1、桥梁工程下承式简支桁架桥下承式简支栓焊桁架桥主讲内容：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)概述（应用、组成、主要尺寸、分析原理）主桁杆件的内力计算及相关计算主桁节点的连接和拼接桥面系和连接系桁架桥挠度、上拱度设置支座相关算例说明桥梁工程第一节 概述1.下承式简支桁架桥应用桁架桥同混凝土桥梁相比自重轻，跨越能力大，结构形式合理，实用性强。下承式栓焊简支钢桁梁在铁路桥梁中应用较多，特别是在32m80m的中等跨度的桥梁应用最为广泛，基本上在铁路桥梁中中等跨度的桥梁中占有绝对地位。桥梁工程2.下承式简支桁架桥各组成部分及其作用下承式栓焊简支钢桁梁由五个部分组成：主桁、桥面、桥面系、联结系和支座。
2、桥梁工程下承式钢桁梁桥桥梁工程下承式简支钢桁梁桥桥梁工程下承式半穿钢桁梁桥桥梁工程下承式半穿钢桁梁桥桥梁工程下承式双线简支钢桁梁桥（三堆子金沙江大桥）桥梁工程主桁 纵梁、横梁及纵梁之间的联结系杆、腹杆及节点组成。倾斜的腹杆称为斜杆，竖直的腹桥面系是指 是钢桁梁的主要承重结构，它由上弦杆、下弦联结系是指上平纵联、下平纵联、桥门架、中间横联 杆称为竖杆，杆件交汇的地方称为节点。桥梁工程铁路明桥面主要由正轨、护轨、桥枕、护木、钩螺栓及人行道组成。支座是连接上部钢梁与下部基础并传递荷载的构造。特别说明：对于上承式钢桁梁的桥面系设在主桁上弦，主桁上、下弦长度相等。其构造同下承式钢桁梁桥梁工程主桁结构桥梁
3、工程主桁结构桥梁工程主桁节点桥梁工程桥面系桥梁工程桥面系桥梁工程桥面系桥梁工程纵梁与横梁的连接桥梁工程纵梁与横联的连接桥梁工程上平纵联桥梁工程上平纵联桥梁工程上平纵联、横联、桥门架桥梁工程下平纵联桥梁工程下平纵联与主桁节点的连接桥梁工程中间横联桥梁工程桥面桥梁工程纵梁横梁主桁节点主桁杆件支座墩台。横向水平荷载：包括风力、列车横向摇摆力、曲线桥的离心力。横向水平荷载由平纵联承受，作用在上平纵联上的横向水平力先传给桥门架，再由桥门架传到支座和墩台上去，下平纵联直接通过支座传给墩台。桥梁工程3.下承式栓焊简支钢桁梁荷载传递途径竖向荷载：主要是列车竖向荷载，包括列车的动力荷载。桥面竖向荷载制动力四根附
4、加的短斜杆（制动撑杆）O及O点平纵联斜杆主桁节点主桁固定支座。桥梁工程纵向荷载：桥上列车变速引起的制动力或牵引力。4.主桁几何图示选择主桁几何图示时应考虑的因素a.应满足桥上运输及桥下净空的要求；b.节约钢材；c.便于制造、运输、安装和养护；d.美观。总之，具体问题（地形、地质、水文、气象、运输条件等）具体分析。桥梁工程几何图式的选用主桁的几何图示与腹板形式有关，考虑节约钢材、制造安装美观等因素，我国过去制造上采用机械样板钻孔，工地连接，因此选取的主桁几何图示，是按机械样板的要求选择的。对铁路下承式栓焊桁架桥的标准设计中，48m、64m、80m跨度的钢桁梁采用平弦三角形腹杆体系桁架；80m、9
5、6m、112m、128m采用上弦且为折线和三角再分形的桁架图示。当然，也有其他结构的腹杆体系，如“N”型、“米”型等。桥梁工程桥梁工程三角形腹杆体系桥梁工程上弦为折线腹杆体系三角再分形腹杆体系桥梁工程米型腹杆体系桥梁工程N型腹杆体系现在钢梁制造上已经摆脱机器样板的约束，采用程序控制钻孔，随着计算理论和计算方法的不断提高，钢桁梁的几何图示也会更加的丰富。桥梁工程桥梁工程无竖杆三角形腹杆体系桥梁工程无竖杆三角形腹杆体系桥梁工程无竖杆三角形腹杆体系5 主桁主要尺寸主桁高度上下弦杆中心距。考虑因素：刚度要求，桥上净空，经济一般规定：约为跨长的1/51/10（经济高度）。标准设计中，三角形腹杆体系桁架桥
