第五章 鋼桁架橋

1、LOGO鋼橋設(shè)計(jì)天津大學(xué)天津大學(xué) 土木工程系土木工程系第五章第五章 鋼桁架橋鋼桁架橋n 5.1鋼桁架橋鋼桁架橋u 定義 鋼桁架橋按橋面位置的不同，可分為上承式鋼桁架橋和下承式鋼桁架橋 上承式鋼桁架橋的橋面位于主桁架的上部 下承式鋼桁架橋的橋面位于主桁架的下部 本章主要詳細(xì)討論下承式簡(jiǎn)支栓焊鋼桁架橋的組成、作用及上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。n 5.1鋼桁架橋鋼桁架橋u 主桁架、聯(lián)結(jié)系、橋面系、制動(dòng)聯(lián)結(jié)系、橋面、支座及橋墩等幾個(gè)主要部分組成。n 5.1鋼桁架橋鋼桁架橋u 主桁架，是鋼桁架橋的主要承重結(jié)構(gòu)，主要承受豎向荷載。 主桁架由左右兩幅桁架組成，每幅桁架中有上弦桿、下弦桿及腹桿等桿件。 桿件交匯處稱為

2、節(jié)點(diǎn)，有斜桿交匯的節(jié)點(diǎn)稱為大節(jié)點(diǎn)，僅有豎桿和弦桿交匯的節(jié)點(diǎn)，稱為小節(jié)點(diǎn)。 節(jié)點(diǎn)之間的距離稱為節(jié)間長(zhǎng)度，一般也是鋼桁架橋面系橫梁的間距及縱梁的跨度。n 5.1鋼桁架橋鋼桁架橋u 聯(lián)結(jié)系 有縱向聯(lián)結(jié)系和橫向聯(lián)結(jié)系兩種，其作用是聯(lián)系主桁架并同主桁架一起使橋跨結(jié)構(gòu)成為幾何圖形穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。 縱向聯(lián)結(jié)系設(shè)在主桁架的上、下弦桿平面內(nèi)，分別稱為上平縱聯(lián)與下平縱聯(lián)?？v向聯(lián)結(jié)系的主要作用是承受作用于橋跨結(jié)構(gòu)上的橫向水平荷載，它包括作用于主桁架、橋面系、橋面和列車上的橫向風(fēng)力、列車搖擺力及曲線橋上的離心力。另外，縱向聯(lián)結(jié)系橫向支撐弦桿，減少弦桿在主桁平面外的計(jì)算長(zhǎng)度。n 5.1鋼桁架橋鋼桁架橋u 聯(lián)結(jié)系 橫向聯(lián)

3、結(jié)系設(shè)在橋跨結(jié)構(gòu)的橫向平面內(nèi)，位于橋跨結(jié)構(gòu)中部的叫中間橫聯(lián)，位于橋跨結(jié)構(gòu)端部的叫端橫聯(lián)。在下承式鋼桁架橋上，端橫聯(lián)也叫橋門架。 中間橫聯(lián)設(shè)在主桁架的豎桿平面內(nèi)，如沒有豎桿可設(shè)在中間斜桿平面內(nèi)。 中間橫聯(lián)的作用是增加鋼桁架橋的抗扭剛度，當(dāng)受到不對(duì)稱的豎向荷載和橫向荷載時(shí)，中間橫聯(lián)還可以適當(dāng)調(diào)節(jié)兩片主桁或兩片縱向聯(lián)結(jié)系的受力不均勻性 理論和試驗(yàn)表明，橋面架或端橫聯(lián)受力比中間橫聯(lián)大。n 5.1鋼桁架橋鋼桁架橋u 橋面系 由縱梁、橫梁及縱梁之間的聯(lián)結(jié)系組成，主要承受并傳遞豎向荷載和縱向荷載。 縱橋之間的聯(lián)結(jié)系將兩片縱梁聯(lián)成整體，縱梁間距通常為2m。 下承式鋼桁架橋的橋面系位于主桁的下平縱聯(lián)平面上，為了

