鋼橋的主要結(jié)構(gòu)形式與受力特點(diǎn)

1、第二節(jié) 鋼橋的主要結(jié)構(gòu)形式與受力特點(diǎn)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：l梁式橋(girder bridge)l拱橋(arch bridge)l剛構(gòu)橋（frame bridge)l斜拉橋(cable-stayed bridge)l懸索橋(suspension bridge)l混合體系橋梁(hybrid structure bridge)一、梁式橋(girder bridge)n 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(jiǎn)支梁橋(simply supported bridge)。n

2、 在橋墩上連續(xù)的稱為連續(xù)梁橋(continuous bridge)。n在橋墩連續(xù)，在橋孔內(nèi)中斷，線路在橋孔內(nèi)過(guò)渡到另一根梁上的稱為懸臂梁橋(cantilever bridge) 。 支承在懸臂上的簡(jiǎn)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(shí)腹的，也可以做成空腹的。鋼梁式橋按主梁形式還可以分為：u鋼板梁橋(steel plate girder bridge)u鋼箱梁橋(steel box girder bridge)u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

3、大魁北克公路鐵路兩用懸臂鋼桁梁橋，跨度達(dá)到548. 8 m。鋼板梁橋史密斯大道高橋（史密斯大道高橋（The The Smith Avenue High Smith Avenue High BridgeBridge），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(chǎng)風(fēng)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(zhǎng)844.2m，兩個(gè)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(zhǎng)52公里，其中上海段接線道路長(zhǎng)28.

4、52公里，長(zhǎng)江大橋長(zhǎng)2.48公里，江蘇段長(zhǎng)江大橋長(zhǎng)4.67公里，接線道路長(zhǎng)18.52公里。全線設(shè)計(jì)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(kāi)工建設(shè)，2009年2月28日江蘇段開(kāi)工建設(shè)，于2011年12月24日建成通車。鋼桁梁橋 永寧黃河特大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(zhǎng) 3942.08m，孔跨布置為 2 孔 32m+4 孔 24m+38 孔 32m 單線簡(jiǎn)支 T 梁、18 孔 48m 單線簡(jiǎn)支箱梁、13 孔 96m 簡(jiǎn)支鋼桁結(jié)合梁、5 孔 48m 單線簡(jiǎn)支箱梁、4 孔 32m 單線簡(jiǎn)支 T 梁。二、拱橋n拱橋是以曲線形拱作為主

5、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(diǎn)，在鋼橋、混凝土橋、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(yīng)用。n 拱不僅外形與梁不同，受力與梁也有很大的區(qū)別。n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。n如果拱橋不能充分承受兩端支承處的水平力，拱腳不僅會(huì)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(shì)。n 拱橋可以采用兩種方法來(lái)承受兩端支承處的水平力：一種是設(shè)置堅(jiān)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(shè)置拉索或者梁(

6、稱為系桿或系梁)等，使得水平力互相平衡，拱為無(wú)推力拱，也稱為系桿拱，適用于地基較差的橋位。推力拱系桿拱n 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(guò)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)。n朝天門長(zhǎng)江大橋工程全長(zhǎng)4.881公里，由主橋、東西引橋及黃桷灣、彈子石、對(duì)山、五里店等4座立交組成。其中，大橋主體工程全長(zhǎng)1741米，主橋?yàn)?32米，有兩座主墩，主跨達(dá)552米。建成后的大橋，分為上

7、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(yù)留了2個(gè)車行道，可保證今后大橋車流量增大時(shí)的需求。三、剛構(gòu)橋n 梁體與橋墩或橋臺(tái)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(diǎn)，主要承重結(jié)構(gòu)為偏心受壓和受彎。n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_(dá)到376m；我國(guó)1976年建成的陜西安康江漢大橋，跨徑達(dá)到176 m,為我國(guó)鋼斜腿剛構(gòu)橋之首。n1972年意大利建成的斯法拉沙橋，跨徑達(dá)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

8、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(dāng)橋面較窄(如單線鐵路橋)而跨度較大時(shí)，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(jiǎn)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(shí)河面寬約180米，水深13米左右，水流平穩(wěn)。四、斜拉橋n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(duì)梁

9、產(chǎn)生很大的軸力。汛期洪水來(lái)勢(shì)洶涌，水位猛漲暴落，河床沖淤嚴(yán)重，覆蓋層很不穩(wěn)定。橋址位于漢江上游峽谷，兩岸陡峻，河床斷面呈梯形。初步設(shè)計(jì)提出三個(gè)橋式方案進(jìn)行比選：第一方案主跨采用6419264米鋼斜腿剛構(gòu)，全長(zhǎng)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(zhǎng)528.50米，有深水橋墩2個(gè)，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(zhǎng)532.08米，有深水橋墩3個(gè)，墩身最高約79米。三個(gè)方案相比，第一方案不僅用鋼量省，造價(jià)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