6、采用的11m（单线铁路）；米字形腹杆体系桁架桥采用16m（双线）。桥梁工程桥梁工程标准设计桁架桥主桁高度节间长度是指水平弦杆两个节点间的长度。主桁的节间长度影响到桥面系重量和弦杆拼接数量，与桁高和斜杆的倾角也有直接的关系。一般规定：下承式桁梁节间长度为5.512m或为桁高的0.81.2倍。标准设计中采用8m，非标准设计常采用4m、6m、12m。桥梁工程斜杆倾度与桁高、节间长度有关，斜杆轴线与竖直线的交角以在3050范围内为宜。两主桁的中心矩下承式简支桁架桥两主桁的中心矩考虑：a.横向刚度：两主桁的中心矩与跨度之比；b.桥上净空要求（4.88m单线；8.88m双线）列车提速后，为了增加桥梁的横向
7、刚度，减少横向振幅，新的标准设计，两主梁的中心距，单线6.4m；双线10.0m。桥梁工程bh桥梁工程主桁杆件的截面形式主桁杆件的截面形式有H形、王形和箱形；我国钢桥设计中，H形杆件：b有460、600、720mm几种；h有260、440、600、760、920、1100mm。H形杆件桥梁工程H形杆件桥梁工程桥梁工程盖板腹板纵肋王字形杆件箱形杆件桥梁工程王形和箱形杆件桥梁工程箱形杆件的构造桥梁工程箱形杆件桥梁工程箱形杆件桥梁工程第二节 主桁杆件内力计算主讲内容：(1)桁架桥杆件内力计算的基本原理(2)主力作用下主桁杆件内力计算；(3)横向附加力作用下的主桁杆件内力计算；(4)制动力作用下的主桁杆
8、件内力计算；(5)主桁杆件计算内力的确定。桥梁工程1.桁架桥杆件内力计算的基本原理桁架空间结构桥梁工程桁架分解成的平面结构将桥跨的空间桁架结构分成若干个平面桁架结构：主桁、纵梁、横梁、平纵联、横向联结系和桥门架。桥梁工程第九章 下承式简支桁架桥将平面桁架结构中各杆件的轴线所形成的图形作为计算图式。将节点（刚性连接）视为铰接。当同一杆件是几个平面结构所共有时，需先将它在各个平面桁架内的内力求出，然后求代数和，作为其计算内力。桥梁工程当由于将实际结构转化为各个平面计算模型产生的误差较大时，需要进行必要的校正：a.由于主桁弦杆变形所引起的平纵联杆件的内力。b.桥面系的纵、横梁和主桁弦杆的共同作用产生
9、的内力c.由横梁、主桁竖杆和横向联结系的眉杆所构成的横向框架桥梁工程d.节点刚性连接引起的主桁杆件附加应力（次应力），设计时，主桁杆件截面高度与其长度之比在连续桁梁中大于1/15时，简支桁梁中大于1/10时，应计算由于节点刚性所产生的次应力。桥梁工程2、作用在主桁杆件的力使主桁杆件产生内力有：主力和附加力主力：包括恒载、列车竖向活载、列车横向摇摆力、弯道桥的离心力。附加力：包括风力、制动力或牵引力。铁桥规规定：桥梁设计时仅考虑主力与一个方向的附加力相结合。桥梁工程13、主力作用下主桁杆件内力计算（1）恒载假定恒载包括桥跨自重 p（主桁、联结系、桥面系）和桥面重量 p2（桥枕、钢轨、人行道等）。
10、a.桥跨自重 p1方法之一：根据已有的设计资料估算（设计手册）；方法之二：根据已有的设计资料推算，推算方法如下：k1 0k0 1p1=p0桥梁工程k1 0k0 1p1=p0其中 p1 、k1、1 拟设计的桥跨结构的自重、换算均布荷载及基本容许应力；p0 、k0、0 原设计中相同跨度的桥跨自重、换算均布荷载及基本容许应力。桥梁工程b.桥面重量p2明桥面（包括双侧人行道）：当木步行板时，单线=8KN/m，双线=15KN/m；当为钢筋混凝土或钢步行板时，单线=10KN/m，双线 =17KN/m。当采用有砟桥面，桥面重量需进行道砟板、道砟、轨枕和钢轨等的计算，规范中没有规定。c.每片主桁计算恒载强度p
