抗扭刚度大，制造较费工，适用于受力较大的压杆或拉压杆，特大跨度钢桁梁桥用HarveyH

18、e41HarveyHe42Bridge Dept of SWJTU3.4关于节点板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2011-6-198HarveyHe433.5计算简化原理简化：空间结构平面结构（考虑各平面结构之间的相互作用，两平面结构所共有杆件的内力叠加）；节点：铰结（半）刚性连接铰接，计算内力的修正（以下三种情况）主桁下弦杆伸长对纵、横梁的影响横向框架次应力效应TOCHarveyHe44Bridge Dept of SWJTU第四节 钢桥的制造和架设4.1钢桥的制造钢桥（工厂）制造 流程作样制作样板，样杆、样条号料利用样板、样杆、

19、样条在选用的材料上划线，号孔（样冲）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矫正将切割好的零件，滚压整平，加工矫正（预处理工艺）边缘加工根据要求对零件的边缘进行刨或铣，使外观整齐美观制孔用覆盖式样板或立体式机器样板在零件上进行钻孔（全焊结构无此工序）组焊将整备好的零、部件放入组装胎型中，用点焊组装成型焊接按规定的焊接方法和工艺施焊整形可用机械冷矫或用火焰热矫，矫正焊接残余变形检验对焊缝进行超声波和X光检查试装取有代表性的结构在工厂进行试拼装最后喷沙除锈、涂装、发送工地第四节 钢桥的制造和架设（1）制造示例（预处理）HarveyHe45Bridge Dept of SWJTU预处理

20、生产线：钢板整平、除锈、涂底漆辊压机工作示意手工焰切第四节 钢桥的制造和架设（2）制造示例（切割）HarveyHe46Bridge Dept of SWJTU钢板剪切示意角钢剪切示意数控多头切割机HarveyHe47Bridge Dept of SWJTU第四节 钢桥的制造和架设（3）制造示例（边缘加工）刨边机HarveyHe48Bridge Dept of SWJTU第四节 钢桥的制造和架设（4）制造示例（制孔）数控钻床摇臂钻床覆盖式机器样板及钻孔套2011-6-199第四节 钢桥的制造和架设（6）制造示例（焊接）HarveyHe49Bridge Dept of SWJTU半自动埋弧焊杆件组

21、焊火焰矫正第四节 钢桥的制造和架设（7）制造示例（矫正）HarveyHe50Bridge Dept of SWJTU角钢矫正机示意马刀形弯曲及火焰矫正顶弯机工作示意H形杆件的焊接变形H形杆件矫正机示意第四节 钢桥的制造和架设（7）制造示例（矫正）HarveyHe51Bridge Dept of SWJTU钢梁矫正第四节 钢桥的制造和架设（8）制造示例（试装）HarveyHe52Bridge Dept of SWJTU钢桁梁试拼装（九江大桥第一联）第四节 钢桥的制造和架设HarveyHe53Bridge Dept of SWJTU4.2钢桥的架设钢桥跨的构件由制造工厂运抵桥址以后，必须架设到设计

22、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）。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。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。对钢梁安装方法起决定性影响的因素有：桥址的地形条件；桥址的气象水文条件；桥梁的技术条件常采用的安装方法：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。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）和场地布置吊机

23、3.4钢桥的安装（架设）（1）悬臂法安装加强的临时杆件第四节 钢桥的制造和架设HarveyHe54Bridge Dept of SWJTU（多孔）简支桁梁半悬臂安装示意图悬臂法：不用支架、将杆件逐根悬臂拼装成桥的方法。全悬臂拼装，半悬臂拼装，跨中合龙降低钢梁安装应力和悬臂梁端挠度的措施2011-6-1910（1）悬臂法安装第四节 钢桥的制造和架设HarveyHe55Bridge Dept of SWJTU第四节 钢桥的制造和架设悬臂法安装减小悬臂内力和挠度的措施HarveyHe56Bridge Dept of SWJTU56第四节 钢桥的制造和架设（2）托拉法安装半悬臂拖拉（采用临时支墩）半悬

24、臂拖拉（采用浮船）HarveyHe第四节 钢桥的制造和架设（3）浮运法（浮吊法）安装HarveyHe钱塘江桥浮运架设浮吊架设第四节 钢桥的制造和架设（2）托拉法安装全悬臂拖拉（采用导梁）全悬臂拖拉（孔跨临时连接）HarveyHe第四节 钢桥的制造和架设（3）浮运法（浮吊法）安装HarveyHe浮吊架设英国世纪眼人行桥钢梁横截面（正交异性板）2011-6-1911第四节 钢桥的制造和架设（4）悬索桥中的骑缆吊机吊装HarveyHe虎门大桥钢箱梁吊装第四节 钢桥的制造和架设（5）斜拉桥中的桥面吊机吊装HarveyHe南京二桥钢箱梁吊装桥面吊机检修小车梁段提升法，箱梁吊装从跨中开始梁段之间的连接方式

25、和时机TOC5.补充：关于钢箱梁及正交异性板5.1正交异性板63Bridge Dept of SWJTU5.补充：关于钢箱梁及正交异性板HarveyHe64Bridge Dept of SWJTU5.补充：关于钢箱梁及正交异性板HarveyHe65Bridge Dept of SWJTU明石海峡大桥横截面（正交异性钢桥面板）顶板开口5.补充：关于钢箱梁及正交异性板HarveyHe66Bridge Dept of SWJTU正交异性钢桥面底部横向连接系检修通道检修通道303000南京长江二桥合龙时的钢箱梁2011-6-191238900/2500+3500+33750+500+2000/2=33

26、500/21200 750 75038900/22000/2+500+33750+3500+500=33500/2750 750 12002%2%吊索中心线吊索中心线顶板顶板U肋5.补充：关于钢箱梁及正交异性板5.2流线形钢箱梁HarveyHe67Bridge Dept of SWJTU21600/2865021600/28650底板底板U肋横隔板5.补充：关于钢箱梁及正交异性板HarveyHe68Bridge Dept of SWJTU上：钢箱梁截面组成左：实物HarveyHe69Bridge Dept of SWJTU4.钢桥应用中的一些关键技术70 Bridge Dept of SWJTUHarveyHe71Bridge Dept of SWJTUHarveyHe72Bridge Dept of SWJTU132011-6-19南京二桥钢箱梁加工板单元HarveyHe73Bridge Dept of SWJTU南京二桥钢箱梁U肋焊接变形HarveyHe74Bridge Dept of SWJTU板单元的反变形胎架