钢桥的主要结构形式与受力特点解析

第二节钢桥的主要结构形式与受力特点钢桥的主要结构形式钢桥根据主要承重结构的受力体系可以分为：梁式桥(girderbridge)拱桥(archbridge)刚构桥（framebridge)斜拉桥(cable-stayedbridge)悬索桥(suspensionbridge)混合体系桥梁(hybridstructurebridge)一、梁式桥(GIRDERBRIDGE)梁式桥在竖直荷载作用下，主梁的截面只有弯矩和剪力，不产生轴力，支座只承受竖直方向的力，不承受水平力。多孔梁桥的梁在桥墩上不连续的称为简支梁桥(simplysupportedbridge)。在桥墩上连续的称为连续梁桥(continuousbridge)。在桥墩连续，在桥孔内中断，线路在桥孔内过渡到另一根梁上的称为悬臂梁桥(cantileverbridge)。支承在悬臂上的简支梁称为挂梁(hangerspan)；伸出有悬臂的梁称为锚梁(anchorspan)；梁式桥的梁身可以做成实腹的，也可以做成空腹的。钢梁式桥按主梁形式还可以分为：钢板梁桥(steelplategirderbridge)钢箱梁桥(steelboxgirderbridge)钢桁梁桥(steeltrussgirderbridge)目前梁式桥最大跨度的是1917年建成的加拿大魁北克公路铁路两用悬臂钢桁梁桥，跨度达到548.8m。钢板梁桥史密斯大道高桥（TheSmithAvenueHighBridge），是一座两车道的街道跨河钢板梁桥。原桥建于1895年，在1905年被一场风暴摧毁。最南端的五跨曾被重建。由于年久失修，旧桥在1985年被拆除。。一座新的大桥于1987年建成通车大桥全长844.2m，两个主拱跨度各为158.5m，桥梁宽度为16.5m。通航孔航道宽度为64m，从梁底到水面净空45.4m，桥面到水面高48.8m。钢箱梁桥钢箱梁崇启大桥全长52公里，其中上海段接线道路长28.52公里，长江大桥长2.48公里，江苏段长江大桥长4.67公里，接线道路长18.52公里。全线设计双向6车道，大桥于2008年8月1日奠基，12月26日上海段正式开工建设，2009年2月28日江苏段开工建设，于2011年12月24日建成通车。钢桁梁桥永宁黄河特大桥是新建铁路工程中跨越黄河的一座单线铁路钢桁梁桥，全长3942.08m，孔跨布置为2孔32m+4孔24m+38孔32m单线简支T梁、18孔48m单线简支箱梁、13孔96m简支钢桁结合梁、5孔48m单线简支箱梁、4孔32m单线简支T梁。二、拱桥拱桥是以曲线形拱作为主体结构的桥梁，具有外形美观、受力合理、跨越能力大、适用范围广等诸多优点，在钢桥、混凝土桥、污工桥梁以及钢与混凝土组合结构桥梁中都得到广泛应用。拱不仅外形与梁不同，受力与梁也有很大的区别。拱桥在受力上最大的区别是，在竖向荷载作用下，在拱的两端支承处除有竖向反力外，还有水平推力，使得拱内弯矩和剪力大大减小，主要以受压为主。如果拱桥不能充分承受两端支承处的水平力，拱脚不仅会产生很大的位移，而且拱内产生很大的弯矩，不能充分发挥拱的优势。拱桥可以采用两种方法来承受两端支承处的水平力：一种是设置坚固的基础，水平力由基础承受，拱为有推力拱，适用于地基良好的桥位;另一种是在拱的两端设置拉索或者梁(称为系杆或系梁)等，使得水平力互相平衡，拱为无推力拱，也称为系杆拱，适用于地基较差的桥位。推力拱系杆拱仅供人、畜行走的拱桥可以把桥面直接铺在拱肋上。而通行现代交通工具的拱桥，桥面必须保持一定的平直度，不能直接铺在曲线形的拱肋上。因此要通过立柱或吊杆将桥面间接支承在拱肋上。