第八章 鋼梁的制造與架設(shè)

第八章鋼梁的制造和架設(shè)1《橋梁工程》第八章第一節(jié)鋼橋概述

一般地，將橋跨結(jié)構(gòu)用鋼制成，無論其墩臺(tái)用什么材料建造，均可稱之為鋼橋。與常用的其它建筑材料相比，鋼材是一種抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度均較高的勻質(zhì)材料，而其重量則相對(duì)較輕。因此，鋼橋具有很大的跨越能力。當(dāng)要建造的橋梁跨度特別大，荷載特別重，采用其它建筑材料來建造橋梁有困難時(shí)，一般常采用鋼橋。

鋼橋的基本特點(diǎn)：

①構(gòu)件特別適合用工業(yè)化方法來制造，便于運(yùn)輸，工地的安裝速度也快，因而鋼橋的施工工期較短；②鋼橋在受到破壞后，易于修復(fù)和更換；③耐候性差、易銹蝕，鐵路鋼橋采用明橋面時(shí)噪聲大，維護(hù)費(fèi)用高。本節(jié)所討論的鋼橋主要以鐵路鋼橋?yàn)橹鳌?《橋梁工程》第八章一、鋼橋所用的材料鋼種－碳素鋼（含碳量為0.03~0.25%的鋼）、低合金鋼（各種合金元素總含量不超過3％的鋼）鋼材形狀－工字鋼、角鋼、槽鋼、管鋼，方鋼，T形鋼（型材）和鋼板（板材）橋梁鋼與結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)－碳素鋼（A3，A3q等），現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)：GB700－88低合金鋼（16Mn,15MnVN等），現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1591－94鋼的工藝要求和使用要求－對(duì)鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能的要求化學(xué)成分－合金元素：碳、錳、硅等，有害雜質(zhì)：硫、磷等，表6－1，對(duì)鋼的可焊性的一種評(píng)估機(jī)械（力學(xué)）性能拉伸試驗(yàn)（屈服點(diǎn)、延伸率、抗拉強(qiáng)度）冷彎試驗(yàn)：工藝指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)沖擊試驗(yàn)：夏比（V形缺口）試件，鋼橋抗脆斷性能疲勞試驗(yàn)

（與構(gòu)造有關(guān)）3《橋梁工程》第八章

力學(xué)性能曲線鋼拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線

沖擊值與溫度關(guān)系曲線

4《橋梁工程》第八章二、鋼橋的連接鋼橋連接指：包括將型鋼、鋼板組合成桿件與部件，也包括將部件及桿件連接成鋼橋整體連接方式有：銷接、鉚接、焊接、栓接鉚接：常用鉚釘直徑為22及24mm。鉚接是將半成品鉚釘加熱到1050-1150℃，塞入釘孔，利用鉚釘槍將釘身礅粗填滿釘孔，并將另一端打成釘頭。

5《橋梁工程》第八章焊接第二次世界大戰(zhàn)后，在鋼梁制造引進(jìn)了焊接技術(shù)。焊接結(jié)構(gòu)的截面無孔削弱，比鉚接結(jié)構(gòu)省料，加工快，且可改善工人工作環(huán)境，但在野外高空作業(yè)時(shí)受到一定的限制。焊接指用電焊機(jī)等設(shè)備通過電能將被焊鋼材和焊接材料熔化，形成一條焊縫把兩個(gè)部件連接在一起。焊縫主要有兩種，即熔透的對(duì)接焊縫和不熔透的角焊縫焊接方法有自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊和手工焊。

6《橋梁工程》第八章栓接（高強(qiáng)度螺栓連接）栓接是將已在工廠焊接好的桿件與部件運(yùn)送到工地后，用高強(qiáng)度螺栓拼裝連接成鋼橋整體。摩擦式高強(qiáng)度螺栓連接－桿件或構(gòu)件內(nèi)力N是通過鋼板與拼接板表面的摩擦力來傳遞的。這一摩擦力則是由于高強(qiáng)度螺栓擰緊后，對(duì)鋼板束施加了強(qiáng)大的夾緊力P產(chǎn)生的。扭矩法擰緊工藝栓焊鋼橋1高強(qiáng)度螺栓２高強(qiáng)度螺母３高強(qiáng)度墊圈４拼接板5桿件