4、爭(zhēng)取較小的建筑高度，下承式鋼桁架橋的縱梁和橫梁通常布置在同一平面上。n 5.1鋼桁架橋鋼桁架橋u 制動(dòng)聯(lián)結(jié)系 或稱制動(dòng)撐架，它的作用是使作用于縱梁上的縱向水平制動(dòng)力通過制動(dòng)聯(lián)結(jié)系傳至主桁架，再由主桁架傳給支座，從而減小縱向荷載對(duì)橋面系桿件特別是橫梁的不利影響。 制動(dòng)聯(lián)結(jié)系通常由四根短桿組成，設(shè)置在與橋面系相鄰的平縱聯(lián)的中部。n 5.1鋼桁架橋鋼桁架橋u 橋面 下承式簡(jiǎn)支鋼桁架橋通常采用明橋面，由橋枕、正軌、護(hù)軌、護(hù)木、鉤螺栓及人行道等組成。 鐵路鋼橋的橋面有明橋面和道碴橋面兩種，我國(guó)鋼桁架橋多使用明橋面，施工方便、安全可靠，缺點(diǎn)是噪音大，枕木與縱梁接觸處易銹蝕，且此處縱梁翼緣與腹板的連接焊縫易

5、發(fā)生疲勞破壞。 若采用正交異性板道碴橋面，上述缺點(diǎn)可得到改善，噪音小，整體剛度好，荷載分布能力強(qiáng)，橋面板作為主梁的一部分參與共同受力。n 5.2 主桁架幾何圖式主桁架幾何圖式u 擬定幾何圖式的考慮因素 橋位所在地的水文、地質(zhì)、地形條件等； 橋上的運(yùn)輸條件及對(duì)橋下凈空的要求； 便于制造、安裝和養(yǎng)護(hù)、構(gòu)造簡(jiǎn)單、有利于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化； 有利于節(jié)約鋼材，力求經(jīng)濟(jì)合理； 美觀要求。n 5.2 主桁架幾何圖式主桁架幾何圖式n 5.2 主桁架的基本尺寸主桁架的基本尺寸u桁架橋的跨度從以下兩個(gè)方面綜合考慮： 橋址處的水文地質(zhì)情況。 橋上、橋下凈空的要求。n 5.2 主桁架的基本尺寸主桁架的基本尺寸u主桁的高度 用

6、鋼量方面 剛度方面 容許建筑高度u節(jié)間長(zhǎng)度 中等跨度經(jīng)濟(jì)節(jié)間長(zhǎng)度是68m，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)取8m 小跨度桁架橋節(jié)間長(zhǎng)度小到4m。 大跨度桁架橋節(jié)間長(zhǎng)度有大到15m。n 5.2 主桁架的基本尺寸主桁架的基本尺寸u斜桿傾角 合理的傾角，在有豎桿的桁架橋 50度左右 合理的傾角，在無豎桿的桁架橋 60度左右u主桁中心距 主桁中心距與桁架橋的橫向剛度和穩(wěn)定性有關(guān)。 我國(guó)橋規(guī)規(guī)定，主桁中心距不宜小于跨度的1/20。n 5.3 鐵路鋼桁架橋標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)幾何圖示鐵路鋼桁架橋標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)幾何圖示u共有3組圖式，6種跨度 上承式鋼桁梁，跨度有48m, 64m, 80m，主桁高度為8m，節(jié)間長(zhǎng)度也為8m，主桁中心距為4m。n 5

7、.3 鐵路鋼桁架橋標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)幾何圖示鐵路鋼桁架橋標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)幾何圖示u共有3組圖式，6種跨度 下承式鋼桁梁，跨度有48m, 64m, 80m，主桁高度為11m，節(jié)間長(zhǎng)度也為8m，主桁中心距為5.75m。n 5.3 鐵路鋼桁架橋標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)幾何圖示鐵路鋼桁架橋標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)幾何圖示u共有3組圖式，6種跨度 下承式鋼桁梁，跨度有96m, 112m, 128m，主桁高度為16m，節(jié)間長(zhǎng)度也為8m，主桁中心距為5.75m。n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u鋼桁架橋是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，各個(gè)桿件之間是剛性連接，完全可以借助計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行空間分析。u橋規(guī)仍推薦使用簡(jiǎn)化的計(jì)算方法，將橋跨結(jié)構(gòu)劃分為若干個(gè)平面系統(tǒng)分別計(jì)