由此分为上承式拱桥(桥面在拱肋的上方)、中承式拱桥(桥面一部分在拱肋上方、一部分在拱肋下方)和下承式拱桥(桥面在拱肋下方)。朝天门长江大桥工程全长4.881公里，由主桥、东西引桥及黄桷湾、弹子石、对山、五里店等4座立交组成。其中，大桥主体工程全长1741米，主桥为932米，有两座主墩，主跨达552米。建成后的大桥，分为上下两层。上层为双向六车道，行人可经两侧人行道上桥；下层则是双向轻轨轨道，并在两侧预留了2个车行道，可保证今后大桥车流量增大时的需求。三、刚构桥梁体与桥墩或桥台连为一体者，称为刚构桥。刚构桥的受力兼有梁桥与拱桥的一些特点，主要承重结构为偏心受压和受弯。目前钢刚构桥的最大跨度是1972年建成的意大利斯法拉萨桥。跨度达到376m；我国1976年建成的陕西安康江汉大桥，跨径达到176m,为我国钢斜腿刚构桥之首。1972年意大利建成的斯法拉沙桥，跨径达376米，是目前世界上跨径最大的钢斜腿刚架桥。与门式刚架相比，斜腿刚架的腿是斜置的，两腿和梁中部的轴线大致呈拱形，这样，斜腿和梁所受的弯矩比同跨度的门式刚架显著减小，而轴向压力有所增加。同上承式魁桥相比，这种桥不需要拱上结构，构件数目较少;当桥面较窄(如单线铁路桥)而跨度较大时，可将其斜腿在桥的横向放坡，以保证桥的横向稳定。意大利的斯法拉沙桥虽己建成近40年，但其简洁明快的桥型，其梁的底缘线呈现的微弯曲线表现着刚里有柔，特别是至今仍保持的同桥型世界第一的跨径。安康汉江桥位于陕西省安康水电站的专用线上，主跨为176米斜腿刚构，在目前世界上同类型的铁路钢桥中，跨度领先。本桥附近河段顺直，平时河面宽约180米，水深13米左右，水流平稳。四、斜拉桥斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在索塔上的结构形式.斜拉索不仅为梁提供弹性支承，而目其水平分力对梁产生很大的轴力。汛期洪水来势汹涌，水位猛涨暴落，河床冲淤严重，覆盖层很不稳定。桥址位于汉江上游峡谷，两岸陡峻，河床断面呈梯形。初步设计提出三个桥式方案进行比选：第一方案主跨采用64＋192＋64米钢斜腿刚构，全长521.95米，桥墩均在岸上，明挖基础，墩身最高约60米；第二方案主跨为64＋112＋64米钢桥，中跨为112米柔性拱刚性桁梁组合体系，全长528.50米，有深水桥墩2个，墩身最高约7l米；第三方案主跨用64米＋3×80米三跨连续＋64米钢桁梁，全长532.08米，有深水桥墩3个，墩身最高约79米。三个方案相比，第一方案不仅用钢量省，造价较低，而且可避免修建深水基础及70米以上的高墩，因此作为推荐方案。斜拉桥可以通过调整斜拉索的初始索力达到调整主梁弯矩，桥面标高和提高索及桥梁整体刚度的目的.设计中可以根据受力需要计算确定斜拉索的初始索力，施工中通过施工控制调整索力，使之达到设计值。斜拉桥是一种高次超静定结构，索力控制较为困难，是设计和施工的一个关键问题。南京长江第二大桥位于南京长江大桥下游11公里处，于2001年3月建成通车。整个大桥由南汊桥、八封洲（长江中第三大岛）公路连接线、北汊桥组成，二桥一路，全长12.571公里。其中，南汊桥为钢箱梁斜拉桥，是大桥的关键性和标志性项目，桥长2938米，主跨径628米，在世界上排名第三。前两位为日本多多罗大桥（主跨890米）和法国诺曼蒂大桥（主跨856米）。北汊桥为预应力连续梁桥，桥长2212米，主跨径165米，居国内领先水平。南汊桥南岸建有二桥公园，设桥梁展示馆。公园还特设观光电梯，可达桥面观光步道，也可通过桥肚下全透明回廊横穿二桥。胜利黄河大桥是我国修建的第一座钢斜拉桥，位于垦利县城东北侧。大桥全长2817.46米，由主桥、南北引桥组成。