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1、现代钢桥概论第1页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo概论内容概论内容钢桥的主要结构形式与受力特点钢桥的主要结构形式与受力特点钢桥设计的一般原则与计算要求钢桥设计的一般原则与计算要求2 21 1 1 12 2 2 2第2页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo钢桥的主要结构形式与受力特点钢桥的主要结构形式与受力特点1 1 1 1国内外钢桥的发展状况国内外钢桥的发展状况国内外钢桥的发展状况国内外钢桥的发展状况钢桥的主要特点钢桥的主要特点(1)优点优点优点优点抗拉、抗压、抗剪强度高，抗拉、抗压、抗剪强度高，可承受拉、压、弯、剪，可承受拉、压、弯、剪，相
2、对自重相对自重轻，跨越能力大轻，跨越能力大制造、安装方便，施工快制造、安装方便，施工快韧性韧性、延性延性好，易于修复和更换好，易于修复和更换材料的可回收、利用材料的可回收、利用1 12 23 34 4钢桥的主要结构形式与受力特点钢桥的主要结构形式与受力特点1 1 1 1第3页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo缺点缺点缺点缺点行车时，噪声、振动大行车时，噪声、振动大易易腐蚀腐蚀1 12 2疲劳疲劳3 3影响钢材疲劳的影响钢材疲劳的主要因素主要因素：(1)(1)钢材品质钢材品质(2)(2)荷载性质荷载性质(3)(3)应力状态应力状态(4)(4)连接的构造与方法连接的构造与
3、方法(5)(5)构造细节构造细节(1)(1)选用足够韧性的钢材选用足够韧性的钢材(2)(2)避免应力集中避免应力集中(3)(3)避免截面的急剧变化避免截面的急剧变化(4)(4)避免隅角避免隅角如：箱型结构横隔板需要开孔，并要满足人如：箱型结构横隔板需要开孔，并要满足人员通过的最小尺寸要求员通过的最小尺寸要求保证结保证结构的构的可可维护性维护性 (3)(3)避免存在未栓和或未焊合的接触部分，避免存在未栓和或未焊合的接触部分，防止防止形成形成细缝吸水细缝吸水；(4)(4)避免小坑避免小坑和和凹槽凹槽的存在，形成积水，的存在，形成积水，可能积水的部位，要开泄水孔。可能积水的部位，要开泄水孔。措施：措
4、施：(1)(1)设计使用期内需多次设计使用期内需多次除锈除锈、除、除旧漆、重新涂装；旧漆、重新涂装；(2)(2)所有可能腐蚀的部位都必须有所有可能腐蚀的部位都必须有足够的足够的空间空间和和人行通道人行通道；第4页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo结构与受力结构与受力一般做成薄壁结构一般做成薄壁结构稳定问题稳定问题局部失稳局部失稳结构刚度小结构刚度小限制杆件长细比限制杆件长细比限制挠度限制挠度限制钢桥宽跨比限制钢桥宽跨比疲劳因素疲劳因素构件和连接拉应力大小发生变化时，构件和连接拉应力大小发生变化时，考虑考虑疲劳的影响；疲劳的影响；出现拉应力交替变化时，要出现拉应力交替变
5、化时，要考虑考虑疲劳的影响。疲劳的影响。连接连接用高强螺栓或工地焊接拼装用高强螺栓或工地焊接拼装1 12 23 34 45 5国内外钢桥的发展状况国内外钢桥的发展状况国内外钢桥的发展状况国内外钢桥的发展状况钢桥结构与受力钢桥结构与受力(2)第5页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo返回返回返回返回第6页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo钢桥设计的一般原则与计算要求钢桥设计的一般原则与计算要求2 2 2 2一般要求和原则一般要求和原则(1)钢桥是高强、轻型薄壁结构，刚度相对较小，变形和振动比混凝土桥大，因此，需要保证钢桥是高强、轻型薄壁结构，刚度
6、相对较小，变形和振动比混凝土桥大，因此，需要保证足够的足够的整体刚度整体刚度。规范对由汽车荷载引起的。规范对由汽车荷载引起的竖向挠度竖向挠度容许值作了规定。容许值作了规定。1 1结构形式中国公路桥规中国铁路桥规日本 公路 美国 公路简支桁梁L/800L/900L/600连续桁梁 边跨连续桁梁 中跨L/800L/900L/600L/800L/750L/600简支或连续板梁L/600L/800L/500L/800梁的悬臂端部L/300L/300L/300斜拉桥L/400L/350悬索桥L/400L/400L L：计算跨径或悬臂长度：计算跨径或悬臂长度第7页，共25页，编辑于2022年，星期日Com
