第六章簡支鋼板梁和鋼桁梁橋,內(nèi)容：第一節(jié)鋼橋概述第二節(jié)鋼板梁橋第三節(jié)簡支鋼桁梁橋第四節(jié)鋼橋制造及架設(shè),第一節(jié)鋼橋概述鐵：工業(yè)純鐵：含碳量通常在0.008%以下生鐵(或鑄鐵)：含碳量通常在2.11%5%，根據(jù)碳的存在形式，生鐵分為白口鐵（碳化物）和灰口鐵（石墨）鋼：含碳量通常在2.11%以下的合金。以上各類鐵金屬材料的分類標(biāo)準(zhǔn)各國并不一致,鋼材的優(yōu)點:1抗拉、抗壓和抗剪強度均較高:減小截面尺寸，重量較輕，建筑高度較小2材質(zhì)較為均勻:強度變異性不大，容許應(yīng)力較高3明顯的屈服臺階:結(jié)構(gòu)在破壞前發(fā)生顯著變形，發(fā)出預(yù)警因此，鋼橋具有很大的跨越能力和良好的使用功能,鋼橋的基本特點是：橋梁構(gòu)件特別適合用工業(yè)化方法來制造，便于運輸，工地架設(shè)或安裝(erection)速度快，施工工期較短；在受到損傷后，易于修復(fù)和更換；普通鋼材的耐候性差、易銹蝕，鐵路鋼橋采用明橋面時噪聲大，維護費用較高，材料價格較高。,1上承或下承式簡支鋼板梁多用于中小跨度的鐵路橋2上承或下承式簡支(或連續(xù))鋼桁架梁常用于較大跨度鐵路橋(通常在60-200m跨度以內(nèi))3鋼斜拉橋常用于大跨度在公路橋4鋼懸索橋常用于大跨度在公路橋5鋼-混凝土結(jié)合梁橋多用于城市橋梁本章主要介紹鐵路橋,一鋼橋所用的材料鋼橋所用的鋼種主要是低碳鋼和低合金鋼兩類。低碳鋼是指含碳量為003一025的鋼；低合金鋼是指各種合金元素總含量不超過3的鋼。用來制造鋼橋的鋼又稱橋梁鋼，可視其為結(jié)構(gòu)鋼的一種。所選用的鋼材，既要能適應(yīng)制造工藝要求，又要能滿足使用要求。,鋼的化學(xué)成分：指鋼中的各種合金元素的多少。合金元素有碳、錳、硅等，強度較高的鋼還包含微量元素鉻、鎳、釩、鈮、氮等。有害雜質(zhì)為硫、磷，其含量需加以限制。,鋼的主要力學(xué)性能指標(biāo)有強度、延伸率、斷面收縮率、冷彎和沖擊韌性。,(1)強度強度指標(biāo)是彈性極限、屈服強度(或屈服點)極限強度。(2)變形包括延伸率、斷面收縮率、冷彎。(3)韌性鋼材的韌性包括沖擊韌性和斷裂韌性，指鋼材在塑性變形和斷裂全過程中吸收能量的能力，是鋼材強度和塑性指標(biāo)的綜合表現(xiàn)。脆性轉(zhuǎn)變溫度時的沖擊值是橋梁用鋼的低溫沖擊要求標(biāo)準(zhǔn)值。,(4)疲勞動荷載作用下，結(jié)構(gòu)存在微小的缺陷而導(dǎo)致應(yīng)力集中，這些潛在裂源點容易產(chǎn)生裂紋。循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋會逐漸擴展，最后導(dǎo)致鋼橋斷裂。這種現(xiàn)象稱為疲勞。結(jié)構(gòu)出現(xiàn)肉眼可見裂紋前能承受荷載循環(huán)作用的次數(shù)(通長為200萬次)，工程上稱為結(jié)構(gòu)或材料的疲勞壽命。影響鋼橋疲勞壽命的因素很多，材質(zhì)是重要的因素之一。,按以前的習(xí)慣叫法：我國橋梁用鋼系列按屈服點大致分成三級。240MPa級的有3號鋼(A3q)、16橋(16q)；340MPa級的有16錳橋(16Mnq)、14錳鈮橋(14MnNbq)；420MPa級的有15錳釩氮橋(15MnVNq-A，-B，-C)碳素鋼，按其質(zhì)地軟硬程度，從17，分為7個號，號碼越大者越硬。還按供貨條件，只保證機械性能者用A(或甲)表示，只保證化學(xué)成分者用B(或乙)表示，對機械性能和化學(xué)成分均需保證者用C(或特)表示。橋梁鋼，還在鋼號后加一個q(或橋)字。對于低合金鋼，是先列平均含碳量(以001為單位)，然后依次列出其主要合金元素。若某合金元素平均含量不大于15，在該元素之后就不加數(shù)字，若某合金元素平均含量是15一25，就在該元素之后加注2字。,按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，牌號表達方式為：以代表屈服強度的拼音字母“Q”開頭，后接屈服強度(以MPa為單位)，再接表示質(zhì)量等級、脫氧方法等的符號。