主桥为5孔跨径，主桥长682米，为新型钢箱斜拉索桥结构，用57段钢箱梁连接而成，为连续双箱正交异性板钢斜拉桥，引桥为跨径30米预应力混凝土箱梁，桥面宽19.5米。桥两端为造型优雅的桥头堡和花园式绿化带。桥面支承于悬索或用吊索挂在悬索(通常称主缆)上的桥称为悬索桥。也被称为吊桥。和拱肋相反，悬索的截面只承受拉力。只供人、畜行走用的简陋悬索桥常把桥面直接铺在悬索上。通行现代交通工具的悬索桥，为了保持桥面具有一定的平直度，将桥面用吊索挂在悬索上。和拱桥不同的是:作为承重结构的拱肋是刚性的，而作为承重结构的悬索则是柔性的。五、悬索桥为了避免在车辆驶过时桥面随着悬索一起变形，现代悬索桥一般均设有刚性梁(又称加劲梁，stiffening)。桥面设在刚性梁上，刚性梁吊在悬索上。现代悬索桥的悬索一般均支承在两个索塔上。塔顶设有支承悬索的鞍形支座。承受很大拉力的悬索的端部通过锚旋固定在地基中，为地锚式悬索桥。也有将悬索固定在刚性梁端部的情况，称为自锚式悬索桥。桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，矮寨特大悬索桥全跨1073.65m，悬索桥的主跨为1176m。该桥跨越矮寨大峡谷，主跨居世界第3、亚洲第1。渝湘高速于2012年3月31日正式通车。矮寨特大悬索桥位于湖南湘西。矮寨悬索桥桥距吉首市区约20公里，跨越矮寨镇附近的山谷，德夯河流经谷底，桥面设计标高与地面高差达330米左右。四渡河特大桥位于湖北省恩施市巴东县野三关镇四渡河，大桥主跨900米，桥面与峡谷谷底高差达560米，相当于200层楼高，是目前国内在深山峡谷里修建的最大跨度悬索桥。大桥全长1365米，由长1105米的大桥和长228.9米的路基组成。其中大桥为四渡河特大桥，跨径布置为900+5×40米，主跨为900米单跨双铰钢桁架加劲梁悬索桥。享有“世界第一高桥”美誉！六、组合体系桥梁承重结构系由两种或多种结构形式组合而成的桥梁称为混合体系桥梁。实腹梁与桁架的组合梁与拱的组合梁与悬吊系统的组合梁与拱的组合梁与斜拉索的组合悬索与斜拉索的组合钢桥的主要优点(1)高强匀质材料:钢材是一种抗拉、抗压、抗剪强度高的匀质材料，承受拉、压、弯、剪均可。并且与混凝土等材料相比自重小(通常用重量强度比来一表示两种材料在结构意义上的相对轻重)，所以钢桥具有很大的跨越能力。桥梁跨度非常大、荷载非常重，采用别的材料来造桥将遇到困难时，一般采用钢桥。钢材可加工性能好，可用于复杂桥型和景观桥。(2)钢桥的构件最适合用工业化方法来制造，便于运输，便于无支架施工，工地的安装速度也快。因此，钢桥的施工期限较短。(3)韧性、延性好，可提高抗震性能。(4)钢桥在受到破坏后，易于修复和更换。(5)旧桥可回收，资源可再利用，有利于环保。钢材的主要缺点是易于腐蚀，需要经常检查和按期油漆。钢桥对温度以及动载效应都较为敏感。解决方法：钢桥的主要缺点优质油漆和耐候钢钢桥的技术问题1)薄壁结构为了提高截面效率，钢桥一般做成薄壁结构，应力计算应该考虑剪力滞、扭转(自由扭转、约束扭转)、翘曲等影响。2)稳定(stability)钢桥结构刚度小，稳定问题突出。作为薄壁结构，为了防止板件的局部失稳需要设置加劲肋和限制板件的宽厚比。3)刚度(stiffness)刚度小，设计中通过限制杆件的长细比(slendernessratio)、挠度(deflection)和钢桥的宽跨比保证桥梁的刚度。4)疲劳(fatigue)构件和连接的疲劳强度受材质、连接方法与方式、荷载性质、应力状态、应力幅和应力比的影响。(5)连接(connection)钢桥构件一般由钢板和型钢等焊接而成，用高强螺栓(high-strengthbolt)或工地焊接拼装。THANKYOU！