鋼橋的主要結(jié)構(gòu)形式與受力特點解析ppt課件

1、第二節(jié) 鋼橋的主要結(jié)構(gòu)形式與受力特點,鋼橋的主要結(jié)構(gòu)形式,鋼橋根據(jù)主要承重結(jié)構(gòu)的受力體系可以分為： 梁式橋(girder bridge) 拱橋(arch bridge) 剛構(gòu)橋（frame bridge) 斜拉橋(cable-stayed bridge) 懸索橋(suspension bridge) 混合體系橋梁(hybrid structure bridge,一、梁式橋(girder bridge,梁式橋在豎直荷載作用下，主梁的截面只有彎矩和剪力，不產(chǎn)生軸力，支座只承受豎直方向的力，不承受水平力。 多孔梁橋的梁在橋墩上不連續(xù)的稱為簡支梁橋(simply supported bridge,在橋

2、墩上連續(xù)的稱為連續(xù)梁橋(continuous bridge,在橋墩連續(xù)，在橋孔內(nèi)中斷，線路在橋孔內(nèi)過渡到另一根梁上的稱為懸臂梁橋(cantilever bridge) 。 支承在懸臂上的簡支梁稱為掛梁 (hanger span)；伸出有懸 臂的梁稱為錨梁(anchor span)； 梁式橋的梁身可以做成實腹的，也可以做成空腹的,鋼梁式橋按主梁形式還可以分為： 鋼板梁橋(steel plate girder bridge) 鋼箱梁橋(steel box girder bridge) 鋼桁梁橋(steel truss girder bridge) 目前梁式橋最大跨度的是1917年建成的加拿大魁北克

3、公路鐵路兩用懸臂鋼桁梁橋，跨度達到548. 8 m,鋼板梁橋,史密斯大道高橋（The Smith Avenue High Bridge），是一座兩車道的街道跨河鋼板梁橋。 原橋建于1895年，在1905年被一場風暴摧毀。最南端的五跨曾被重建。由于年久失修，舊橋在1985年被拆除,一座新的大橋于1987年建成通車大橋全長844.2m，兩個主拱跨度各為158.5m，橋梁寬度為16.5m。通航孔航道寬度為64m，從梁底到水面凈空45.4m，橋面到水面高48.8m,鋼箱梁橋,鋼箱梁崇啟大橋全長52公里，其中上海段接線道路長28.52公里，長江大橋長2.48公里，江蘇段長江大橋長4.67公里，接線道路長

4、18.52公里。全線設計雙向6車道，大橋于2008年8月1日奠基，12月26日上海段正式開工建設，2009年2月28日江蘇段開工建設，于2011年12月24日建成通車,鋼桁梁橋,永寧黃河特大橋是 新建鐵路工程中跨越 黃河 的一座單線鐵路鋼桁梁橋，全長 3942.08m，孔跨布置為 2 孔 32m+4 孔 24m+38 孔 32m 單線簡支 T 梁、18 孔 48m 單線簡支箱梁、13 孔 96m 簡支鋼桁結(jié)合梁、5 孔 48m 單線簡支箱梁、4 孔 32m 單線簡支 T 梁,二、拱橋,拱橋是以曲線形拱作為主體結(jié)構(gòu)的橋梁，具有外形美觀、受力合理、跨越能力大、適用范圍廣等諸多優(yōu)點，在鋼橋、混凝土橋

5、、污工橋梁以及鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁中都得到廣泛應用,拱不僅外形與梁不同，受力與梁也有很大的區(qū)別。 拱橋在受力上最大的區(qū)別是，在豎向荷載作用下，在拱的兩端支承處除有豎向反力外，還有水平推力，使得拱內(nèi)彎矩和剪力大大減小，主要以受壓為主。 如果拱橋不能充分承受兩端支承處的水平力，拱腳不僅會產(chǎn)生很大的位移，而且拱內(nèi)產(chǎn)生很大的彎矩，不能充分發(fā)揮拱的優(yōu)勢,拱橋可以采用兩種方法來承受兩端支承處的水平力： 一種是設置堅固的基礎(chǔ)，水平力由基礎(chǔ)承受，拱為有推力拱，適用于地基良好的橋位; 另一種是在拱的兩端設置拉索或者梁(稱為系桿或系梁)等，使得水平力互相平衡，拱為無推力拱，也稱為系桿拱，適用于地基較差的橋位,推

