《钢桥设计》3钢桁架桥.ppt
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1、钢桥设计3-钢桁架桥,钢桥设计3-钢桁架桥,5.1钢桁架桥 定义钢桁架桥按桥面位置的不同,可分为上承式钢桁架桥和下承式钢桁架桥上承式钢桁架桥 桥面位于主桁架的上部下承式钢桁架桥 桥面位于主桁架的下部,5.1钢桁架桥,5.1钢桁架桥 主桁架、联结系、桥面系、制动联结系、桥面、支座及桥墩,5.1钢桁架桥,5.1钢桁架桥 主桁架,主要承重结构,主要承受竖向荷载。左右两幅桁架组成 上弦杆、下弦杆及腹杆等杆件。节点 杆件交汇处 大节点 斜杆交汇的节点 小节点 仅有竖杆和弦杆交汇的节点节间长度 节点之间的距离 横梁的间距 纵梁的跨度,5.1钢桁架桥,5.1钢桁架桥 联结系纵向联结系 横向联结系 联系主桁架
2、,整体成为几何图形稳定的空间结构,5.1钢桁架桥,5.1钢桁架桥 联结系纵向联结系主桁架的上、下弦杆平面内:上平纵联与下平纵联作用 承受作用于主桁架、桥面系、桥面和列车上的横向风力 承受列车摇摆力及曲线桥上的离心力 纵向联结系横向支撑弦杆,减少弦杆在主桁平面外的计算长度,5.1钢桁架桥,5.1钢桁架桥 联结系横向联结系 桥跨结构的横向平面内 中间横联 桥跨结构中部 端横联 桥跨结构端部 (桥门架 下承式钢桁架桥中)设在主桁架的竖杆平面内,中间斜杆平面内,5.1钢桁架桥,5.1钢桁架桥 联结系中间横联的作用 增加钢桁架桥的抗扭刚度, 调节两片主桁或两片纵向联结系的受力不均匀性理论和试验表明,桥面
3、架或端横联受力比中间横联大,5.1钢桁架桥,5.1钢桁架桥 桥面系纵梁、横梁及纵梁之间的联结系 承受并传递竖向荷载和纵向荷载纵桥之间的联结系将两片纵梁联成整体,纵梁间距通常为 2 m下承式钢桁架桥桥面系 主桁的下平纵联平面上 纵梁和横梁通常布置在同一平面上,5.1钢桁架桥,5.1钢桁架桥 制动联结系(制动撑架)作用 纵梁上的纵向水平制动力通过制动联结系传至主桁架四根短杆组成,设置在与桥面系相邻的平纵联的中部,5.1钢桁架桥,5.1钢桁架桥 桥面下承式简支钢桁架桥通常采用明桥面 桥枕、正轨、护轨、护木、钩螺栓及人行道铁路钢桥的桥面 明桥面和道碴桥面 若采用正交异性板道碴桥面较好,5.1钢桁架桥,
4、5.1钢桁架桥,5.1钢桁架桥,5.2 主桁架几何图式 拟定几何图式的考虑因素桥位所在地的水文、地质、地形条件等;桥上的运输条件及对桥下净空的要求;便于制造、安装和养护、构造简单、有利于设计标准化;有利于节约钢材,力求经济合理;美观要求。,5.2 主桁架几何图式,5.2 主桁架几何图式,5.2 主桁架几何图式,5.2 主桁架的基本尺寸桁架桥的跨度从以下两个方面综合考虑桥址处的水文地质情况桥上、桥下净空的要求,5.2 主桁架的基本尺寸,5.2 主桁架的基本尺寸主桁的高度用钢量方面刚度方面容许建筑高度节间长度中等跨度经济节间长度是 68m,标准设计取 8m小跨度桁架桥节间长度小到 4m。大跨度桁架
5、桥节间长度有大到 15m。,5.2 主桁架的基本尺寸,5.2 主桁架的基本尺寸斜杆倾角合理的倾角,在有竖杆的桁架桥 50度左右合理的倾角,在无竖杆的桁架桥 60度左右主桁中心距主桁中心距与桁架桥的横向刚度和稳定性有关。我国桥规规定,主桁中心距不宜小于跨度的1/20。,5.2 主桁架的基本尺寸,5.3 铁路钢桁架桥标准设计几何图示共有3组图式,6种跨度上承式钢桁梁,跨度有48m, 64m, 80m,主桁高度为8m,节间长度也为8m,主桁中心距为4m。,5.3 铁路钢桁架桥标准设计几何图示,5.3 铁路钢桁架桥标准设计几何图示共有3组图式,6种跨度下承式钢桁梁,跨度有48m, 64m, 80m,主
6、桁高度为11m,节间长度也为8m,主桁中心距为5.75m。,5.3 铁路钢桁架桥标准设计几何图示,5.3 铁路钢桁架桥标准设计几何图示共有3组图式,6种跨度下承式钢桁梁,跨度有96m, 112m, 128m,主桁高度为16m,节间长度也为8m,主桁中心距为5.75m。,5.3 铁路钢桁架桥标准设计几何图示,5.4 主桁杆件内力计算钢桁架桥 空间结构杆件之间 刚性连接计算机直接进行空间分析,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算桥规推荐 简化的计算方法 划分为若干个平面系统分别计算 考虑各个平面系统间的共同作用和相互影响 平面系统为: 主桁架、平纵联、横联、桥门架(端横联)、纵梁、横