8、算，并應(yīng)考慮各個(gè)平面系統(tǒng)間的共同作用和相互影響。u平面系統(tǒng)為: 主桁架、平縱聯(lián)、橫聯(lián)、橋門架（端橫聯(lián)）、縱梁、橫梁。n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u橋梁上的荷載分為主力和附加力 主力包括恒載和活載； 附加力包括橫向附加力、縱向附加力以及由桁架各個(gè)平面系統(tǒng)間的共同作用和節(jié)點(diǎn)的剛性連接所引起的附加力。 對(duì)公路鋼橋，作用在橋梁上的荷載稱為永久荷載（自重）和可變荷載（基本可變荷載和其他可變荷載。）n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u由桁架各個(gè)平面系統(tǒng)間的共同作用和節(jié)點(diǎn)的剛性連接的影響： 平縱聯(lián)和主桁弦桿的共同作用 橋面系和主弦桿的共同作用 橫向框架效應(yīng) 節(jié)點(diǎn)剛性次應(yīng)力n 5.4

9、 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.1 主力作用下主桁桿件內(nèi)力步驟 簡(jiǎn)化為各桿件軸線所形成的平面鉸接桁架 荷載包括恒載和活載 開始計(jì)算前，估計(jì)橋跨結(jié)構(gòu)的恒載 計(jì)算出恒載和活載內(nèi)力后進(jìn)行截面設(shè)計(jì) 然后計(jì)算桁架橋的實(shí)際恒載 如實(shí)際恒載與估計(jì)恒載相差較大，按實(shí)際恒載計(jì)算桿件內(nèi)力重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.1 主力作用下主桁桿件內(nèi)力步驟 鋼桁架橋的活載內(nèi)力計(jì)算應(yīng)注意以下幾個(gè)方面 對(duì)雙線鐵路橋的主桁弦桿和斜桿，換算均布活載可采用兩線活載總和的90%,對(duì)豎桿、縱、橫梁換算均布活載可采用兩線活載總和的100% 對(duì)雙線鐵路橋的主桁桿件驗(yàn)算疲勞時(shí)，按一線偏心加載以

10、杠桿原理分配，并考慮雙線列車同時(shí)作用的影響。 鐵道鋼橋的設(shè)計(jì)，為現(xiàn)今列車的活載預(yù)留發(fā)展系數(shù) 對(duì)公路鋼橋要考慮偏載最不利情況的橫向分布系數(shù) 對(duì)公路鋼鋼橋也要考慮活載發(fā)展系數(shù)。n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.1 主力作用下主桁桿件內(nèi)力步驟 主力作用下主桁桿件的內(nèi)力計(jì)算采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中利用影響線求量值的方法，由于恒載和活載均為分布荷載，內(nèi)力計(jì)算時(shí)要利用某量值的影響線面積，因此，這種計(jì)算內(nèi)力的方法稱為影響線面積法。kpINNN)1 (n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.2 橫向附加力作用下主桁桿件內(nèi)力計(jì)算 鐵路鋼桁架橋，橫向附加力包括橫向風(fēng)力、列車搖擺力(對(duì)彎道橋

11、、還要考慮離心力) 公路鋼桁架橋，橫向附加力則只考慮橫向風(fēng)力 橫向附加力主要由平縱聯(lián)承受，由于平縱聯(lián)的弦桿也是主桁架的弦桿，所以橫向附加力對(duì)主桁弦桿產(chǎn)生附加內(nèi)力，同時(shí)也使平縱聯(lián)的斜桿和橫撐產(chǎn)生附加內(nèi)力。 另外，由于平縱聯(lián)的兩端聯(lián)接在橋門架上，平縱聯(lián)將它所受的橫向附加力傳遞給橋門架，從而使主桁端斜桿和下弦桿也產(chǎn)生附加內(nèi)力，即橋門架效應(yīng)。n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.2 橫向附加力作用下主桁桿件內(nèi)力計(jì)算n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.2 橫向附加力作用下主桁桿件內(nèi)力計(jì)算 橋上無車時(shí) 作用在上平縱聯(lián)上的橫向風(fēng)力分布荷載 (kN/m) 作用在下平縱聯(lián)上的橫

12、向風(fēng)力分布荷載(kN/m) 風(fēng)荷載強(qiáng)度)4 . 01 (2 . 04 . 05 . 0hHWwup)4 . 01 (0 . 14 . 05 . 0hHWwlow0321WKKKW n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.2 橫向附加力作用下主桁桿件內(nèi)力計(jì)算 橋上有車時(shí) 作用在上平縱聯(lián)上的橫向風(fēng)力分布荷載 (kN/m) 作用在下平縱聯(lián)上的橫向風(fēng)力分布荷載(kN/m)4 . 01 (2 . 04 . 05 . 08 . 01hHWwup)4 . 01 (0 . 14 . 05 . 08 . 01hHWwlow)4 . 01 (0 . 32 . 08 . 02Wwup)4 . 01 (