7、pany Logo恒载挠度较大时，桥跨结构应设恒载挠度较大时，桥跨结构应设预拱度预拱度。234钢桥成型后，桥面线性尽可钢桥成型后，桥面线性尽可能与线路设计线性一致能与线路设计线性一致公路钢桥规范公路钢桥规范:结构重力结构重力产生的竖向挠度：产生的竖向挠度：静活载静活载产生的竖向挠度：产生的竖向挠度：,应设预拱度应设预拱度s，考虑焊接产生的结构变形考虑焊接产生的结构变形保证必要的横向刚度保证必要的横向刚度防止钢桥的横向失稳和过大的横向振动防止钢桥的横向失稳和过大的横向振动一般从一般从构造构造和和结构尺寸结构尺寸两方面保证结构的横向稳定两方面保证结构的横向稳定钢桥跨长：钢桥跨长：桥宽：桥宽：要验算
8、横向稳定要验算横向稳定一般稳定系数不小于一般稳定系数不小于1.34保证必要的保证必要的横向刚度横向刚度防止钢桥的横向失稳和过大的横向振动防止钢桥的横向失稳和过大的横向振动一般从一般从构造构造和和结构尺寸结构尺寸两方面保证结构的横向稳定两方面保证结构的横向稳定5施工过程中，满足施工过程中，满足应力和变形应力和变形的要求的要求公路钢桥规范：公路钢桥规范：施工验算，起顶设施及结构本身都应按起顶重力增加施工验算，起顶设施及结构本身都应按起顶重力增加30%3考虑焊接产生的考虑焊接产生的结构变形结构变形公路钢桥规范公路钢桥规范:公路钢桥规范公路钢桥规范:第8页，共25页，编辑于2022年，星期日Compa
9、ny Logo6对构件应规定钢板和型钢的对构件应规定钢板和型钢的最小厚度最小厚度将轧制负公差、运营过程中的锈蚀影响考虑在内将轧制负公差、运营过程中的锈蚀影响考虑在内除除临时结构和钢桥面板的闭口加劲肋临时结构和钢桥面板的闭口加劲肋结构各部分截面最小尺寸为：结构各部分截面最小尺寸为：主梁、行车系、联结系用钢板或型钢肢厚度主梁、行车系、联结系用钢板或型钢肢厚度8mm节点板、焊接梁腹板用钢板或纵梁与横梁及横梁与主梁连接用角钢肢厚度节点板、焊接梁腹板用钢板或纵梁与横梁及横梁与主梁连接用角钢肢厚度10mm填板厚度填板厚度4mm不考虑受剪部位，轧制型钢的肢厚或腹板厚可小于不考虑受剪部位，轧制型钢的肢厚或腹板
10、厚可小于8mm公路钢桥规范公路钢桥规范:7焊接板梁板厚焊接板梁板厚不小于不小于10mm保证腹板稳定、减小残余应力保证腹板稳定、减小残余应力8主梁、行车系或联结系板厚主梁、行车系或联结系板厚不小于不小于8mm保证最小宽厚比保证最小宽厚比9非受力构件非受力构件填板板厚填板板厚不小于不小于4mm第9页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo钢桥的设计计算方法钢桥的设计计算方法(2)设计方法设计方法1容许应力设计法容许应力设计法半概率极限状态设计法半概率极限状态设计法以弹性理论为基础，设计准则：以弹性理论为基础，设计准则：容许应力设计法容许应力设计法:结构标准荷载的计算应力，不考虑
11、荷载组合系数结构标准荷载的计算应力，不考虑荷载组合系数设计规范规定的容许应力，钢桥结构：设计规范规定的容许应力，钢桥结构：钢材屈服强度钢材屈服强度1.7 综合安全系数综合安全系数不同荷载组合的容许应力提高系数不同荷载组合的容许应力提高系数缺点：缺点：主要依赖经验，不能反映不同荷载的主要依赖经验，不能反映不同荷载的统计统计特性特性设计方法设计方法1第10页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo根据不同荷载、材料与构件的统计特性，采用分项安全系数表示，故又根据不同荷载、材料与构件的统计特性，采用分项安全系数表示，故又称为称为荷载抗力分项系数设计法荷载抗力分项系数设计法：承载能
12、力极限状态概括地表达为：承载能力极限状态概括地表达为：半概率极限状态设计法半概率极限状态设计法:分别为恒载、主要可变荷载、其他可变荷载的标准荷载产生的分别为恒载、主要可变荷载、其他可变荷载的标准荷载产生的荷载效应荷载效应材料强度标准值材料强度标准值其他可变荷载的荷载组合其他可变荷载的荷载组合折减系数折减系数a 构件截面几何修正系数构件截面几何修正系数结构重要性系数结构重要性系数分别为恒载、主要可变荷载、其他可变荷载的分别为恒载、主要可变荷载、其他可变荷载的分项系数分项系数材料强度分项系数材料强度分项系数第11页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo结构内力计算原则结构内力