11、=(p1+p2)2桥梁工程（2）主桁杆件影响线及面积计算利用结构力学知识分别绘出上下弦杆、斜杆、竖杆及支点反力影响线，然后根据影响线求出影响线面积。领着同学们简单复习一下简支桁架桥影响线的绘制。桥梁工程弦杆影响线a.影响线的绘制桥梁工程斜杆影响线桥梁工程竖杆影响线支座反力影响线桥梁工程1 m d11(n m 1)db.影响线面积计算根据影响线求出影响线面积：弦杆：斜杆：竖杆：支座反力：=l1l2=2H22 n 1 sin22 n 1 sin =dl2=桥梁工程(（3）恒载作用下主桁杆件内力计算N p=p其中 p 均布恒载强度（每片主桁的）；杆件内力影响线面积的代数和。（4）活载作用下主桁杆件内
12、力计算Nk =(1+)Nk =(1+)kNk=1+f)Nk=(1+f)k桥梁工程其中采用双线活载总和对双线桥中承受局部活载的杆件，如竖杆和纵、横梁等，采用双线活载总和的100%；纵坐标位置 及加载长度l 求得;说明：对双线主桁的弦杆和斜杆，的90%；kk桥梁工程 Nk静活载作用下的主桁杆件内力，Nk =ka.k 换算均布荷载（每片主桁的），按影响线最大桥梁工程当计算杆件的疲劳荷载时，双线桁桥的主桁杆件（受局部荷载的杆件除外），按单线偏心加载，并用杠杆分配于两主桁，并以双线系数 d 修正，双线系数 d 应符合铁桥规规定，见书中表4.3.2.b.杆件内力影响线加载部分的面积（正负分开考虑）数考虑列
13、车过桥时的动力作用，动力系数采用当进行杆件的疲劳检算，不采用进行强度设计时采用的动力系数，而应采用运营动力系数：()(1+)、1+f2840+L(1+)=1+(1840+L1+f)=1+桥梁工程活载的动力(冲击)系数、运营动力系a.引入车车辆轴重的增加。b.使现行设计的钢桥能在一定时期内满足机车车辆轴重增加的方法：一种是让设计中用的活载等级大于现在运转的活载等级；一种是让设计容许应力小于实际的容许应力。我国使用的方法是上述后者。目的：使现行设计的钢桥能在一定时期内满足机活载发展系数桥梁工程(特别说明活载发展系数是用在使设计的桥梁各部件在强度检算时，能承受的活载均匀，对疲劳损伤没关系。所以在疲劳
14、内力组合中，不考虑活载发展系数。Nk =(1+)Nk =(1+)kNk=1+f)Nk=(1+f)k桥梁工程c.活载发展系数的推导显而易见，按一定等级的中活载和基本容许应力,设计出来的钢桥实际上能承担更高等级的荷载。这个实际上能承担的更高等级的活载对设计活载的比值就是我们为该桥预留的活载发展倍数n，其值可用下法求出。设计钢桥时，规范规定在主力作用下的基本容许应力，但其实际上可供使用的应力则是 =m。桥梁工程表示恒载使该杆件所受的内力，表示静活载使该杆所受的内力，（1）若以 A 表示桁架杆件的计算截面积，N pNk表示动力系数，为设计基本容许应力，则N p+Nk(1+)A=桥梁工程（2）其中N p
15、+nNk(1+)A=联立（1）、（2）可得：（3）=(+1)1)a+n=(N pNk(1+)N pNk(1+)a=桥梁工程若干年后，当有更大的活载运行而需对此桥跨进行检定时，A 和 N p 是不变的，仅 Nk将加大到 nNk。此时，检定的容许应力应该用实际容许应力=m，而不再预留活载发展余量。于是可得下式a=若把 =m 代入（3）式得：n=(m1)a+m而变化，aN值大,也就是恒载内力 N p 大，n也就较大。对同一桥跨的不同杆件，由于a值(恒载内力与活载内力的比值)是不相等的，故n值也不一样。因此，若按公式(1)用基本容许应力 来设计钢桥则在若干年后，在更高等级的活载作用下，用检定容许应力