13、0 . 30 . 18 . 02Wwlowupupupwww21lowlowlowwww21n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.2 橫向附加力作用下主桁桿件內(nèi)力計(jì)算 列車搖擺力按沿橋長(zhǎng)5.5kN/m計(jì)算 作用在上平縱聯(lián)上的列車搖擺力 作用在下平縱聯(lián)上的列車搖擺力 由于風(fēng)力與搖擺力同時(shí)達(dá)到上述最大值的可能性很小，故兩者不疊加計(jì)算，只取其較大者計(jì)算。5 . 52 . 0upk5 . 50 . 1lowkn 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.2 橫向附加力作用下主桁桿件內(nèi)力計(jì)算 對(duì)公路橋，上、下平縱聯(lián)上的橫向附加力只有橫向風(fēng)力 作用在上平縱聯(lián)上的橫向風(fēng)力分布荷載 作

14、用在下平縱聯(lián)上的橫向風(fēng)力分布荷載WhKwup335 . 0WhKhhKwlow5 . 033211n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.2 橫向附加力作用下主桁桿件內(nèi)力計(jì)算 橋門架效應(yīng)產(chǎn)生的桿件內(nèi)力計(jì)算 橋門架看成平面剛架，其腿桿下端可假定嵌固在下弦端節(jié)點(diǎn)上 作用在橋門架上的水平力就是由上平縱聯(lián)傳來的橫向附加力，也就是上平縱聯(lián)作為簡(jiǎn)支桁架的支座反力 附加反力的方向隨風(fēng)向而改變，故和主力作用下的內(nèi)力組合時(shí)應(yīng)取其最不利組合n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.2 橫向附加力作用下主桁桿件內(nèi)力計(jì)算 橋門架效應(yīng)產(chǎn)生的桿件內(nèi)力計(jì)算 橋門架看成平面剛架，其腿桿下端可假定嵌固

15、在下弦端節(jié)點(diǎn)上 作用在橋門架上的水平力就是由上平縱聯(lián)傳來的橫向附加力，也就是上平縱聯(lián)作為簡(jiǎn)支桁架的支座反力 附加反力的方向隨風(fēng)向而改變，故和主力作用下的內(nèi)力組合時(shí)應(yīng)取其最不利組合n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.3 縱向制動(dòng)力作用下主桁桿件內(nèi)力計(jì)算 鐵路橋梁由于列車的在橋上行駛時(shí)因制動(dòng)或啟動(dòng)而產(chǎn)生的制動(dòng)力或牽引力，是縱向荷載。 制動(dòng)力的傳遞路徑 橋面系的縱梁-制動(dòng)連接系-平縱聯(lián)斜桿上-主桁節(jié)點(diǎn)上-主桁下弦桿產(chǎn)生附加內(nèi)力n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.3 縱向制動(dòng)力作用下主桁桿件內(nèi)力計(jì)算 鐵路橋梁由于列車的在橋上行駛時(shí)因制動(dòng)或啟動(dòng)而產(chǎn)生的制動(dòng)力或牽引力，

16、是縱向荷載。 由于列車在橋上行駛的方向不同，制動(dòng)力或牽引力的產(chǎn)生的內(nèi)力有拉力或壓力，對(duì)下弦桿來說拉力是最不利的。 當(dāng)制動(dòng)力或牽引力傳遞到固定支座時(shí)，因作用力對(duì)支座鉸中心還有一偏心距離h,因而產(chǎn)生偏心彎矩值，此彎矩值由交匯于該節(jié)點(diǎn)的各桿共同承受并按各桿件的單位剛度比來分配。n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.4 由于橫向框架效應(yīng)所引起的主桁桿件內(nèi)力計(jì)算 橫向聯(lián)結(jié)系、主桁豎桿及橫梁組成一個(gè)橫向框架，橫梁在豎向荷載作用下梁端發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在豎桿的下端點(diǎn)和上部橫聯(lián)與豎桿連接處均產(chǎn)生附加力矩。n 5.4 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算主桁桿件內(nèi)力計(jì)算u5.4.5 主桁內(nèi)力組合及主桁架桿件內(nèi)力計(jì)算 主桁