13、计算原则2内力计算内力计算1变形计算变形计算2桥跨结构计算桥跨结构计算3桥梁结构的空间作用桥梁结构的空间作用4按按弹性弹性受力分析受力分析按构件按构件毛截面毛截面计算计算（忽略孔）（忽略孔）分为若干个平面系统分为若干个平面系统（考虑各个平面系统的共同作用（考虑各个平面系统的共同作用和相互影响）和相互影响）采用荷载横向分布系数采用荷载横向分布系数第12页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo结构构件的强度计算结构构件的强度计算3公路钢桥规范公路钢桥规范一些主要公式一些主要公式计算应力的种类构件受力计算公式公式编号 法向应力轴心受拉（1-3-3）在一个主平面内受弯曲（1-3-
14、4）受压（或受拉）并在一个主平面内受弯曲或与此相当的偏心受压及偏心受拉（1-3-5）受斜弯曲（1-3-6）受压（或受拉）并受斜弯曲或与此相当的偏心受压及偏心受拉（1-3-7）剪应力受弯曲（1-3-8）换算应力受弯曲，受压（或受拉）并受弯曲（1-3-9）结构构件的强度计算结构构件的强度计算第13页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo注：上表中，兼受轴向力和弯曲作用时的容许法向应力，当注：上表中，兼受轴向力和弯曲作用时的容许法向应力，当采用采用采用采用容许弯曲拉压应力容许弯曲拉压应力轴心拉压容许应力轴心拉压容许应力验算截面的计算轴向力、弯矩和剪力验算截面的计算轴向力、弯矩和
15、剪力验算截面处对主轴的计算截面抵抗矩，验算受拉翼缘为验算截面处对主轴的计算截面抵抗矩，验算受拉翼缘为净截面净截面抵抗矩，验算受压翼抵抗矩，验算受压翼缘为缘为毛截面毛截面抵抗矩，为简化计算均可按抵抗矩，为简化计算均可按毛截面的重心轴毛截面的重心轴计算计算验算截面的计算面积，受拉构件为验算截面的计算面积，受拉构件为净截面净截面面积，受压构件为面积，受压构件为毛截面毛截面面积面积中性轴以上的中性轴以上的毛截面毛截面对中性轴的面积矩对中性轴的面积矩验算截面处腹板厚度验算截面处腹板厚度毛截面毛截面惯性矩惯性矩验算截面的最大剪应力和实际剪应力验算截面的最大剪应力和实际剪应力斜弯曲作用下容许应力增大系数斜弯
16、曲作用下容许应力增大系数验算截面上由于作用在两相互垂直平面的弯矩所产生的验算截面上由于作用在两相互垂直平面的弯矩所产生的较小较小和和较大较大的应力的应力第14页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo剪应力分布不均匀时容许应力增大系数剪应力分布不均匀时容许应力增大系数的取值如下：的取值如下：第15页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo整体稳定性计算公式整体稳定性计算公式结构构件的整体稳定性计算结构构件的整体稳定性计算4整体稳定性计算公式整体稳定性计算公式1计算应力的种类构件受力情况计算公式公式编号 法向应力轴心受压（1-3-10）在一个主平面内受弯曲
17、（1-3-11）受压并在一个主平面内受弯曲或与此相当的偏心受压（1-3-12）构件中部构件中部1/3长度范围内最大计算弯矩长度范围内最大计算弯矩计算轴向力计算轴向力毛截面面积毛截面面积毛截面抵抗矩毛截面抵抗矩轴心受压构件的纵向弯曲系数轴心受压构件的纵向弯曲系数构件只在一个主平面受弯时的构件只在一个主平面受弯时的 纵向弯曲系数纵向弯曲系数弹性模量弹性模量构件在弯矩作用平面内的长细比构件在弯矩作用平面内的长细比受压杆容许应力安全系数，荷载组合受压杆容许应力安全系数，荷载组合 时取时取1.7，荷载组合，荷载组合时取时取1.4当弯矩由荷载组合当弯矩由荷载组合 产生时取产生时取1.0，由荷载组合由荷载组
18、合产生时取产生时取1.4考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值的取值如下：的取值如下：1整体稳定性计算公式整体稳定性计算公式1第16页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo轴心受压构件的纵向弯曲系数轴心受压构件的纵向弯曲系数2 根据钢材种类、截面形状、弯曲方向等，按根据钢材种类、截面形状、弯曲方向等，按公路公路/铁路钢桥规范铁路钢桥规范取值，在查表时用到取值，在查表时用到长细比长细比单向受弯纵向弯曲系数单向受弯纵向弯曲系数31对于箱型截面构件，或当验算的失稳平面和弯矩作用平面一致时的任何截面构件对于箱型截面构件，或当验算的失稳平面和弯矩作用平