16、=m 来检定该钢桥时，就会发现，桁架各杆件的承载能力并不相等 p值大(即n值大)的杆件能承受的活载大些，N p值小(即n值小)的杆件能承受的活载小些。N pNk(1+)根据上式，预留活载发展倍数n随值 a桥梁工程（4）于是得（5）N p+Nk(1+)A=桥梁工程由于桁架中任一主要受力杆件的退出工作就意味着整个桁架不能继续使用。因此，整个桁架的承载能力将由承载力最小的杆件来控制，这就使其他较强杆件的强度不能充分发挥。显然，这样的设计是不合理的。为了解决这个矛盾，使各杆件具有相同的活载发展倍数n，采取的方法将(1)中活载内力一项进行调整，即将其乘以活载发展系数 ，然后根据调整后的公式来设计，N p
17、+Nk(1+)A=对活载发展预留量较小的那些杆件，在设计时加大其计算内力，即将活载内力 Nk 乘以大于1的系数 ，使其与全桥预留活载发展倍数最大的那根杆件强度相等。对预留活载发展倍数最大的杆件，则不再加大，即 =1，这样，各杆件内力乘以 后，各杆件能得到相同的预留活载发展倍数。桥梁工程=1+(amax a)将设计时用的(5)式与检定时用的(2)式联立，可得+=(m1)a+m（6）N pNk(1+)1)n=(各杆件的预留活载发展倍数相同，可得n=nmaxn=(m1)a+m=(m1)amax+m1当 m=1.216桥梁工程简支桁架桥，弦杆值可写成值值最大，即=pk(1+)pk(1+)a=N pNk
18、(1+)a对于同一桁架桥，p值是常数，故杆件的 k 值小者，其aa就大。简支桁架的跨中弦杆(k=k0.5 )最小，故其pk0.5(1+)amax =桥梁工程在设计时引用了，各杆件在检定时就能够表现为承载力彼此一致。达到使各杆件具有相同的活载发展倍数。特别说明：承受反复应力的斜杆，其桥梁工程a 值可能出现负值。计算 值时，可将其负号一并代入对大跨度钢桥，由于其恒载大，故弦杆的 amax 值也较大。由式(6)可见，大跨度钢桥将预留较大的活载发展倍数n，就是说，它具有较大的检定活载等级。相反，对中、小跨度桥预留的活载发展倍数就小，将来活载加大时，首先是中、小跨度梁需要更换，然后才是大跨度梁的更换，这
19、样分期分批更换给换梁加固工作的安排带来很大方便。（5）横向摇摆力作用下的主桁杆件内力列车横向摇摆力应取100kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面。对于多线桥只计算任一线的横向摇摆力。空车时应考虑横向摇摆力。横向摇摆力在纵向联结系的分配系数：桥面系所在的平面1.0，另一平面0.2。现以求钢桁梁E2E4和A1A3的横向摇摆力为例说明桥梁工程在横向摇摆力作用下的内力为100kNN摇=M 0/B100kN0.2桥梁工程求钢桁梁E2E4和A1A3的横向摇摆力的计算模型按影响线加载法计算E2E4和A1A3所受的力，取杆件节间中距支座较远的点o为力矩中心，按简支梁在o作用集中力100kN和1000.2kN，求o点的弯矩，根据力矩平衡，杆件（6）主力(恒载+活载+横向摇摆力)作用下的主桁杆件内力N=p+(1+)k+N摇当进行疲劳检算时，疲劳荷载组合包括设计荷载中的恒载加活载（包括冲击力、离心力，但不考虑活载发展系数）。故疲劳检算时的杆件内力的计算公式为：N =p+(1+f)k+N摇桥梁工程
陕公网安备 61072602000132号 违法和不良信息举报：0916-4228922