7《橋梁工程》第八章橋例：成昆線三堆子金沙江橋1969年，簡(jiǎn)支鋼桁梁，192m8《橋梁工程》第八章橋例：枝城長江大橋位于湖北省宜都縣的焦枝鐵路線上，為公路鐵路兩用的連續(xù)鋼桁梁橋鐵路和公路設(shè)于桁架下弦同一平面上，桁架間為雙線鐵路，外側(cè)各有５ｍ寬單車道公路及1.45ｍ寬人行道鐵路橋全長1742.3ｍ，公路橋全長1755.8ｍ。正橋9孔，由1聯(lián)4×160ｍ帶下加勁弦桿的平行弦菱形桁架梁橋和1聯(lián)5×128ｍ平行弦菱形桁架梁橋組成。在國內(nèi)鐵路橋上首次采和斜拉索單層吊索架懸臂拼裝法架設(shè)1971年建成9《橋梁工程》第八章橋例：成昆線瀘沽安寧河橋1970年，剛性桁梁柔性拱，112m10《橋梁工程》第八章宜賓金沙江大橋

該橋?yàn)殍F路單線特大橋，全長1,065米,一聯(lián)3孔112+176+112米連續(xù)鉚接鋼桁梁，1968年11《橋梁工程》第八章長垣東明黃河鐵路大橋

該橋全長10.3公里，為9孔96m簡(jiǎn)支鋼桁梁和一聯(lián)4×108.0m連續(xù)鋼桁梁及一聯(lián)3×108.0m連續(xù)鋼桁梁，全長1634.21m，僅用二十個(gè)月全部建成，平均和每月成橋500米，創(chuàng)造了國內(nèi)高速建橋的紀(jì)錄。此橋也是亞洲最長的大橋，1985年建成。12《橋梁工程》第八章孫口黃河大橋

該橋是京九鐵路重要工程之一，四聯(lián)4×108米雙線鐵路鋼桁梁，全長1,735.2米，用鋼13,600噸，主桁采用三角形桁架，上、下弦桿和支點(diǎn)處斜桿采用箱形截面，其余斜腹桿為工字形截面。該橋系中國首次采用整體節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，1997年建成13《橋梁工程》第八章第二節(jié)鋼板梁橋一、常用的幾種板梁橋上承式板梁橋，下承式板梁橋，結(jié)合梁橋

1、上承式板梁橋主要承重結(jié)構(gòu)－兩片工字截面的板梁主梁之間的桿件聯(lián)結(jié)－上平縱聯(lián)，下平縱聯(lián)，橫聯(lián)明橋面－主要由橋枕、護(hù)木、正軌、護(hù)軌等組成適用范圍－當(dāng)跨度小于40m左右時(shí)，鋼板梁橋比鋼桁梁橋經(jīng)濟(jì)，因此，小跨度的鋼橋常用板梁橋。上承式板梁橋的構(gòu)造較簡(jiǎn)單，鋼料也較省，可以整孔裝運(yùn)，整孔架設(shè)，因此，它是用得最多的一種鋼板梁橋。

14《橋梁工程》第八章上承式板梁橋組成及橫斷面圖15《橋梁工程》第八章32米全焊鋼粱構(gòu)造16《橋梁工程》第八章2、下承式板梁主要承重結(jié)構(gòu)－兩片工字截面的板梁聯(lián)結(jié)系－設(shè)下平縱聯(lián)，無上平縱聯(lián)和橫聯(lián)，但加設(shè)肱板橋面系－縱梁和橫梁橋面－不是擱置在主梁上，而是擱置在縱梁上。特點(diǎn)－建筑高度h（自軌底至梁底）小，用料較多，制造也費(fèi)工。17《橋梁工程》第八章下承式板梁橋組成及橫斷面圖18《橋梁工程》第八章3、結(jié)合梁橋結(jié)合梁橋－用抗剪結(jié)合器或其他方法將混凝土橋面板與其下的鋼板梁結(jié)合成一整體的梁式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)－混凝土橋面板參加鋼板梁上翼緣承受壓應(yīng)力的工作，提高了橋梁抗彎強(qiáng)度，從而可以節(jié)省用鋼量或降低建筑高度。公路結(jié)合梁橋鐵路結(jié)合梁橋（一般用于陡坡急彎地段）抗剪器公路：型鋼，連接銷鐵路：聯(lián)結(jié)角19《橋梁工程》第八章公路結(jié)合梁橋20《橋梁工程》第八章鐵路結(jié)合梁橋構(gòu)造圖21《橋梁工程》第八章抗剪器22《橋梁工程》第八章橋例：石家莊南二環(huán)鋼箱公路橋最大跨度96m，開口鋼箱Φ22×170剪力釘1999年竣工23《橋梁工程》第八章二、上承式板梁橋的計(jì)算結(jié)構(gòu)－由主梁、上平縱聯(lián)和下平縱聯(lián)、端橫聯(lián)和中間橫聯(lián)等組成的空間結(jié)構(gòu)荷載－豎向荷載（恒載和活載）和橫向荷載（包括風(fēng)力、列車搖擺力，在彎道橋則還有離心力）簡(jiǎn)化計(jì)算方法－將橋跨結(jié)構(gòu)劃分為若干個(gè)平面結(jié)構(gòu)，每個(gè)平面結(jié)構(gòu)只承受作用在該平面上的力。（豎向荷載由兩片主梁承受，橫向荷載由上、下平縱聯(lián)承受）計(jì)算內(nèi)容板梁橋主要尺寸的擬定（計(jì)算跨度、主梁高度和主梁中心距）主梁內(nèi)力分析應(yīng)力（彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度、焊縫應(yīng)力、主應(yīng)力等）驗(yàn)算梁的總體穩(wěn)定和板的局部穩(wěn)定驗(yàn)算腹板加勁肋的布置及其應(yīng)力、穩(wěn)定性驗(yàn)算