低碳鋼有Q195、Q215、Q235、Q255及Q275共5種，常用者是Q235(即A3鋼)。質(zhì)量等級分為A、B、C、D，共4級。對于A級，無韌性要求；對于B、C、D，均需用夏比V形缺口(CharpyV-notch)試件做沖擊試驗。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，計有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460；常用者是Q345(即16Mn鋼)。質(zhì)量分為A、B、C、D、E共5級。對于A級，無韌性要求；對于B、C、D、E，均需用夏比(V形缺口)試件做試驗。對橋梁鋼，另行制訂了國標(biāo)橋梁用結(jié)構(gòu)鋼，常用者為Q345q系列鋼(C、D、E三個等級)。,除碳素鋼和低合金鋼外，低合金超高強度鋼(HighStrengthSteel,簡稱HSS)，其屈服強度大于700MPa。耐候鋼(weatheringsteel)高性能鋼(HighPerformanceSteel，簡稱HPS)它不僅保持了較高的強度，而且在材料的抗腐蝕和耐候性能、可焊性、抗斷裂和疲勞性能等方面都比傳統(tǒng)鋼材有明顯的提高和改善。有些國家(包括我國)也曾試用鋁合金和玻璃鋼作建橋材料，特點是重量輕，耐腐蝕性好，但彈性模量和強度低，造價高。,二、鋼橋的連接鋼橋連接有鉚接、焊接和高強度螺栓連接(栓接)三種,1鉚接(rivetconnection)鉚接是鋼橋連接的傳統(tǒng)方式，使用歷史很長。第二次世界大戰(zhàn)后，鋼梁制造引進了焊接技術(shù)。焊接結(jié)構(gòu)的截面無孔削弱，比鉚接結(jié)構(gòu)省料，加工快，且可改善工作環(huán)境(但在野外惡劣天氣下作業(yè)時受到一定的限制)。鉚接逐步被取代。,2焊接焊接材料有焊絲、焊條、熔劑。焊縫的力學(xué)性能均要求不低于母材。鋼橋上主要應(yīng)用電弧焊(埋弧自動焊，氣體保護焊)，采用的焊縫型式主要有兩種，即熔透的對接焊縫和不熔透的貼角焊縫，見圖63。焊接方法有自動焊、半自動焊和手工焊。在鋼橋的工廠焊接工作中，大量采用自動焊和半自動焊。,3栓接高強度螺栓、螺母、墊圈-合稱為連接副。直徑：M12-M36，長度35-300mm；鋼橋中常用M22M24M27M30高強度螺栓主要有12.9級、10.9級、8.8級。10.9級在橋梁中最常用。高強度螺栓施擰工藝很重要。常用扭矩法。,鐵路橋梁：目前基本上在跨度96m以下很少新建鋼梁橋，以前大致在20-40m跨度采用鋼板梁，4896m多用鋼桁梁。目前跨度大于96m的鐵路橋或公鐵兩用橋，以連續(xù)鋼桁梁為主，例如，跨越長江的武漢長江大橋、南京長江大橋、九江長江大橋、蕪湖長江大橋等。其他型式的鐵路鋼橋，如鋼桁拱、鋼管混凝土拱和斜拉橋等，應(yīng)用有限。在鐵路鋼橋發(fā)展過程中，也曾采用過箱形簡支梁、剛性梁柔性拱、斜腿剛構(gòu)(等結(jié)構(gòu)型式。公路鋼橋：在80年代及以前數(shù)量十分有限。近20余年來，鋼橋得到迅猛發(fā)展，主要結(jié)構(gòu)型式是拱橋、懸索橋和斜拉橋。,第二節(jié)鋼板梁橋,第三節(jié)鋼板梁橋,“明橋面”橋面主要由橋枕、護木、正軌等組成。橋枕下刻槽，擱置于主梁上，用鉤螺栓與主梁上翼緣扣緊，以免行車時橋枕跳動。橋枕間的凈距，不宜超過21cm，這是為了當(dāng)列車在橋上掉道時，車輪不致卡于兩橋枕之間，列車還能在橋枕上繼續(xù)滾動前進.橋面上除正軌外，還設(shè)有護軌。護軌兩端應(yīng)延伸到橋臺以外一段距離，并彎向軌道中心。護軌的作用就是當(dāng)列車掉道后，用以控制車輪前進的方向，避免發(fā)生翻車事故。在橋枕兩端設(shè)有護木，用螺栓與橋枕連牢，護木的作用是固定橋枕之間的相對位置。上,第二節(jié)鋼板梁橋,由于要滿足建筑限界的要求，無法設(shè)置上平縱聯(lián)，故在橫梁與主梁之間，加設(shè)肱板：1肱板對主梁上翼緣起支撐作用，保證上翼緣及腹板的穩(wěn)定；2肱板與橫梁連成一片，可起橫聯(lián)的作用。下承式板梁橋與上承式板梁橋相比，在結(jié)構(gòu)方面增加了橋面系，因此用料較多，制造也費工；由于它的寬大，無法整孔運送，因此，增添了運輸與架梁的工作量。