第五章 钢箱梁桥 苏庆田2013

QingtianSuTongjiUniversity,Shanghai,China第五章钢箱梁桥2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu1第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置„钢箱梁桥是指由钢板通过焊接、螺栓或铆钉等连接而成的箱形截面的实腹式钢梁作为主要承重结构的桥梁。2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu2第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置„钢箱梁桥与工形钢板梁相比主要有以下优点：(1)翼缘宽度大，具有很大的抗弯能力，跨越能力比工形钢板梁大得多，目前钢箱连续梁桥的最大跨径已经达到300m。(2)具有很大的抗扭刚度，荷载横向分配均匀，即使采用单箱结构形式，两个腹板的弯矩也相差不大，而且适合于扭矩较大的弯桥等复杂桥梁；(3)具有很大的横向抗弯刚度、横向稳定性好，可以抵抗很大的水平力作用，省去纵向联结系，对于单箱结构不需要横向联结系。(4)单根箱梁的整体稳定性好，便于吊装和无支架施工；并且构件数量比工形梁少，施工速度快；(5)梁高小、适合于立交桥和建筑高度受到限制的桥梁等。采用较小的梁高可以有效的缩短引桥或引道的长度，降低整体工程造价；(6)横隔和加劲结构等都在箱内，外形美观；(7)箱内为中空结构，便于布置电缆、水管、煤气管等附属设施。箱内还可以作为检修和维护的通道。2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu3第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—结构形式（1）沥青混凝土60mm钢筋混凝土桥面板150mm防水层1mmCL混凝土桥面的单箱单室箱梁桥，用于宽度与跨径之比较小的桥梁2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu4第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—结构形式（2）防水层1mm钢筋混凝土桥面板150mm沥青混凝土60mmCL混凝土桥面的双箱单室箱梁桥是钢箱梁中采用最多梁桥结构形式2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu5第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—结构形式（3）防水层1mm钢筋混凝土桥面板150mm沥青混凝土60mmCL防水层1mm钢筋混凝土桥面板150mm沥青混凝土60mmCL混凝土桥面的三箱单室箱梁桥混凝土桥面的单箱多室箱梁桥（较少采用）2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu6第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—结构形式（4）钢桥面的单箱单室箱梁桥倾斜腹板的倒梯形箱梁桥，桥墩宽度较小2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu7第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—结构形式（5）钢桥面的双箱单室箱梁桥钢箱梁中采用最多梁桥结构形式2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu8第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—结构形式（6）钢桥面的单箱多室箱梁桥主要用于桥宽较大的桥梁2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu9第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—结构形式（7）扁平钢箱梁，梁高与桥宽之比很小主要用作吊桥、斜拉桥、拱桥等的加劲梁，梁式桥中很少采用2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu10第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—分类„钢箱梁桥根据支承条件和受力特点分为简支钢箱梁桥、连续钢箱梁桥和悬臂钢箱梁桥„按桥面板形式分为：钢筋混凝土桥面箱钢板梁桥和钢桥面箱梁桥通常跨径小于60m时采用钢筋混凝土桥面板较为经济。通常跨径大于80m时采用钢桥面板较为经济。跨径60～80m时需要进行较为详细的技术与经济比较。„按桥梁的平面形状分为直桥、斜桥和曲线桥等2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu11第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—总体布置„组成„主梁‹单箱钢梁桥‹双箱钢梁桥‹多箱钢梁桥防水层1mm钢筋混凝土桥面板150mm沥青混凝土60mmCL主梁主梁横梁横梁桥面系桥面系纵梁纵梁2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu12第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—总体布置„主梁-单箱钢梁桥‹桥宽较小时（通常桥宽在3车道以内），可以采用单箱结构。对于桥宽在4～6车道时，也可以采用上下行线完全分离的双幅单箱梁桥。‹单箱钢梁桥在钢箱两侧设置较大的悬臂。一般情况下，主梁腹板间距不大于等效跨径的1/5或者主梁悬臂长度不大于等效跨径的1/10时，箱梁全宽有效。‹对于钢筋混凝土桥面板钢箱梁桥，挑梁不宜过大，通常不大于3m。‹对于钢桥面结构的挑梁，采用开口加劲肋时的挑梁间距一般为1.5~3m，闭口加劲肋时挑梁间距一般为2~4m。挑梁截面形式一般做成工形截面。‹单箱钢梁桥通常采用单箱单室的结构形式。单箱多室结构的中间腹板对于箱梁的抗扭刚度贡献不大、有效工作宽度不明确，而且会增加用钢量，所以采用较少，只有梁高受到限制不得已时采用。2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu13第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—总体布置„主梁-双箱钢梁桥‹桥宽较大，单箱有效宽度很小、不经济时，采用双箱结构较为合理。‹采用钢筋混凝土桥面板结构时，可以设置挑梁，也可以不设置挑梁，两种结构的用钢量差别不大。