24《橋梁工程》第八章第三節(jié)下承式簡(jiǎn)支桁架橋一、簡(jiǎn)支桁架橋各組成部分及其作用組成－橋面、橋面系、主桁、聯(lián)結(jié)系和支座橋面－明橋面（正軌、護(hù)軌、橋枕、護(hù)木、鉤螺栓及人行道）橋面系－縱梁、橫梁及縱梁間的聯(lián)結(jié)系主桁－由上弦桿、下弦桿、腹桿（斜桿，豎桿）及節(jié)點(diǎn)組成聯(lián)結(jié)系－水平縱向聯(lián)結(jié)系（簡(jiǎn)稱平縱聯(lián)，分上平縱聯(lián)，下平縱聯(lián)）25《橋梁工程》第八章鐵路下承式簡(jiǎn)支桁架橋各組成部分26《橋梁工程》第八章鐵路下承式簡(jiǎn)支桁架橋各組成部分（續(xù)）27《橋梁工程》第八章鐵路上承式鋼桁梁組成部分28《橋梁工程》第八章二、主桁的幾何圖式29《橋梁工程》第八章三、主桁的主要尺寸桁高－經(jīng)濟(jì)高度，桁高的1/5~1/10，滿足橋上凈空要求節(jié)間長度－一般為桁高的0.8~1.2倍斜桿傾度－與豎直線的交角在30°~50°范圍內(nèi)為宜主桁中心距－不應(yīng)小于跨長的1/20，滿足橋上凈空要求主桁尺寸與主桁圖式有密切關(guān)系，各主要尺寸之間也相互關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)－跨度為48、64、80m時(shí)，主桁采用三角形桁架，桁高11m，節(jié)間長度8m，主桁中心距5.75m，斜桿傾度在30°~50°范圍內(nèi)30《橋梁工程》第八章桿件截面形式及選擇桿件截面：H型和箱形H型：構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于施焊，焊接變形較易控制，截面對(duì)x-x軸的回轉(zhuǎn)半徑?。怀Ｒ娦褪较湫危嚎古偠却?，制造較費(fèi)工31《橋梁工程》第八章四、桁架內(nèi)力分析原理簡(jiǎn)化：空間結(jié)構(gòu)→平面結(jié)構(gòu)（兩平面結(jié)構(gòu)所共有桿件的內(nèi)力疊加）（半）剛性連接→鉸接，計(jì)算內(nèi)力的修正橫向框架次應(yīng)力效應(yīng)主桁下弦桿伸長對(duì)縱、橫梁的影響32《橋梁工程》第八章五、桁架桿件內(nèi)力計(jì)算要點(diǎn)主桁桿件內(nèi)力（桿件內(nèi)力影響線→恒載、活載加載→桿件截面選擇→驗(yàn)算）縱、橫梁內(nèi)力（按兩端簡(jiǎn)支）橫向附加力（風(fēng)力、列車橫向搖擺力等）產(chǎn)生的內(nèi)力（計(jì)算對(duì)象為平縱聯(lián)和橋門架）縱向水平力（制動(dòng)力或牽引力）產(chǎn)生的內(nèi)力（計(jì)算對(duì)象為下平縱聯(lián)和下弦桿）33《橋梁工程》第八章構(gòu)造示例（主桁節(jié)點(diǎn)）傳統(tǒng)主桁節(jié)點(diǎn)主桁整體節(jié)點(diǎn)，長東黃河二橋，鋼桁梁，跨度為3×108m﹢9×96m，1999年5月竣工34《橋梁工程》第八章構(gòu)造示例（續(xù)，傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)）35《橋梁工程》第八章構(gòu)造示例（續(xù)）36《橋梁工程》第八章第四節(jié)鋼橋制造及架設(shè)一、鋼橋制造