17、架內(nèi)力組合通常有三種形式 主力單獨(dú)作用：設(shè)計(jì)容許應(yīng)力為 主力+橫向附加力：設(shè)計(jì)容許應(yīng)力為 主力+縱向制動(dòng)力：設(shè)計(jì)容許應(yīng)力為 20. 125. 1n 5.5 主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算u主桁桿件的截面形式主要分成兩類： H 形截面 構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于自動(dòng)電焊機(jī)施焊，焊接變形易控制，工地安裝方便 y-y軸與x-x軸的回轉(zhuǎn)半徑相差較大，作為壓桿時(shí)，容許應(yīng)力折減大 適用于內(nèi)力不很大或長(zhǎng)度不太大的桿件 箱形截面 y-y軸與x-x軸的回轉(zhuǎn)半徑相近，作為壓桿時(shí)，容許應(yīng)力折減小，抗扭剛度大 缺點(diǎn)是工廠制造較費(fèi)工，焊接變形較難控制和矯正 適用內(nèi)力很大或長(zhǎng)度較長(zhǎng)的桿件n 5.5 主桁桿件的截面設(shè)

18、計(jì)及驗(yàn)算主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算u對(duì)于荷載較小的管線橋、人行道橋，主梁常采用輕型桁架，其桿件由單角鋼、雙角鋼、槽鋼或工字鋼等型鋼制作。u截面設(shè)計(jì)注意的問題 對(duì)受力較大的壓桿，主桁平面內(nèi)和平面外的幾何長(zhǎng)度相等時(shí)，截面對(duì)兩個(gè)主軸的回轉(zhuǎn)半徑最好接近。 同一桁架中所有桿件的寬度應(yīng)相等，才能使節(jié)點(diǎn)處的兩塊節(jié)點(diǎn)板平貼在各交匯桿件的外側(cè)。 決定桿件的截面高度時(shí)，需考慮節(jié)點(diǎn)處布置幾排栓空。 受壓桿件截面尺寸，注意板件的寬厚比，以滿足局部穩(wěn)定的要求。n 5.5 主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算u下弦桿的設(shè)計(jì) 都是受拉桿件，當(dāng)內(nèi)力較大時(shí)一般是靜強(qiáng)度或疲勞強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)；當(dāng)內(nèi)力較小時(shí)，則有剛度控制，其

19、步驟： 靜強(qiáng)度條件 疲勞強(qiáng)度條件 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，毛截面jANminmaxjANN85. 0jmAA n 5.5 主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算u下弦桿的設(shè)計(jì) 選定截面形式并根據(jù)毛截面選配桿件的各部分尺寸 計(jì)算桿件端部所需的連接螺栓數(shù)和初步布置 計(jì)算桿件的毛截面、凈截面、慣性矩及回轉(zhuǎn)半徑 進(jìn)行強(qiáng)度（靜強(qiáng)度或疲勞強(qiáng)度）和剛度驗(yàn)算剛度驗(yàn)算公式 n 5.5 主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算u上弦桿的設(shè)計(jì) 都是受壓桿件，一般是整體穩(wěn)定控制設(shè)計(jì)，其步驟： 選定截面形式并假定桿件長(zhǎng)細(xì)比。 確定整體穩(wěn)定容許應(yīng)力折減系數(shù) 根據(jù)毛截面選配桿件的各板件尺寸 計(jì)算所選界面的實(shí)際截面面

20、積、慣性矩、回轉(zhuǎn)半徑、長(zhǎng)細(xì)比及容許應(yīng)力折減系數(shù)1NAm1n 5.5 主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算u上弦桿的設(shè)計(jì) 進(jìn)行整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定及剛度的驗(yàn)算整體穩(wěn)定剛度驗(yàn)算公式 局部穩(wěn)定1mANtbtbn 5.5 主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算u端斜桿的設(shè)計(jì) 在恒載和活載作用下，端斜桿承受軸向壓力；在橫向力作用下，端斜桿因橋門架效應(yīng)而承受附加軸力和彎矩，因此，端斜桿屬于壓彎構(gòu)件。 端斜桿的設(shè)計(jì)通常按軸心壓桿選配截面，而按壓彎構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算。 整體穩(wěn)定驗(yàn)算 強(qiáng)度驗(yàn)算，受壓翼緣的應(yīng)力1211mmWMAN 2 . 1mmWMANn 6.5 主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算主桁桿件的