6、力拱,系桿拱,僅供人、畜行走的拱橋可以把橋面直接鋪在拱肋上。而通行現(xiàn)代交通工具的拱橋，橋面必須保持一定的平直度，不能直接鋪在曲線形的拱肋上。因此要通過立柱或吊桿將橋面間接支承在拱肋上。由此分為上承式拱橋(橋面在拱肋的上方)、中承式拱橋(橋面一部分在拱肋上方、一部分在拱肋下方)和下承式拱橋(橋面在拱肋下方,朝天門長江大橋工程全長4.881公里，由主橋、東西引橋及黃桷灣、彈子石、對山、五里店等4座立交組成,其中，大橋主體工程全長1741米，主橋為932米，有兩座主墩，主跨達552米。建成后的大橋，分為上下兩層。上層為雙向六車道，行人可經(jīng)兩側(cè)人行道上橋；下層則是雙向輕軌軌道，并在兩側(cè)預留了2個車行道

7、，可保證今后大橋車流量增大時的需求,三、剛構(gòu)橋,梁體與橋墩或橋臺連為一體者，稱為剛構(gòu)橋。剛構(gòu)橋的受力兼有梁橋與拱橋的一些特點，主要承重結(jié)構(gòu)為偏心受壓和受彎。 目前鋼剛構(gòu)橋的最大跨度是1972年建成的意大利斯法拉薩橋?？缍冗_到376m；我國1976年建成的陜西安康江漢大橋，跨徑達到176 m,為我國鋼斜腿剛構(gòu)橋之首,1972年意大利建成的斯法拉沙橋，跨徑達376米，是目前世界上跨徑最大的鋼斜腿剛架橋,與門式剛架相比，斜腿剛架的腿是斜置的，兩腿和梁中部的軸線大致呈拱形，這樣，斜腿和梁所受的彎矩比同跨度的門式剛架顯著減小，而軸向壓力有所增加。 同上承式魁橋相比，這種橋不需要拱上結(jié)構(gòu)，構(gòu)件數(shù)目較少;當

8、橋面較窄(如單線鐵路橋)而跨度較大時，可將其斜腿在橋的橫向放坡，以保證橋的橫向穩(wěn)定。 意大利的斯法拉沙橋雖己建成近40年，但其簡潔明快的橋型，其梁的底緣線呈現(xiàn)的微彎曲線表現(xiàn)著剛里有柔，特別是至今仍保持的同橋型世界第一的跨徑,安康漢江橋位于陜西省安康水電站的專用線上，主跨為176米斜腿剛構(gòu)，在目前世界上同類型的鐵路鋼橋中，跨度領(lǐng)先。本橋附近河段順直，平時河面寬約180米，水深13米左右，水流平穩(wěn),四、斜拉橋,斜拉橋是將梁用若干根斜拉索拉在索塔上的結(jié)構(gòu)形式.斜拉索不僅為梁提供彈性支承，而目其水平分力對梁產(chǎn)生很大的軸力,汛期洪水來勢洶涌，水位猛漲暴落，河床沖淤嚴重，覆蓋層很不穩(wěn)定。橋址位于漢江上游峽

9、谷，兩岸陡峻，河床斷面呈梯形。初步設計提出三個橋式方案進行比選： 第一方案主跨采用6419264米鋼斜腿剛構(gòu)，全長521.95米，橋墩均在岸上，明挖基礎(chǔ)，墩身最高約60米； 第二方案主跨為6411264米鋼橋，中跨為112米柔性拱剛性桁梁組合體系，全長528.50米，有深水橋墩2個，墩身最高約7l米； 第三方案主跨用64米380米三跨連續(xù)64米鋼桁梁，全長532.08米，有深水橋墩3個，墩身最高約79米。 三個方案相比，第一方案不僅用鋼量省，造價較低，而且可避免修建深水基礎(chǔ)及70米以上的高墩，因此作為推薦方案,斜拉橋可以通過調(diào)整斜拉索的初始索力達到調(diào)整主梁彎矩，橋面標高和提高索及橋梁整體剛度的

10、目的. 設計中可以根據(jù)受力需要計算確定斜拉索的初始索力，施工中通過施工控制調(diào)整索力，使之達到設計值。 斜拉橋是一種高次超靜定結(jié)構(gòu)，索力控制較為困難，是設計和施工的一個關(guān)鍵問題,南京長江第二大橋位于南京長江大橋下游11公里處，于2001年3月建成通車,整個大橋由南汊橋、八封洲（長江中第三大島）公路連接線、北汊橋組成，二橋一路，全長12.571公里。 其中，南汊橋為鋼箱梁斜拉橋，是大橋的關(guān)鍵性和標志性項目，橋長2938米，主跨徑628米，在世界上排名第三。前兩位為日本多多羅大橋（主跨890米）和法國諾曼蒂大橋（主跨856米）。 北汊橋為預應力連續(xù)梁橋，橋長2212米，主跨徑165米，居國內(nèi)領(lǐng)先水平