作樣－制作樣板，樣桿、樣條號(hào)料－利用樣板、樣桿、樣條在選用的材料上劃線，號(hào)孔（樣沖）切割－將號(hào)好的料用精密切割、手工氧切或剪切制成整備的零件矯正－將切割好的零件，滾壓整平，加工矯正（以上為預(yù)處理）邊緣加工－根據(jù)要求對(duì)零件的邊緣進(jìn)行刨或銑，使外觀整齊美觀制孔－用覆蓋式樣板或立體式機(jī)器樣板在零件上進(jìn)行鉆孔組焊－將整備好的零、部件放入組裝胎型中，用點(diǎn)焊組裝成型焊接－按規(guī)定的焊接方法和工藝施焊整形－可用機(jī)械冷矯或用火焰熱矯，矯正焊接殘余變形檢驗(yàn)－對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波和X光檢查試裝－取有代表性的結(jié)構(gòu)在工廠進(jìn)行試拼裝最后噴沙除銹、涂裝、發(fā)送工地37《橋梁工程》第八章制造示例（預(yù)處理）預(yù)處理生產(chǎn)線：鋼板整平、除銹、涂底漆

輥壓機(jī)工作示意

38《橋梁工程》第八章制造示例（切割）鋼板剪切示意

角鋼剪切示意

手工焰切數(shù)控多頭切割機(jī)39《橋梁工程》第八章制造示例（矯正）←角鋼矯正機(jī)示意

↑馬刀形彎曲及火焰矯正

↑頂彎機(jī)工作示意

→火焰矯正

40《橋梁工程》第八章制造示例（邊緣加工）刨邊機(jī)41《橋梁工程》第八章制造示例（制孔）覆蓋式機(jī)器樣板及鉆孔套

數(shù)控鉆床

搖臂鉆床

42《橋梁工程》第八章制造示例（焊接）半自動(dòng)埋弧焊桿件組焊43《橋梁工程》第八章制造示例（整形）↑H形桿件的焊接變形

↓H形桿件矯正機(jī)示意

←鋼梁矯正

44《橋梁工程》第八章制造示例（試裝）鋼桁梁試拼裝（九江大橋第一聯(lián)）45《橋梁工程》第八章二、鋼橋架設(shè)鋼橋跨的構(gòu)件由制造工廠運(yùn)抵橋址以后，必須架設(shè)到設(shè)計(jì)位置上，牢固支承連接，準(zhǔn)備好橋面和其它必要設(shè)施，才能行車。這部分施工工作，總稱為安裝（或架設(shè)）。安裝關(guān)鍵環(huán)節(jié)：把一定長、大、重的分散構(gòu)件在空間妥善支承、組裝、連接，形成能承重的橋跨，包含提升、跨越橋孔，在橋軸線上就位等工序。安裝要求：完成的結(jié)構(gòu)，輪廓正確平順，部件銜接密貼，孔眼圓整對(duì)齊、扣件傳力均勻。對(duì)鋼梁安裝起決定性影響的因素有：①橋址的地形條件；②橋址的氣象條件；③橋梁的技術(shù)條件常采用的安裝方法：懸（伸）臂法，拖拉（推頂）法，浮運(yùn)法等。需要結(jié)合具體情況，選擇合理有利的安裝方法。安裝前的準(zhǔn)備工作：安裝圖表（結(jié)構(gòu)圖紙、拼裝順序圖、預(yù)拼圖紙、輔助設(shè)施構(gòu)造圖紙、施工組織圖表等）和場(chǎng)地布置46《橋梁工程》第八章鋼橋架設(shè)：懸臂法簡(jiǎn)支桁梁半懸臂安裝示意圖

臨時(shí)桿件吊機(jī)47《橋梁工程》第八章鋼橋架設(shè)：懸臂法（南京長江大橋）48《橋梁工程》第八章減小懸臂內(nèi)力和撓度的措施一、臨時(shí)加固伸臂支點(diǎn)附近的桿件（見前）二、臨時(shí)加固伸臂支點(diǎn)附近的梁體

49《橋梁工程》第八章減小懸臂內(nèi)力和撓度的措施（續(xù)）三、輔助吊索塔架（單層或雙層）

九江長江大橋雙層輔助吊索塔架50《橋梁工程》第八章減小