所以，當(dāng)鐵路橋梁采用板梁橋時，應(yīng)盡可能不采用下承式而采用上承式。,3結(jié)合梁用剪力鍵或抗剪結(jié)合器(shearconnector)或其他方法將混凝土橋面板與其下的鋼板梁結(jié)與成整體的梁式結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)合梁橋。在結(jié)合梁橋中，混凝土橋面板參與鋼板梁上翼緣受匝，更高了橋梁的抗彎能力，從而可以節(jié)省用鋼量或降低建筑高度。試驗證明，結(jié)合梁承受超載的潛力比鋼梁要大。城市立交橋中經(jīng)常采用結(jié)合梁，可以加快施工進度，減少對所跨越道路的干擾。,使混凝土板與鋼板梁結(jié)合牢固的措施是：在鋼板梁上翼緣板面上設(shè)置剪力鍵(抗剪結(jié)合器）剪力鍵的型式多樣：1可采用一小段型鋼；2可采用特制的抗剪聯(lián)結(jié)銷，俗稱大頭栓，形如螺栓，但無螺紋，一端有一圓頭，用以阻止混凝土板豎向脫離鋼板翼緣。,作用在上平縱聯(lián)的橫向水平力：列車、橋面、主梁上半部所受的風(fēng)力和列車搖擺力(列車搖擺力不與風(fēng)力同時計算)。作用在下平縱聯(lián)的橫向水平力：只有主梁下半部所承受的風(fēng)力。由下平縱聯(lián)傳至主梁兩端的橫向反力將直接傳給支座。由上平縱聯(lián)傳到梁兩端的橫向反力將通過端橫聯(lián)再傳給支座。,按上述步驟所選定的主梁截面尺寸只是初步的，尚需進行較精細(xì)的應(yīng)力驗算。內(nèi)容包括主梁彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力、換算應(yīng)力的驗算和疲勞強度的驗算。,主梁的翼緣和腹板都是薄板，在外力作用下，如果設(shè)計不當(dāng)，則在梁中最大應(yīng)力尚未達到屈服強度、結(jié)構(gòu)尚未喪失總體穩(wěn)定之前，其翼緣或腹板可能局部出現(xiàn)翹曲(warp)而過早喪失穩(wěn)定。對于受壓翼緣板，其局部穩(wěn)定性取決于翼緣伸出肢的寬度(自腹板中心算起)對厚度的比值。對于腹板，為防止其在外力作用下喪失局部穩(wěn)定，通常用加勁肋來增強其剛度。加勁肋本身應(yīng)具有足夠的剛度來支持腹板，使其在加勁肋處不發(fā)生翹曲。,第三節(jié)簡支鋼桁梁橋一、各組成部分及其作用鋼桁梁的組成：1橋面2橋面系3主桁架4聯(lián)結(jié)系5制動撐架6支座。,豎向荷載的傳力途徑是：荷載通過橋面?zhèn)鹘o縱梁，由縱梁傳給橫梁，再由橫梁傳給主桁節(jié)點，然后通過主桁的受力傳給支座，最后由支座傳給墩臺及基礎(chǔ)。,圖(c)一圖(e)為幾種上承式桁梁的幾何圖式。對于中等跨度的上承式桁梁橋，其主桁圖式常用圖(c)，較少采用圖(d)，這是因為圖(d)的端豎桿要傳遞較大的支承反力，且用料較多。對于小跨度的桁梁橋，也可做成圖(e)所示的結(jié)構(gòu)型式。,四桁梁內(nèi)力分析的基本原理鋼桁梁的實際工作狀況：剛性節(jié)點的空間結(jié)構(gòu)是高次靜不定靜結(jié)構(gòu)?？刹捎每臻g整體分析方法。常用計算圖式的假定-鉸接平面結(jié)構(gòu)：將鋼桁梁劃分為若干個平面結(jié)構(gòu)，鉸接節(jié)點，每個平面只承受作用于該平面內(nèi)荷載的影響。主應(yīng)力與次應(yīng)力,次應(yīng)力。主桁各桿件是用高強度螺栓緊固在節(jié)點板上，相當(dāng)于剛性連接，桿端難以自由轉(zhuǎn)動。當(dāng)主桁在荷載作用下發(fā)生變形而節(jié)點轉(zhuǎn)動時，連接在同一節(jié)點的各桿件之間的夾角不能變化，迫使桿件發(fā)生彎曲，由此在主桁桿件內(nèi)產(chǎn)生附加的應(yīng)力，這就是次應(yīng)力(secondarystress)。,武漢長江大橋，即武漢長江一橋（以下為其一組局部照片）,五、主桁桿件內(nèi)力計算要點按照鉸接桁架計算各類作用下各桿件的內(nèi)力。桿件恒載內(nèi)力(軸向力)的計算，可參照現(xiàn)有設(shè)計資料，先估算作用在橋跨結(jié)構(gòu)上的恒載(