11、。 南汊橋南岸建有二橋公園，設橋梁展示館。公園還特設觀光電梯，可達橋面觀光步道，也可通過橋肚下全透明回廊橫穿二橋,勝利黃河大橋是我國修建的第一座鋼斜拉橋，位于墾利縣城東北側(cè),大橋全長2817.46米，由主橋、南北引橋組成。主橋為5孔跨徑，主橋長682米，為新型鋼箱斜拉索橋結(jié)構(gòu)，用57段鋼箱梁連接而成，為連續(xù)雙箱正交異性板鋼斜拉橋，引橋為跨徑30米預應力混凝土箱梁，橋面寬19.5米。橋兩端為造型優(yōu)雅的橋頭堡和花園式綠化帶,橋面支承于懸索或用吊索掛在懸索(通常稱主纜)上的橋稱為懸索橋。也被稱為吊橋。和拱肋相反，懸索的截面只承受拉力。 只供人、畜行走用的簡陋懸索橋常把橋面直接鋪在懸索上。 通行現(xiàn)代交

12、通工具的懸索橋，為了保持橋面具有一定的平直度，將橋面用吊索掛在懸索上。和拱橋不同的是:作為承重結(jié)構(gòu)的拱肋是剛性的，而作為承重結(jié)構(gòu)的懸索則是柔性的,五、懸索橋,為了避免在車輛駛過時橋面隨著懸索一起變形，現(xiàn)代懸索橋一般均設有剛性梁(又稱加勁梁，stiffening)。橋面設在剛性梁上，剛性梁吊在懸索上。 現(xiàn)代懸索橋的懸索一般均支承在兩個索塔上。塔頂設有支承懸索的鞍形支座。 承受很大拉力的懸索的端部通過錨旋固定在地基中，為地錨式懸索橋。也有將懸索固定在剛性梁端部的情況，稱為自錨式懸索橋,橋型方案為鋼桁加勁梁單跨懸索橋，矮寨特大懸索橋全跨1073.65m，懸索橋的主跨為1176m。該橋跨越矮寨大峽谷，

13、主跨居世界第3、亞洲第1。渝湘高速于2012年3月31日正式通車,矮寨特大懸索橋位于湖南湘西。矮寨懸索橋橋距吉首市區(qū)約20公里，跨越矮寨鎮(zhèn)附近的山谷，德夯河流經(jīng)谷底，橋面設計標高與地面高差達330米左右,四渡河特大橋位于湖北省恩施市巴東縣野三關(guān)鎮(zhèn)四渡河，大橋主跨900米，橋面與峽谷谷底高差達560米，相當于200層樓高，是目前國內(nèi)在深山峽谷里修建的最大跨度懸索橋,大橋全長1365米，由長1105米的大橋和長228.9米的路基組成。其中大橋為四渡河特大橋，跨徑布置為900+540米，主跨為900米單跨雙鉸鋼桁架加勁梁懸索橋。享有“世界第一高橋”美譽,六、組合體系橋梁,承重結(jié)構(gòu)系由兩種或多種結(jié)構(gòu)形

14、式組合而成的橋梁稱為混合體系橋梁,實腹梁與桁架的組合,梁與拱的組合,梁與懸吊系統(tǒng)的組合,梁與拱的組合,梁與斜拉索的組合,懸索與斜拉索的組合,鋼橋的主要優(yōu)點,1)高強勻質(zhì)材料:鋼材是一種抗拉、抗壓、抗剪強度高的勻質(zhì)材料，承受拉、壓、彎、剪均可。并且與混凝土等材料相比自重小(通常用重量強度比來一表示兩種材料在結(jié)構(gòu)意義上的相對輕重)，所以鋼橋具有很大的跨越能力。橋梁跨度非常大、荷載非常重，采用別的材料來造橋?qū)⒂龅嚼щy時，一般采用鋼橋。鋼材可加工性能好，可用于復雜橋型和景觀橋,2)鋼橋的構(gòu)件最適合用工業(yè)化方法來制造，便于運輸，便于無支架施工，工地的安裝速度也快。因此，鋼橋的施工期限較短。 (3)韌性、延性好，可提高抗震性能。 (4)鋼橋在受到破壞后，易于修復和更換。 (5)舊橋可回收，資源可再利用，有利于環(huán)保,鋼材的主要缺點是易于腐蝕，需要經(jīng)常檢查和按期油漆。 鋼橋?qū)囟纫约皠虞d效應都較為敏感。 解決方法,鋼橋的主要缺點,優(yōu)質(zhì)油漆和耐候鋼,鋼橋的技術(shù)問題,1)薄壁結(jié)構(gòu) 為了提高截面效率，鋼橋一般做成薄壁結(jié)構(gòu)，應力計算應該考慮剪力滯、扭轉(zhuǎn)(自由扭轉(zhuǎn)、約束扭轉(zhuǎn))、翹曲等影響,2)穩(wěn)定(stability) 鋼橋結(jié)構(gòu)剛度小，穩(wěn)定問題突出。作為薄壁結(jié)構(gòu)，為了防止板件的局部失穩(wěn)