10、案。n斜拉橋可以通過(guò)調(diào)整斜拉索的初始索力達(dá)到調(diào)整主梁彎矩，橋面標(biāo)高和提高索及橋梁整體剛度的目的.n設(shè)計(jì)中可以根據(jù)受力需要計(jì)算確定斜拉索的初始索力，施工中通過(guò)施工控制調(diào)整索力，使之達(dá)到設(shè)計(jì)值。n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(shè)計(jì)和施工的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。n南京長(zhǎng)江第二大橋 位于南京長(zhǎng)江大橋下游11公里處，于2001年3月建成通車。整個(gè)大橋由南汊橋、八封洲（長(zhǎng)江中第三大島）公路連接線、北汊橋組成，二橋一路，全長(zhǎng)12.571公里。其中，南汊橋?yàn)殇撓淞盒崩瓨?，是大橋的關(guān)鍵性和標(biāo)志性項(xiàng)目，橋長(zhǎng)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(guó)諾曼蒂大

11、橋（主跨856米）。北汊橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋，橋長(zhǎng)2212米，主跨徑165米，居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。南汊橋南岸建有二橋公園，設(shè)橋梁展示館。公園還特設(shè)觀光電梯，可達(dá)橋面觀光步道，也可通過(guò)橋肚下全透明回廊橫穿二橋。n勝利黃河大橋是我國(guó)修建的第一座鋼斜拉橋，位于墾利縣城東北側(cè)。大橋全長(zhǎng)2817.46米，由主橋、南北引橋組成。主橋?yàn)?孔跨徑，主橋長(zhǎng)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?yàn)榭鐝?0米預(yù)應(yīng)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。n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

12、反，懸索的截面只承受拉力。n只供人、畜行走用的簡(jiǎn)陋懸索橋常把橋面直接鋪在懸索上。n通行現(xiàn)代交通工具的懸索橋，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n為了避免在車輛駛過(guò)時(shí)橋面隨著懸索一起變形，現(xiàn)代懸索橋一般均設(shè)有剛性梁(又稱加勁梁，stiffening)。橋面設(shè)在剛性梁上，剛性梁吊在懸索上。n現(xiàn)代懸索橋的懸索一般均支承在兩個(gè)索塔上。塔頂設(shè)有支承懸索的鞍形支座。n承受很大拉力的懸索的端部通過(guò)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。n橋型方案為鋼桁加勁梁

13、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，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(shè)計(jì)標(biāo)高與地面高差達(dá)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(dá)560米，相當(dāng)于200層樓高，是目前國(guó)內(nèi)在深山峽谷里修建的最大跨度懸索橋。大橋全長(zhǎng)1365米，由長(zhǎng)1105米的大橋和長(zhǎng)228.9米的路基組成。其中大橋?yàn)樗亩珊犹卮髽?，跨徑布置?00+540米，主跨為900米單跨雙

14、鉸鋼桁架加勁梁懸索橋。享有“世界第一高橋”美譽(yù)！六、組合體系橋梁n承重結(jié)構(gòu)系由兩種或多種結(jié)構(gòu)形式組合而成的橋梁稱為混合體系橋梁。實(shí)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(diǎn)n(1)高強(qiáng)勻質(zhì)材料:鋼材是一種抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)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(qiáng)度比來(lái)一表示兩種材料在結(jié)構(gòu)意義上的相對(duì)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(lái)造橋?qū)⒂龅嚼щy時(shí)，一般采用鋼橋。鋼材可加工性能好，可用于復(fù)雜橋型和景觀橋。n(2)鋼橋的構(gòu)件最適合用工業(yè)化方法來(lái)制造

15、，便于運(yùn)輸，便于無(wú)支架施工，工地的安裝速度也快。因此，鋼橋的施工期限較短。n(3)韌性、延性好，可提高抗震性能。n(4)鋼橋在受到破壞后，易于修復(fù)和更換。n(5)舊橋可回收，資源可再利用，有利于環(huán)保。n 鋼材的主要缺點(diǎn)是易于腐蝕，需要經(jīng)常檢查和按期油漆。n 鋼橋?qū)囟纫约皠?dòng)載效應(yīng)都較為敏感。解決方法：鋼橋的主要缺點(diǎn)優(yōu)質(zhì)油漆和耐候鋼鋼橋的技術(shù)問(wèn)題n 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(yīng)力計(jì)算應(yīng)該考慮剪力滯、扭轉(zhuǎn)(自由扭轉(zhuǎn)、約束扭轉(zhuǎn))、翹曲等影響。n 2)穩(wěn)定(stability) 鋼橋結(jié)構(gòu)剛度小，穩(wěn)定問(wèn)題突出。作為薄壁結(jié)構(gòu)，為了防止板件的局部失穩(wěn)需要設(shè)置加勁肋和限制板件的寬厚