鋼橋結構形式、受力特點及設計原則概論

1、鋼橋結構形式、受力特點及設計原則概論授課老師：張大英Company Logo概論內容鋼橋的主要結構形式與受力特點鋼橋設計的一般原則與計算要求212Company Logo鋼橋的主要結構形式與受力特點1國內外鋼橋的發(fā)展狀況鋼橋的主要特點(1)優(yōu)點抗拉、抗壓、抗剪強度高，可承受拉、壓、彎、剪，相對自重輕，跨越能力大制造、安裝方便，施工快韌性、延性好，易于修復和更換材料的可回收、利用1234鋼橋的主要結構形式與受力特點1Company Logo缺點行車時，噪聲、振動大易腐蝕12疲勞3影響鋼材疲勞的主要因素： (1)鋼材品質(2)荷載性質(3)應力狀態(tài)(4)連接的構造與方法(5)構造細節(jié)(1)選用足夠

2、韌性的鋼材(2)避免應力集中(3)避免截面的急劇變化(4)避免隅角如：箱型結構橫隔板需要開孔，并要滿足人員通過的最小尺寸要求保證結構的可維護性 (3)避免存在未栓和或未焊合的接觸部分，防止形成細縫吸水； (4)避免小坑和凹槽的存在，形成積水，可能積水的部位，要開泄水孔。措施： (1)設計使用期內需多次除銹、除舊漆、重新涂裝； (2)所有可能腐蝕的部位都必須有足夠的空間和人行通道；Company Logo結構與受力一般做成薄壁結構穩(wěn)定問題局部失穩(wěn)結構剛度小限制桿件長細比限制撓度限制鋼橋寬跨比疲勞因素構件和連接拉應力大小發(fā)生變化時，考慮疲勞的影響；出現(xiàn)拉應力交替變化時，要考慮疲勞的影響。連接用高強

3、螺栓或工地焊接拼裝12345國內外鋼橋的發(fā)展狀況鋼橋結構與受力(2)Company Logo返回Company Logo鋼橋設計的一般原則與計算要求2一般要求和原則(1)鋼橋是高強、輕型薄壁結構，剛度相對較小，變形和振動比混凝土橋大，因此，需要保證足夠的整體剛度。規(guī)范對由汽車荷載引起的豎向撓度容許值作了規(guī)定。1結構形式中國公路橋規(guī)中國鐵路橋規(guī)日本 公路 美國 公路簡支桁梁L/800L/900L/600連續(xù)桁梁 邊跨連續(xù)桁梁 中跨L/800L/900L/600L/800L/750L/600簡支或連續(xù)板梁L/600L/800L/500L/800梁的懸臂端部L/300L/300L/300斜拉橋L/4

4、00L/350懸索橋L/400L/400L：計算跨徑或懸臂長度Company Logo恒載撓度較大時，橋跨結構應設預拱度。234鋼橋成型后，橋面線性盡可能與線路設計線性一致公路鋼橋規(guī)范:結構重力產(chǎn)生的豎向撓度：靜活載產(chǎn)生的豎向撓度：,應設預拱度s，考慮焊接產(chǎn)生的結構變形保證必要的橫向剛度防止鋼橋的橫向失穩(wěn)和過大的橫向振動一般從構造和結構尺寸兩方面保證結構的橫向穩(wěn)定鋼橋跨長：橋寬：要驗算橫向穩(wěn)定一般穩(wěn)定系數(shù)不小于1.34保證必要的橫向剛度防止鋼橋的橫向失穩(wěn)和過大的橫向振動一般從構造和結構尺寸兩方面保證結構的橫向穩(wěn)定5施工過程中，滿足應力和變形的要求公路鋼橋規(guī)范：施工驗算，起頂設施及結構本身都應按

5、起頂重力增加30%3考慮焊接產(chǎn)生的結構變形公路鋼橋規(guī)范:公路鋼橋規(guī)范:Company Logo6對構件應規(guī)定鋼板和型鋼的最小厚度將軋制負公差、運營過程中的銹蝕影響考慮在內除臨時結構和鋼橋面板的閉口加勁肋結構各部分截面最小尺寸為：主梁、行車系、聯(lián)結系用鋼板或型鋼肢厚度8mm節(jié)點板、焊接梁腹板用鋼板或縱梁與橫梁及橫梁與主梁連接用角鋼肢厚度10mm填板厚度4mm不考慮受剪部位，軋制型鋼的肢厚或腹板厚可小于8mm公路鋼橋規(guī)范:7焊接板梁板厚不小于10mm保證腹板穩(wěn)定、減小殘余應力8主梁、行車系或聯(lián)結系板厚不小于8mm保證最小寬厚比9非受力構件填板板厚不小于4mmCompany Logo鋼橋的設計計算方

6、法(2)設計方法1容許應力設計法半概率極限狀態(tài)設計法以彈性理論為基礎，設計準則：容許應力設計法:結構標準荷載的計算應力，不考慮荷載組合系數(shù)設計規(guī)范規(guī)定的容許應力，鋼橋結構：鋼材屈服強度1.7 綜合安全系數(shù)不同荷載組合的容許應力提高系數(shù)缺點：主要依賴經(jīng)驗，不能反映不同荷載的統(tǒng)計特性設計方法1Company Logo根據(jù)不同荷載、材料與構件的統(tǒng)計特性，采用分項安全系數(shù)表示，故又稱為荷載抗力分項系數(shù)設計法：承載能力極限狀態(tài)概括地表達為：半概率極限狀態(tài)設計法:分別為恒載、主要可變荷載、其他可變荷載的標準荷載產(chǎn)生的荷載效應材料強度標準值其他可變荷載的荷載組合折減系數(shù)a 構件截面幾何修正系數(shù)結構重要性系數(shù)