21、截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算u端斜桿的設(shè)計(jì) 局部穩(wěn)定 剛度驗(yàn)算公式 tbtbn 5.5 主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算u腹桿設(shè)計(jì)，包括斜桿和豎桿 斜桿設(shè)計(jì)，在豎向荷載作用下，僅承受拉力或承受壓力的斜桿，截面設(shè)計(jì)方法與軸心受拉或軸心受壓桿件相同；對(duì)于承受異號(hào)反復(fù)應(yīng)力的斜桿，除靜力強(qiáng)度、穩(wěn)定性及剛度外，還應(yīng)驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度。 疲勞應(yīng)力為拉-拉循環(huán)或拉-壓循環(huán)以拉為主 疲勞應(yīng)力為拉-壓循環(huán)以壓為主ndtjANNminmaxndptmaxn 5.5 主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算主桁桿件的截面設(shè)計(jì)及驗(yàn)算u腹桿設(shè)計(jì)，包括斜桿和豎桿 豎桿設(shè)計(jì)，豎桿又分為立桿和吊桿 立桿不承受列車荷載，其作用是減少上弦桿在主桁平

22、面內(nèi)的幾何長(zhǎng)度；對(duì)下承式桁架橋，吊桿不僅承受橫梁傳來的豎向荷載而軸向受拉，而且因橫向框架作用在吊桿與橫梁梁端連接處產(chǎn)生彎矩，因此吊桿屬于拉-彎組合桿件。一般先按拉桿確定截面尺寸，然后按拉-彎桿件進(jìn)行疲勞強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算： 立桿一般取與吊桿相同的截面尺寸，不再另行設(shè)計(jì)。ndtminmaxn 5.6 主桁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)主桁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)u節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求 各桿件截面重心線應(yīng)盡量在節(jié)點(diǎn)處交于一點(diǎn)。 桿端螺栓群的合力線也盡量與桿件截面重心線一致。 所有桿件應(yīng)盡量伸入節(jié)點(diǎn)，使節(jié)點(diǎn)板尺寸盡量小。 桿端和節(jié)點(diǎn)板上連接螺栓孔的位置按工廠機(jī)器樣板布置 螺栓群各栓孔之間的距離、栓孔與桿件邊緣的距離應(yīng)符合螺栓布置的有關(guān)要求

23、 弦桿在節(jié)點(diǎn)中心中斷時(shí)，在弦桿內(nèi)側(cè)應(yīng)設(shè)拼接板 為避免不同平面內(nèi)的栓釘釘頭發(fā)生沖突，所有工地安裝螺栓的位置應(yīng)考慮施工時(shí)螺栓扳手工作空間。n 5.6 主桁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)主桁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)u節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求 立柱與上弦桿的連接要考慮拼裝吊機(jī)在上弦工作時(shí)的荷載，端節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要考慮懸臂拼裝和連續(xù)拖拉多孔鋼桁架梁時(shí)相鄰兩孔鋼桁架梁之間臨時(shí)連接桿件的設(shè)置； 節(jié)點(diǎn)內(nèi)不得有積水、積塵的死角及難于油漆和檢查的地方。n 5.6 主桁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)主桁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)u節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的步驟 計(jì)算桿件在節(jié)點(diǎn)板上所需的連接螺栓數(shù) 進(jìn)行弦桿的拼接計(jì)算，確定拼接板的尺寸和連接螺算數(shù) 按照結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式畫出交匯于節(jié)點(diǎn)的各桿件的截面重心軸線。 根據(jù)桿件

24、的截面高度依次畫出弦桿、豎桿及斜桿的外輪廓。 按照節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)栓線網(wǎng)絡(luò)布置各桿件在節(jié)點(diǎn)板上的連接螺栓。n 5.6 主桁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)主桁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)u節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的步驟 從節(jié)點(diǎn)板上最外排螺栓向外推出40-50mm，所得全部連接螺栓的外包線即為節(jié)點(diǎn)板的最小輪廓線。 驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度 驗(yàn)算主力作用下節(jié)點(diǎn)中心處節(jié)點(diǎn)板豎向截面上的法向應(yīng)力 驗(yàn)算主力作用下腹桿與弦桿之間的節(jié)點(diǎn)板水平截面上的剪應(yīng)力 驗(yàn)算斜桿與節(jié)點(diǎn)板連接處節(jié)點(diǎn)板的撕裂應(yīng)力n 5.7 橋面系橋面系u橋面系的構(gòu)造特點(diǎn) 縱橫梁的構(gòu)造 縱、橫梁通常均采用焊接板梁，在縱梁腹板上布置豎向加勁肋，在橫梁受剪的區(qū)段也布置豎向加勁肋。 為了承受側(cè)向水平荷載，在縱梁上翼緣平