7、梁。,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算桥梁上的荷载分为主力和附加力主力 恒载和活载附加力 横向附加力、纵向附加力、各个平面系统间的共同作用、节点的刚性连接所引起的附加力对公路钢桥作用在桥梁上的荷载 永久荷载和可变荷载,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算由桁架各个平面系统间的共同作用和节点的刚性连接的影响平纵联和主桁弦杆的共同作用桥面系和主弦杆的共同作用横向框架效应节点刚性次应力,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.1 主力作用下主桁杆件内力步骤简化为各杆件轴线所形成的平面铰接桁架荷载包括恒载和活载开始计算前,估计桥跨结构的恒载计算出恒载和
8、活载内力后进行截面设计然后计算桁架桥的实际恒载如实际恒载与估计恒载相差较大,按实际恒载计算杆件内力重新进行设计,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.1 主力作用下主桁杆件内力步骤对双线铁路桥的主桁弦杆和斜杆 换算均布活载=两线活载总和的90%对竖杆、纵、横梁 换算均布活载=两线活载总和的100%对双线铁路桥的主桁杆件验算疲劳 一线偏心加载以杠杆原理分配,并考虑双线列车同时作用的影响。,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.1 主力作用下主桁杆件内力步骤铁道钢桥的设计,为现今列车的活载预留发展系数对公路钢桥要考虑偏载最不利情况的横向分布系数对公路钢钢桥也
9、要考虑活载发展系数,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.1 主力作用下主桁杆件内力步骤主力作用下主桁杆件的内力计算 结构力学中利用影响线求量值的方法 影响线面积法,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.2 横向附加力作用下主桁杆件内力计算铁路钢桁架桥,横向附加力 横向风力 列车摇摆力 对弯道桥、还要考虑离心力公路钢桁架桥,横向附加力 只考虑横向风力,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.2 横向附加力作用下主桁杆件内力计算横向附加力 平纵联承受 横向附加力对主桁弦杆产生附加内力 平纵联的斜杆和横撑产生附加内力桥门架效应 由于平纵联的
10、两端联接在桥门架上,平纵联将它所受的横向附加力传递给桥门架,从而使主桁端斜杆和下弦杆也产生附加内力。,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.2 横向附加力作用下主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.2 横向附加力作用下主桁杆件内力计算桥上无车时作用在上平纵联上的横向风力分布荷载 (kN/m)作用在下平纵联上的横向风力分布荷载(kN/m)风荷载强度,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.2 横向附加力作用下主桁杆件内力计算桥上有车时作用在上平纵联上的横向风力分布荷载 (kN/m)作用在下平纵联上的横向风力分布荷载(kN
11、/m),5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.2 横向附加力作用下主桁杆件内力计算列车摇摆力按沿桥长5.5kN/m计算作用在上平纵联上的列车摇摆力作用在下平纵联上的列车摇摆力由于风力与摇摆力同时达到上述最大值的可能性很小,故两者不叠加计算,只取其较大者计算。,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.2 横向附加力作用下主桁杆件内力计算对公路桥,上、下平纵联上的横向附加力只有横向风力作用在上平纵联上的横向风力分布荷载作用在下平纵联上的横向风力分布荷载,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.2 横向附加力作用下主桁杆件内力计算桥门架效应产生
