《钢桥》钢板梁

钢桥与组合结构桥梁(2016)5钢板梁和钢箱梁任课教师:卫星西南交通大学土木学院5钢板梁和钢箱梁5.1钢板梁桥特点5.2钢板梁桥计算5.3钢箱梁桥特点钢板梁桥的特点构造简单架设方便、快速(可整孔架设)养护量大、噪音大5.1钢板梁桥特点与构造定义：钢板梁桥是指由钢板焊接、栓接或铆接，形成工字型的实腹式钢梁作为主要承重结构的桥梁。适用范围：中小跨径(铁路：40m、公路:50～80m)1.从行车方式分：上承式板梁和下承式板梁；从连接方式：铆接板梁、全焊板梁和栓焊板梁。2.铁路钢板梁标准设计：上承式钢板梁跨度为24m、32m，是全焊梁设计；40m的是栓焊梁设计；下承式栓焊钢板梁跨度为20m、24m、32m、40m四种。简支钢板梁桥的经济跨径一般在40m以下,连续钢板梁桥的经济跨径可以达到60m。钢板梁桥的分类5.1钢板梁桥特点与构造3按主梁截面形式•工字钢和H形钢：构造简单，造价低、尺寸小、跨度小。•焊接工形梁：上下翼板和腹板焊接而成。结构简单、受力明确，连接方便、单个构件重量轻。焊接工字钢的抗扭刚度和横向抗弯刚度小，横向失稳问题突出。钢板梁截面形式钢板梁桥的分类5.1钢板梁桥特点与构造铁路上承式板梁桥的组成和构造承重结构（主梁）、桥面、联接系、支座；没有道桥结构（桥面系）。其中：承重结构（主梁）：两片工字钢组成；桥面：桥枕、正轨、护轨、护木、钩螺栓组成；联接系：上平纵联、下平纵联、横联、横撑组成。5.1钢板梁桥特点与构造上承式板梁桥的组成和构造上承式板梁分解几个平面主梁、上平纵联、下平纵联5.1钢板梁桥特点与构造上承式板梁桥面（桥枕、正轨、护轨、钩螺栓、护木）5.1钢板梁桥特点与构造上承式板梁桥面的钩螺栓与主梁的连接,主梁竖向加劲肋与主梁上翼缘和腹板的连接5.1钢板梁桥特点与构造主梁（两片）由翼缘、腹部以及加劲肋组成；两主梁的中心矩不小于跨度的1/15，且不小于2.2m。对翼缘腹板加劲肋构造要求如下：①翼缘主梁截面承受弯矩能力大致符合弯矩图，节省钢材，主梁做成变截面，可以采用一块或两块钢板，通过调整翼缘的宽度和厚度实现主梁的变截面，截面变化时应采用斜坡过渡。宽度不陡于1：4；厚度不陡于1：8；末端宽度不小于0mm上承式板梁构造要求5.1钢板梁桥特点与构造②腹板标准设计中当L=24m，腹板高度h=1900mm；当L=32m，腹板高度h=2500mm；当L=40m，腹板高度h=3200mm。以上尺寸满足用料经济并适应运输条件。③加劲肋为了保证腹板的局部稳定，常需设置加劲肋（端加劲肋、中间加劲肋、水平加劲肋）。5.1钢板梁桥特点与构造上承式板梁构造要求加劲肋的构造要求：a.保证主梁的腹板稳定，腹板的两侧常需设置竖向加劲肋，当腹板较高时，有时还需加水平加劲肋;b.竖向加劲肋是采用一对板条用角焊缝对称地焊连于腹板的两侧，焊缝的两端至翼缘角焊缝的距离a，不小于80mm；加劲肋与上翼缘相连的焊缝，其端头至翼缘角焊缝的距离，应b不小于50mm，以免焊缝相距太近而降低了该处的疲劳强度5.1钢板梁桥特点与构造上承式板梁构造要求加劲肋的构造要求：c.主梁上翼缘直接承受桥枕的压力，因此，劲肋的上端，常与上翼缘顶紧，以达到支承翼缘板的作用;在横联处，加劲肋还是横联的一个组成部分，受力较大，加劲肋的上端可与上翼缘焊牢；d.加劲肋的下端无需要与下翼缘顶紧，更不应与下翼缘焊连，这是由于手工焊缝对受拉的翼缘板的疲劳强度影响甚大的缘故。在工厂制造时虽已顶紧，行车后，加劲肋的下端与下翼缘之间仍产生缝隙，不能达到顶紧的目的;5.1钢板梁桥特点与构造上承式板梁构造要求e.加劲肋应用半自动焊与腹板相连，不应采用手工焊，以免降低焊接质量;f.端加劲肋既是端部横联的一部分，它还要传递板梁桥的支承反力。因此，端加劲肋上端应与上翼缘顶紧焊牢，下端应磨光顶紧并与下翼缘焊牢5.1钢板梁桥特点与构造上承式板梁构造要求平纵联端部连接结构要求a.平纵联杆件端部的节点板，可与上翼缘焊连,但不应与受拉翼缘焊连，这是由于受拉翼缘的疲劳强度受焊接影响较大的缘故。平纵联斜杆端的节点板，常与腹板焊连，而横撑则焊在加劲肋上以免降低翼缘的疲劳强度。5.1钢板梁桥特点与构造上承式板梁构造要求b.与腹板焊连的节点板，其另一边是焊连于加劲肋上,节点板切去一块，这样使节点板边缘焊缝至加劲肋与腹板相连焊缝，保持一定距离。