25、面內(nèi)布置平縱聯(lián)，在縱梁之間設(shè)橫聯(lián)。 由于端橫梁常起頂梁作用，因此，在端橫梁千斤頂施力處的腹板兩側(cè)布置傳力加勁肋，其下端與下翼緣頂緊，同時(shí)在下翼緣千斤頂施力處焊上一塊鋼板以傳遞千斤頂反力。 桁架橋兩端，縱梁也應(yīng)伸出同樣的長(zhǎng)度以布置橋面。n 5.7 橋面系橋面系u橋面系的構(gòu)造特點(diǎn) 縱、橫梁的梁端連接構(gòu)造 縱梁與橫梁的連接：?jiǎn)尉€鐵路桁架，常把縱、橫梁做成一樣高。在縱梁腹板上設(shè)置一對(duì)連接角鋼與橫梁腹板相連，在縱梁上、下翼緣上各設(shè)一塊魚形板與橫梁及相鄰的縱梁翼緣相連。對(duì)于雙線鐵路或節(jié)間較大的桁架，橫梁受力較大，縱、橫梁采用不等高的形式，縱、橫梁的上翼緣位于同一平面內(nèi)，橫梁下端設(shè)置牛腿以支撐縱梁。 橫梁與

26、主桁的連接：中間橫梁梁端用一對(duì)連接角鋼與主桁節(jié)點(diǎn)相連。當(dāng)橫梁梁端反力較大時(shí)梁端連接所需的螺栓數(shù)多，可在橫梁端上部加焊一塊肱板再用連接角鋼與主桁相連。端橫梁梁端除用一對(duì)連接角鋼與內(nèi)側(cè)端節(jié)點(diǎn)板相連外，還設(shè)有一塊蓋板，將橫梁上翼緣與主桁端節(jié)點(diǎn)板相連以承受梁端彎矩n 5.7 橋面系橋面系u橋面系的構(gòu)造特點(diǎn) 縱梁斷開構(gòu)造 為了減少橫梁由于共同作用所產(chǎn)生的水平彎矩，橋規(guī)規(guī)定跨度大于80m的簡(jiǎn)支桁架橋應(yīng)設(shè)有縱梁斷開。一般縱梁斷開設(shè)置在跨中的一個(gè)節(jié)間內(nèi)?？v梁活動(dòng)端通過一對(duì)特制的支座在短伸臂上，縱梁活動(dòng)端可以縱向滑動(dòng)，也可轉(zhuǎn)動(dòng)。n 5.7 橋面系橋面系u橋面系的構(gòu)造特點(diǎn) 縱梁的內(nèi)力計(jì)算 縱梁和橫梁是橋面系的主要

27、承重結(jié)構(gòu)，橋面荷載和活荷載首先作用在縱梁上，再由縱梁傳遞至橫梁進(jìn)而傳給主桁架。 縱梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁計(jì)算，其跨度等于相鄰橫梁中線之間的距離，其內(nèi)力包括彎矩和剪力?？缰袕澗亓憾思袅pMMM)1 (kpQQQ)1 (n 5.7 橋面系橋面系u橋面系的構(gòu)造特點(diǎn) 橫梁的內(nèi)力計(jì)算 縱梁和橫梁是橋面系的主要承重結(jié)構(gòu)，橋面荷載和活荷載首先作用在縱梁上，再由縱梁傳遞至橫梁進(jìn)而傳給主桁架。 橫梁仍簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁計(jì)算跨中彎矩梁端剪力kpMMM)1 (kpQQQ)1 (n 6.7 橋面系橋面系u橋面系的構(gòu)造特點(diǎn) 縱、橫梁的應(yīng)力驗(yàn)算 縱、橫梁的應(yīng)力驗(yàn)算包括跨中彎曲應(yīng)力和梁端剪應(yīng)力跨中彎曲應(yīng)力梁端剪力橫梁的換算應(yīng)力85.