‹‹采用钢桥面板时，通常采用有悬臂的结构形式采用钢桥面板时，通常采用有悬臂的结构形式„主梁–多箱钢梁桥：钢量较大，只有跨径较小、且桥宽很大时采用2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu14第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—总体布置„纵梁‹当主梁间距较大时，为了减小钢筋混凝土桥面板的跨径、或者提高钢桥面板的刚度，箱梁之间可以设置纵梁‹从钢筋混凝土桥面板的厚度考虑，纵梁间距不宜太大，一般不大于3m，并且支承于横梁之上；纵梁与横梁的连接纵梁与横梁的连接2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu15第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—总体布置„边纵梁‹箱梁外侧设置挑梁时，在挑梁端部需要设置边纵梁（俗称为耳梁）支承桥面板边纵梁与挑梁的连接边纵梁与挑梁的连接2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu16第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—总体布置„横梁‹对于双箱或多箱结构钢梁桥，梁端或中间支承处设置横梁，使得各主梁受力较均匀、支承纵梁和桥面板，可以有效提高桥梁整体抗扭能力和分散支点反力，保证桥梁的整体受力和抵抗偏心荷载和风荷载等产生的扭矩。‹当有纵梁时，横梁的间距不大于6m，没有纵梁时，横梁间距可以适当放宽，最大间距20m左右，其中一道应该设置在跨中。‹横梁要有足够的刚度，通常采用实腹式结构形式，梁高通常为主梁高度的3/4~4/5，除特殊情况之外不得小于主梁高度的1/2。2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu17第一节钢箱梁桥的结构形式与总体布置—总体布置„支座„„单箱钢梁桥的梁端必须设置两个支座才能保证结构的稳定性和抵抗扭矩的作用。„多箱钢梁桥，往往一个钢箱设置一个支座，箱梁之间用横梁相连。当一个钢箱设置多个支座时，由于支座高度的设置误差会导致支座受力的不均匀，对箱梁产生不利的影响。„为了维修和更换支座方便，箱梁桥应该设置支承千斤顶的临时支点加强结构。千斤顶2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu18第二节主梁„钢箱主梁构造由顶板、底板、腹板焊接成闭口截面，箱内设置横隔板和纵横加劲肋。箱梁之间有横向联系时，还需要设置连接结构2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu19第二节主梁„钢箱主梁结构图图do1.9501-Dia3614747TJ-11I.Rib20018150001I.Rib2001815000360164U.Rib3002606150004.15504do1.8501-Dia25/2=26250/2=25750do4.15501.1.8501I.Rib20018100001I.Rib2001810000360161.44U.Rib3002606100001I.Rib2001887501I.Rib2001887504U.Rib30026068750G1L51-DiaG1LG1R9x300=1.1.9504.15501.do1-Diado1-Dia1.25/2=26250950TJ-1do1-DiaCLCL2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu20第二节主梁„钢箱主梁结构图图do1.9501-Dia5445-I.Rib2001815000L30244.1550do1.85025/2=26250do4.155025/2=26250/2=257501-Dia1.3004BJ-19501.850do1.30045445-I.Rib2001810000L30201Sole50030G1RG1L9x300=G1R51-Dia1.30041.950L301475-I.Rib20018875054476Flg30016456Web20000454.15501.3004do1-DiaBJ-11-Dia1.3004CLdoCL2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu21第二节主梁—梁高与梁宽„主梁要求有足够的强度和刚度，主梁设计应该尽可能地使得截面以应力控制设计。梁高大约为跨径的1/20~1/30。„主梁梁宽的确定，必须综合考虑箱梁的受力、维修管理、制作、运输、安装与架设等。‹一般情况下，横隔板的人孔宽度和高度不小于400×600mm。箱梁截面宽度和高度最好控制在3200~3600mm以内。„对于铁路钢箱梁桥，单线铁路的梁宽为2.0~2.2m，复线铁路可以做成单箱双室的结构形式2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu22第二节主梁—截面变化„„调整主梁截面的方法有改变调整主梁截面的方法有改变梁高和板厚梁高和板厚两种方法。当跨径较小时，采用改两种方法。当跨径较小时，采用改变顶底板板厚、梁高与梁宽保持不变的方法，对钢箱梁制作、运输和安装变顶底板板厚、梁高与梁宽保持不变的方法，对钢箱梁制作、运输和安装较为方便；当跨径较大时，采用改变梁高的方法更加有效较为方便；当跨径较大时，采用改变梁高的方法更加有效钢箱梁桥截面变化数量和位置示意图2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu23第二节主梁—截断及构造„„箱梁桥横向划分箱梁桥横向划分„„箱梁顶底板变厚度处理箱梁顶底板变厚度处理„„内部加劲肋内部加劲肋2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu24第二节主梁—加劲肋„主梁加劲肋包括钢箱梁顶底板的加劲肋和腹板加劲肋;„箱梁腹板加劲肋构造和设计与工形钢板梁桥基本相同;„钢顶底板的局部稳定分析，可以近似简化为由箱梁腹板和横隔板围成的四边简支加劲板;四面简支对边均匀受压加劲板2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu25第二节主梁—加劲肋„加劲肋的分类：‹刚性加劲肋：母板（被加劲板件）失稳时在加劲肋处形成节线，为加劲间母板的局部失稳，母板的受力近似于由简支边或加劲肋围成的局部板件；‹柔性加劲肋：失稳时加劲肋与母板共同变形，母板的受力与正交异性板较接近，为加劲板件整体失稳；；‹具有刚性加劲肋的母板，其欧拉应力σcr随加劲肋刚度的增加而保持不变；具有柔性加劲肋的母板，其欧拉应力σcr随加劲肋刚度的增加而增大。受压时的失稳模态2013-11-4TongjiUniversity,QingtianSu26第二节主梁—加劲肋„刚性加劲肋与柔性加劲肋的判别标准：*llγγ≥*llγγ的加劲肋称为刚性加劲，当时为刚性加劲肋当当时为柔性加劲肋当当DEIll=γ其中其中为加劲肋的刚度比；）231(12ν−=EbtD；t为被加劲板板厚；v为泊松比IIll为单根加