斜杆端头连接焊缝至节点板边缘的焊缝，也应保持一定的距离。为了减少应力集中，节点板还应做成圆弧形，并在施焊完毕后用砂轮或风铲将焊缝表面进行加工，使表面平顺。上平纵联与主梁的连接5.1钢板梁桥特点与构造上承式板梁构造要求c.横联的位置，应与竖向加劲肋的布置一起考虑，横联的间距不应大于4m。d.顶梁，在架设及养护过程中，常需将梁端顶起，梁端需架设顶梁。5.1钢板梁桥特点与构造上承式板梁构造要求桥面①桥枕：与主梁上翼缘用钩螺栓扣紧，桥枕间的净距，不宜超过21cm。②护木：置于桥枕两端，用螺栓连于桥枕，固定桥枕距离。③正轨④护轨：桥面上除正轨外，还设有护轨。护轨两端应延伸到桥台以外一段距离，并弯向轨道中心。其作用就是当列车掉道后，用以控制车轮前进的方向，避免发生翻车事故。5.1钢板梁桥特点与构造下承式板梁桥的组成和构造下承式板梁包括：承重结构（主梁）、桥面、联接系、桥面系、支座。承重结构（主梁）－两片工字钢组成，标准设计两主梁的中心距为5.4m；构造同上承式板梁；5.1钢板梁桥特点与构造下承式板梁桥的组成和构造桥面－桥枕、正轨、护轨、护木、钩螺栓组成，构造同上承式板梁；不是搁置在主梁上，而是搁置在桥面系的纵梁上。联结系－设下平纵联，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）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。5.1钢板梁桥特点与构造下承式板梁桥的组成和构造下承式板梁桥面系结构和下平纵联特点：与上承式钢板梁桥相比，增加了桥面系，制造费料、费工；桥宽大，无法整孔运送，增加了装运与架桥的工作量。适用范围：适用于线路标高不宜提高，桥下又要求一定净空即建筑高度受限的情况。下承式板梁组成下承式板梁桥特点及适用范围5.1钢板梁桥特点与构造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，横向荷载由上、下平纵联承受）5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点计算内容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5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点主要尺寸：计算跨度、主梁高度、主梁中心距。1.计算跨度《铁桥规》中梁桥计算跨度标准值为：（4、5、6、8、10、12、16）+0.5m、（20、24、32、40）+0.6m、（48、56、64、80、96）+1.1m、（112、128、144、160m）+1.5m共20种。其中板梁桥计算跨度的标准值是20、24、32、40m等。尺寸选择5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点2.主梁高度h主梁高度根据下列条件来决定：①使用钢量最省；②主梁的竖向刚度(跨中挠度)应满足《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10002.2-2005)所提的要求；③在可能的条件下，应使腹板宽度等于最常轧制的钢板宽度，以避免不必要的拼接或裁切；④应使桥跨的建筑高度(从轨底至梁底的高度)尽可能的减小；⑤应使全梁的总尺寸在运输限界之内；⑥为便于工厂制造，跨度相近的板梁(例如20m和24m的板梁)，可以采用相同的腹板宽度。尺寸选择5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点3.主梁中心距我国铁路随着火车提速，为了保证上承式板梁桥横向刚度、倾覆稳定性；规范规定：标准设计两主梁中心距不小于计算跨度的1/15，且不小于2.2m；尺寸选择5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点主梁内力计算主梁的内力计算包括恒载和活载产生的内力（1）恒载强度①估计桥跨沿跨度每延米的重量P1；②根据规范查桥面每延米重P2；③计算每片主梁所受恒载每延米重(P1+P2)/25.