12、的杆件内力计算桥门架 平面刚架,腿杆下端 嵌固在下弦端节点上作用在桥门架上的水平力 上平纵联传来的横向附加力,即上平纵联作为简支桁架的支座反力附加反力的方向随风向而改变,故和主力作用下的内力组合时应取其最不利组合,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.3 纵向制动力作用下主桁杆件内力计算纵向荷载 因制动或启动而产生的制动力或牵引力制动力的传递路径桥面系的纵梁-制动连接系-平纵联斜杆上-主桁节点上-主桁下弦杆产生附加内力,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.3 纵向制动力作用下主桁杆件内力计算纵向荷载制动力或牵引力的产生的内力有拉力或压力,对下弦杆来说拉
13、力是最不利的偏心弯矩值 当制动力或牵引力传递到固定支座时,因作用力对支座铰中心还有一偏心距离h,因而产生弯矩,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.4 由于横向框架效应所引起的主桁杆件内力计算横向框架 横向联结系、主桁竖杆及横梁组成 附加力矩 在竖杆的下端点 上部横联与竖杆连接处,5.4 主桁杆件内力计算,5.4 主桁杆件内力计算5.4.5 主桁内力组合及主桁架杆件内力计算主桁架内力组合通常有三种形式主力单独作用:设计容许应力为 主力+横向附加力:设计容许应力为 主力+纵向制动力:设计容许应力为,5.4 主桁杆件内力计算,5.5 主桁杆件的截面设计及验算主桁杆件的截面形式主
14、要分成两类:H 形截面构造简单,易于自动电焊机施焊,焊接变形易控制,工地安装方便y-y轴与x-x轴的回转半径相差较大,作为压杆时,容许应力折减大适用于内力不很大或长度不太大的杆件箱形截面y-y轴与x-x轴的回转半径相近,作为压杆时,容许应力折减小,抗扭刚度大缺点是工厂制造较费工,焊接变形较难控制和矫正适用内力很大或长度较长的杆件,5.5 主桁杆件的截面设计及验算,5.5 主桁杆件的截面设计及验算荷载较小的桥 采用轻型桁架,其杆件由 单角钢、双角钢、槽钢、工字钢截面设计注意的问题压杆 注意几何长度 回转半径同一桁架中杆件的宽度应相等截面高度 考虑节点处布置几排栓孔受压杆件截面尺寸 宽厚比 满足局
15、部稳定,5.5 主桁杆件的截面设计及验算,5.5 主桁杆件的截面设计及验算下弦杆的设计都是受拉杆件, 内力较大 静强度或疲劳强度控制设计; 内力较小 刚度控制静强度条件疲劳强度条件根据设计经验,毛截面,5.5 主桁杆件的截面设计及验算,5.5 主桁杆件的截面设计及验算下弦杆的设计选定截面形式并根据毛截面选配杆件的各部分尺寸计算杆件端部所需的连接螺栓数和初步布置计算杆件的毛截面、净截面、惯性矩及回转半径进行强度(静强度或疲劳强度)和刚度验算刚度验算公式,5.5 主桁杆件的截面设计及验算,5.5 主桁杆件的截面设计及验算上弦杆的设计都是受压杆件,一般是整体稳定控制设计,其步骤选定截面形式并假定杆件
16、长细比。确定整体稳定容许应力折减系数根据毛截面选配杆件的各板件尺寸计算所选界面的实际截面面积、惯性矩、回转半径、长细比及容许应力折减系数,5.5 主桁杆件的截面设计及验算,5.5 主桁杆件的截面设计及验算上弦杆的设计进行整体稳定、局部稳定及刚度的验算整体稳定刚度验算公式 局部稳定,5.5 主桁杆件的截面设计及验算,5.5 主桁杆件的截面设计及验算端斜杆的设计恒载和活载作用,端斜杆承受轴向压力 横向力作用下,端斜杆承受附加轴力和弯矩端斜杆的设计 按轴心压杆选配截面,按压弯构件进行验算整体稳定验算强度验算,受压翼缘的应力,5.5 主桁杆件的截面设计及验算,6.5 主桁杆件的截面设计及验算端斜杆的设
17、计局部稳定刚度验算公式,6.5 主桁杆件的截面设计及验算,5.5 主桁杆件的截面设计及验算腹杆设计,包括斜杆和竖杆竖向荷载作用下,仅承受拉力或承受压力的斜杆 截面设计方法与轴心受拉或轴心受压杆件相同 承受异号反复应力的斜杆 除静力强度、稳定性及刚度外,还应验算疲劳强度疲劳应力为拉-拉循环或拉-压循环以拉为主疲劳应力为拉-压循环以压为主,5.5 主桁杆件的截面设计及验算,5.5 主桁杆件的截面设计及验算腹杆设计,包括斜杆和竖杆竖杆设计,竖杆又分为立杆和吊杆立杆 减少上弦杆在主桁平面内的几何长度 吊杆 承受横梁传来的竖向荷载而轴向受拉 吊杆与横梁梁端连接处产生弯矩先按拉杆确定截面尺寸,然后按拉-弯
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