19、面一致时的任何截面构件2按下式计算构件的换算长细比后，用按下式计算构件的换算长细比后，用换算长细比换算长细比代替代替原长细比原长细比，按，按公路公路/铁路钢桥铁路钢桥规范规范取值取值构件对构件对y-y轴的计算长度轴的计算长度构件截面对构件截面对x-x轴和轴和y-y轴的回转半径轴的回转半径强强弱弱第17页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo疲劳强度计算疲劳强度计算5结构构件或连接件结构构件或连接件 承受承受 动应力动应力疲劳验算疲劳验算疲劳容许应力疲劳容许应力疲劳容许应力幅疲劳容许应力幅方方法法现行现行公路钢桥规范公路钢桥规范中采用中采用 栓焊钢桥结构中栓焊钢桥结构中 国
20、内外许多国内外许多钢结构设计规范钢结构设计规范中中现行现行铁路桥梁钢结构设计规范铁路桥梁钢结构设计规范中中疲劳容许应力疲劳容许应力幅幅法法1铁路桥梁钢结构设计规范：铁路桥梁钢结构设计规范：焊接及非焊接（栓接）构件及连接均需进行疲劳强度焊接及非焊接（栓接）构件及连接均需进行疲劳强度验算验算，当疲劳应力（最大、最小应力）均为当疲劳应力（最大、最小应力）均为压压应力时，可应力时，可不验算不验算疲劳。疲劳。第18页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo焊接构件及其连接焊接构件及其连接疲劳强度验算公式：疲劳强度验算公式：1疲劳应力为疲劳应力为拉拉拉应力拉应力或或以以受拉为主的拉受拉
21、为主的拉压压构件构件2疲劳应力疲劳应力以以受压为主的拉受压为主的拉压压构件构件最大、最小应力，拉为正、压为负最大、最小应力，拉为正、压为负疲劳容许应力幅，参照疲劳容许应力幅，参照铁路钢桥规范铁路钢桥规范双线铁路的双线修正系数双线铁路的双线修正系数损伤修正系数损伤修正系数板厚修正系数板厚修正系数焊接构件应力比修正系数焊接构件应力比修正系数第19页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo第20页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo第21页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo第22页，共25页，编辑于2022年，星期日Company
22、 Logo非非焊接构件及其连接焊接构件及其连接疲劳强度验算公式：疲劳强度验算公式：1疲劳应力为疲劳应力为拉拉拉应力拉应力构件构件2疲劳应力疲劳应力以以受拉为主的拉受拉为主的拉压压构件构件非焊接构件应力比修正系数非焊接构件应力比修正系数第23页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo疲劳容许应力法疲劳容许应力法2公路桥梁钢结构设计规范：公路桥梁钢结构设计规范：构件承受轴向力并在同一主平面受弯曲或受与此相当的偏心受拉或受压时，构件承受轴向力并在同一主平面受弯曲或受与此相当的偏心受拉或受压时，疲劳强度计算公式：疲劳强度计算公式：最大应力（绝对值）为拉应力时最大应力（绝对值）为拉应
23、力时计算轴向力、弯矩计算轴向力、弯矩验算截面处的验算截面处的净面积净面积验算截面对主轴的验算截面对主轴的净截面净截面抵抗矩抵抗矩最大应力（绝对值）为压应力时最大应力（绝对值）为压应力时（同号应力为正，反号应力为负）（同号应力为正，反号应力为负）不同连接类别的基本疲劳容许应力，按表不同连接类别的基本疲劳容许应力，按表1-3-6采用采用钢材的基本容许应力，按钢材的基本容许应力，按公路桥梁钢结构设计规范公路桥梁钢结构设计规范采用采用第24页，共25页，编辑于2022年，星期日Company Logo连接类别（参照规范）ABCDEF 基本疲劳容许应力(MPa)24519016514511070表表1-3-6 各种构件或连接的基本疲劳容许应力各种构件或连接的基本疲劳容许应力注意：注意：验算疲劳强度时，可根据桥梁实际行车情况，选用实际经常发生的验算疲劳强度时，可根据桥梁实际行车情况，选用实际经常发生的 荷载组合中的车辆荷载进行计算荷载组合中的车辆荷载进行计算 对只承受压力的构件和临时性结构物的构件，可对只承受压力的构件和临时性结构物的构件，可不验算不验算疲劳强度疲劳强度 以压为主兼受拉力的构件，在验算以压为主兼受拉力的构件，在验算疲劳强度疲劳强度的同时，还应验算构件的的同时，还应验算构件的 整体稳定性整体稳定性end第25页，共25页，编辑于2022年，星期日