7、分別為恒載、主要可變荷載、其他可變荷載的分項系數(shù)材料強度分項系數(shù)Company Logo結構內力計算原則2內力計算1變形計算2橋跨結構計算3橋梁結構的空間作用4按彈性受力分析按構件毛截面計算（忽略孔）分為若干個平面系統(tǒng)（考慮各個平面系統(tǒng)的共同作用和相互影響）采用荷載橫向分布系數(shù)Company Logo結構構件的強度計算3公路鋼橋規(guī)范一些主要公式計算應力的種類構件受力計算公式公式編號 法向應力軸心受拉（1-3-3）在一個主平面內受彎曲（1-3-4）受壓（或受拉）并在一個主平面內受彎曲或與此相當?shù)钠氖軌杭捌氖芾?-3-5）受斜彎曲（1-3-6）受壓（或受拉）并受斜彎曲或與此相當?shù)钠氖軌杭捌?/p>

8、心受拉（1-3-7）剪應力受彎曲（1-3-8）換算應力受彎曲，受壓（或受拉）并受彎曲（1-3-9）結構構件的強度計算Company Logo注：上表中，兼受軸向力和彎曲作用時的容許法向應力，當采用采用容許彎曲拉壓應力軸心拉壓容許應力驗算截面的計算軸向力、彎矩和剪力驗算截面處對主軸的計算截面抵抗矩，驗算受拉翼緣為凈截面抵抗矩，驗算受壓翼緣為毛截面抵抗矩，為簡化計算均可按毛截面的重心軸計算驗算截面的計算面積，受拉構件為凈截面面積，受壓構件為毛截面面積中性軸以上的毛截面對中性軸的面積矩驗算截面處腹板厚度毛截面慣性矩驗算截面的最大剪應力和實際剪應力斜彎曲作用下容許應力增大系數(shù)驗算截面上由于作用在兩相互

9、垂直平面的彎矩所產(chǎn)生的較小和較大的應力Company Logo剪應力分布不均勻時容許應力增大系數(shù)的取值如下：Company Logo整體穩(wěn)定性計算公式結構構件的整體穩(wěn)定性計算4整體穩(wěn)定性計算公式1計算應力的種類構件受力情況計算公式公式編號 法向應力軸心受壓（1-3-10）在一個主平面內受彎曲（1-3-11）受壓并在一個主平面內受彎曲或與此相當?shù)钠氖軌海?-3-12）構件中部1/3長度范圍內最大計算彎矩計算軸向力毛截面面積毛截面抵抗矩軸心受壓構件的縱向彎曲系數(shù)構件只在一個主平面受彎時的 縱向彎曲系數(shù)彈性模量構件在彎矩作用平面內的長細比受壓桿容許應力安全系數(shù)，荷載組合 時取1.7，荷載組合時取1

10、.4當彎矩由荷載組合 產(chǎn)生時取1.0， 由荷載組合產(chǎn)生時取1.4考慮彎矩因構件受壓而增大所引用的值的取值如下：1整體穩(wěn)定性計算公式1Company Logo軸心受壓構件的縱向彎曲系數(shù)2 根據(jù)鋼材種類、截面形狀、彎曲方向等，按公路/鐵路鋼橋規(guī)范取值，在查表時用到長細比單向受彎縱向彎曲系數(shù)31對于箱型截面構件，或當驗算的失穩(wěn)平面和彎矩作用平面一致時的任何截面構件2按下式計算構件的換算長細比后，用換算長細比代替原長細比，按公路/鐵路鋼橋規(guī)范取值構件對y-y軸的計算長度構件截面對x-x軸和y-y軸的回轉半徑強弱Company Logo疲勞強度計算5結構構件或連接件 承受 動應力疲勞驗算疲勞容許應力疲勞

11、容許應力幅方法現(xiàn)行公路鋼橋規(guī)范中采用 栓焊鋼橋結構中 國內外許多鋼結構設計規(guī)范中現(xiàn)行鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范中疲勞容許應力幅法1鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范：焊接及非焊接（栓接）構件及連接均需進行疲勞強度驗算，當疲勞應力（最大、最小應力）均為壓應力時，可不驗算疲勞。Company Logo焊接構件及其連接疲勞強度驗算公式：1疲勞應力為拉拉應力或以受拉為主的拉壓構件2疲勞應力以受壓為主的拉壓構件最大、最小應力，拉為正、壓為負疲勞容許應力幅，參照鐵路鋼橋規(guī)范雙線鐵路的雙線修正系數(shù)損傷修正系數(shù)板厚修正系數(shù)焊接構件應力比修正系數(shù)Company LogoCompany LogoCompany LogoCompany Logo非焊接構件及其連接疲勞強度驗算公式：1疲勞應力為拉拉應力構件2疲勞應力以受拉為主的拉壓構件非焊接構件應力比修正系數(shù)Company Logo疲勞容許應力法2公路橋梁鋼結構設計規(guī)范：構件承受軸向力并在同一主平面受彎曲或受與此相當?shù)钠氖芾蚴軌簳r，疲勞強度計算公式：最大應力（絕對值）為拉應力時計算軸向力、彎矩驗算截面處的凈面積驗算截面對主軸的凈截面抵抗矩最大應力（絕對值）為壓應力時（同號應力為正，反號應力為負）不同連接類別的基本疲勞容許應力，按表1-3-6采用鋼材的基本容許應力，按公路橋梁鋼結構設計規(guī)范采用Company Log