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点主梁内力计算主梁的内力计算包括恒载和活载产生的内力（2）活载强度①确定k；沿梁选取若干截面，按各截面影响线顶点位置及加载长度，活载为铁路列火车荷载，计算时必须采用中华人民共和国铁路标准荷载，即“中-活载”；②动力系数、运营动力系数的确定；动力系数：112840运营动力系数：111840③计算每片主梁所受活载强度k(1),k(1)5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点(3)主梁内力计算主梁的内力计算，按影响线面积法分别求出各截面因恒载和活载产生的M和V的最大值，然后进行内力组合，即得梁的计算内力；5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点主梁尺寸选择梁高h：考虑强度、刚度，建筑高度腹板高度hw：h-上下翼缘厚度腹板厚度w：规范最小值（钢梁的主要构件所用钢板不宜小于10mm，以免锈蚀后对截面的削弱过大；对跨度大于16mm的焊接板梁，厚度不宜小于12mm，以免减小焊接引起的变形）翼缘板尺寸：一块翼缘板的面积：还应符合翼缘板厚度t≤32mm、翼缘板宽度b≮240mm、翼缘板伸出肢的宽度b1/t≯10的规定。=5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点主梁验算1、刚度规范规定简支钢板梁桥由静活载（不计冲击力）引起的竖向挠度不应超过其跨度的1/9002、弯曲正应力主梁截面上的最大弯曲应力应不大于容许弯曲应力式中:M—跨中最大弯矩；W—跨中截面的截面抵抗拒，验算受拉翼缘时，用净截面抵抗拒Wj，验算受压翼缘时，用毛截面抵抗拒Wm；[σw]—钢材的容许弯曲应力,其值较基本容许应力大5%。5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点式中V—梁端最大剪力；S—梁端截面中性轴以上的截面积对中性轴的面积矩；Im—梁端截面的毛截面惯性矩；δ—梁端处腹板厚度；[τ]—容许剪应力；Cτ—考虑截面上剪应力分布不均匀而引用的系数；Cτ的取值：3、剪应力主梁截面上的最大剪应力τmax应不大于容许剪应力[τ]近似计算法主梁验算5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点4、换算应力的验算腹板承受较大的法向应力与较大的剪应力的共同作用之处，应进行换算应力验算，其验算公式如下σ—截面检算处的法向应力(即弯曲应力)τ—截面检算处的剪应力主梁验算5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点5、疲劳强度的验算计算公式主梁验算②焊接板梁桥疲劳检算的部位1-1截面：下翼缘的底面，拉应力最大处当下翼缘与平纵联有连接有栓孔削弱，连接形式为4.1，疲劳容许应力幅为Ⅴ类，0=109.6MPa；当下翼缘与平纵联有连接无栓孔削弱，连接形式为6.2，疲劳容许应力幅为Ⅳ类，0=110.3MPa2-2截面，加劲肋与腹板焊缝的下端连接形式为9，疲劳容许应力幅为Ⅶ类,0=99.9MPa5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点5、疲劳强度的验算主梁验算②焊接板梁桥疲劳检算的部位3-3截面具有多层盖板，盖板终断点截面的疲劳强度连接形式10，疲劳容许应力幅为Ⅸ类，0=71.9MPa4-4截面，板梁横向对接焊缝等宽等厚钢板的对接，连接方式5.1，疲劳容许应力幅为Ⅱ类，0=121.7MPa；等宽不等厚钢板的对接，连接方式5.3，疲劳容许应力幅为Ⅱ类，0=121.7MPa；等厚不等宽钢板的对接，连接方式5.2，疲劳容许应力幅为Ⅱ类，0=121.7MPa；5.2钢板梁桥计算上承式钢板梁计算要点变截面设计板梁桥的主梁截面可随弯矩的变化而加以变更，借以节约钢材。但跨度不大的板梁，若采用变截面，所省的钢料有限，却增加制造工作量，故通常不改变主梁的截面。跨度较大的焊接梁，