28、0maxjWM23ChQ 1 . 1322n 5.7 橋面系橋面系u橋面系的構(gòu)造特點(diǎn) 縱梁梁端的連接計(jì)算 剪力全部由連接角鋼承受，而彎矩則由魚形板傳遞連接角鋼的螺栓數(shù)目魚形板與縱梁翼緣連接所需螺栓數(shù)目魚形板截面尺寸，還要滿足疲勞強(qiáng)度條件bvNNn1 . 1bvNSn0n 5.7 橋面系橋面系u橋面系的構(gòu)造特點(diǎn) 橫梁梁端的連接計(jì)算橫梁梁端連接角鋼與橫梁腹板相連的螺栓數(shù)目橫梁梁端連接角鋼與主桁相連的螺栓數(shù)目bvNNn1 . 1bvNNn2 . 1n 5.7 橋面系橋面系u橋面系的構(gòu)造特點(diǎn) 頂梁計(jì)算 鋼梁在安裝或運(yùn)營(yíng)中，常需要將梁頂起。對(duì)于簡(jiǎn)支鋼桁梁來說，一般是在端橫梁下，安置兩臺(tái)油壓千斤頂，同步頂

29、起。驗(yàn)算時(shí)，考慮到兩臺(tái)千斤頂可能發(fā)生頂力不均或其偶然因素，有可能增大頂梁的內(nèi)力。因此，驗(yàn)算時(shí)，為了安全起見，常將起頂重量增加30%，容許應(yīng)力為 。 2 . 1n 5.7 橋面系橋面系u橋面系的構(gòu)造特點(diǎn) 由于主桁弦桿與橋面系共同作用所引起的縱、橫梁內(nèi)力的計(jì)算 當(dāng)主弦桿變形時(shí)，橋面系的縱梁也隨弦桿一起變形。對(duì)下承鋼桁架橋，縱梁伸長(zhǎng)，橫梁將因縱梁軸力的作用在水平方向產(chǎn)生彎曲。 計(jì)算假定 不考慮縱向聯(lián)結(jié)系參與共同作用的影響； 縱梁鉸接于橫梁，縱梁只承受軸向力，橫梁固支于主桁 各節(jié)間弦桿變形相等，計(jì)算弦桿變形時(shí)，不考慮因共同工作對(duì)弦桿的減載。n 5.8 聯(lián)結(jié)系聯(lián)結(jié)系u平縱聯(lián) 平縱聯(lián)是水平面內(nèi)連接主桁上弦

30、節(jié)點(diǎn)及下弦節(jié)點(diǎn)的平面桿系結(jié)構(gòu)，分為上平縱聯(lián)和下平縱聯(lián)。 平縱聯(lián)的受力較為復(fù)雜。一方面，在橫向附加力作用下，平縱聯(lián)的弦桿和腹桿都將產(chǎn)生內(nèi)力；另一方面，由于主桁弦桿與平縱聯(lián)的共同作用，當(dāng)主桁弦桿變形時(shí)也會(huì)在平縱聯(lián)的腹桿中產(chǎn)生內(nèi)力。 要考慮兩種內(nèi)力的最不利組合，這節(jié)考慮第二種情況。n 5.8 聯(lián)結(jié)系聯(lián)結(jié)系u平縱聯(lián) 由于主桁弦桿與平縱聯(lián)共同作用所引起的平縱聯(lián)桿件內(nèi)力的計(jì)算 具有交叉式腹桿體系的平縱聯(lián)，斜桿內(nèi)力 當(dāng)橋面系橫梁兼作平縱聯(lián)橫撐時(shí)，斜桿內(nèi)力 橫撐內(nèi)力：332cossin21cossdpddssdAAAAAANN3322cossin41sin6 . 0cossdbdbssddAAAAANANsin)(rightdleftdpNNNn 5.8 聯(lián)結(jié)系聯(lián)結(jié)系u平縱聯(lián) 平縱聯(lián)桿件的內(nèi)力組合 組合1：橋上有車時(shí)恒載+活載作用下的共同作用力按主力計(jì)算，容許應(yīng)力為 組合2：恒載作用下的共同作用力+橋上無車時(shí)風(fēng)力所產(chǎn)生的內(nèi)力按主力+附加力計(jì)算，容許應(yīng)力為 組合3：恒載+活載作用下的共同作用力+橋上有車時(shí)風(fēng)力（或搖擺力）所產(chǎn)生的內(nèi)力按主力+附加