1、會計學1現代現代(xindi)鋼橋概論鋼橋概論第一頁，共25頁。鋼橋的主要特點(1)抗拉、抗壓、抗剪強度高，抗拉、抗壓、抗剪強度高，可承受拉、壓、彎、剪，可承受拉、壓、彎、剪，相對自重相對自重(zzhng)輕，跨越輕，跨越能力大能力大制造、安裝方便，施工快制造、安裝方便，施工快韌性韌性、延性延性好，易于修復和好，易于修復和更換更換材料的可回收、利用材料的可回收、利用1 12 23 34 4鋼橋的主要結構形式與受力特點第2頁/共25頁第二頁，共25頁。行車時，噪聲、振動大行車時，噪聲、振動大易易腐腐蝕蝕1 12 2疲勞疲勞3 3影響鋼材疲勞的影響鋼材疲勞的主要因素主要因素： (1)(1)鋼材品質

2、鋼材品質(2)(2)荷載性質荷載性質(3)(3)應力狀態應力狀態(4)(4)連接的構造與方法連接的構造與方法(5)(5)構造細節構造細節(1)(1)選用足夠韌性的鋼材選用足夠韌性的鋼材(2)(2)避免應力集中避免應力集中(3)(3)避免截面的急劇變化避免截面的急劇變化(4)(4)避免隅角避免隅角如：箱型結構橫隔板需要開孔，并要滿足人如：箱型結構橫隔板需要開孔，并要滿足人員通過的最小尺寸要求員通過的最小尺寸要求保證保證結構結構的的可可維護維護性性 (3)(3)避免存在未栓和或未焊合的接觸部避免存在未栓和或未焊合的接觸部分，分，防止防止形成形成細縫吸水細縫吸水； (4)(4)避免小坑避免小坑和和凹

3、槽凹槽的存在，形成積水的存在，形成積水，可能積水的部位，要開泄水孔。，可能積水的部位，要開泄水孔。措施：措施： (1)(1)設計使用期內需多次設計使用期內需多次除銹除銹、除舊漆、重新涂裝；除舊漆、重新涂裝； (2)(2)所有可能腐蝕的部位都必須所有可能腐蝕的部位都必須有足夠的有足夠的空間空間和和人行通道人行通道；第3頁/共25頁第三頁，共25頁。結構(jigu)與受力一般一般(ybn)做成薄壁做成薄壁結構結構穩定穩定(wndng)問題問題局部失穩局部失穩結構剛度小結構剛度小限制桿件長細限制桿件長細比比限制撓度限制撓度限制鋼橋寬跨比限制鋼橋寬跨比疲勞因素疲勞因素構件和連接拉應力大小發生變化時，構

4、件和連接拉應力大小發生變化時，考慮考慮疲勞的影響；疲勞的影響；出現拉應力交替變化時，要出現拉應力交替變化時，要考慮考慮疲勞的影響。疲勞的影響。連接連接用高強螺栓或工地焊接拼裝用高強螺栓或工地焊接拼裝1 12 23 34 45 5鋼橋結構與受力(2)第4頁/共25頁第四頁，共25頁。第5頁/共25頁第五頁，共25頁。鋼橋設計的一般原則與計算要求一般要求和原則一般要求和原則(1)鋼橋是高強、輕型薄壁結構，剛度相對較小，變形和振動鋼橋是高強、輕型薄壁結構，剛度相對較小，變形和振動(zhndng)比混凝土橋大，因此，比混凝土橋大，因此，需要保證足夠的整體剛度。規范對由汽車荷載引起的豎向撓度容許值作了規

5、定。需要保證足夠的整體剛度。規范對由汽車荷載引起的豎向撓度容許值作了規定。1 1結構形式結構形式中國公路橋規中國公路橋規中國鐵路橋規中國鐵路橋規日本日本 公路公路 美國美國 公路公路簡支桁梁簡支桁梁L/800L/900L/600連續桁梁連續桁梁 邊跨邊跨連續桁梁連續桁梁 中跨中跨L/800L/900L/600L/800L/750L/600簡支或連續板梁簡支或連續板梁L/600L/800L/500L/800梁的懸臂端部梁的懸臂端部L/300L/300L/300斜拉橋斜拉橋L/400L/350懸索橋懸索橋L/400L/400L L：計算：計算(j sun)(j sun)跨徑或懸臂長跨徑或懸臂長度度

6、第6頁/共25頁第六頁，共25頁。恒載撓度恒載撓度(nod)較大時，橋跨結構應設預拱度。較大時，橋跨結構應設預拱度。234鋼橋成型鋼橋成型(chngxng)后，后，橋面線性盡可能與線路設橋面線性盡可能與線路設計線性一致計線性一致公路公路(gngl)鋼鋼橋規范橋規范:結構重力結構重力產生的豎向撓度：產生的豎向撓度：靜活載靜活載產生的豎向撓度產生的豎向撓度：1w2w12/1600wwL1212sww且，,應設預拱度應設預拱度s，考慮焊接產生的結構變形考慮焊接產生的結構變形保證必要的橫向剛度保證必要的橫向剛度防止鋼橋的橫向失穩和過大的橫向振動防止鋼橋的橫向失穩和過大的橫向振動一般從一般從構造構造和和

7、結構尺寸結構尺寸兩方面保證結構的橫向穩定兩方面保證結構的橫向穩定1w鋼橋跨長：鋼橋跨長：l橋寬：橋寬：b20lb若，要驗算橫向穩定要驗算橫向穩定一般穩定系數不小于一般穩定系數不小于1.34 保證必要的保證必要的橫向剛度橫向剛度防止鋼橋的橫向失穩和過大的橫向振動防止鋼橋的橫向失穩和過大的橫向振動一般從一般從構造構造和和結構尺寸結構尺寸兩方面保證結構的橫向穩定兩方面保證結構的橫向穩定5 施工過程中，滿足施工過程中，滿足應力和變形應力和變形的要求的要求公路鋼橋規范：公路鋼橋規范：施工驗算，起頂設施及結構本身都應按起頂重力增加施工驗算，起頂設施及結構本身都應按起頂重力增加30%3 考慮焊接產生的考慮焊

8、接產生的結構變形結構變形公路鋼橋規范公路鋼橋規范:公路鋼橋規范公路鋼橋規范:第7頁/共25頁第七頁，共25頁。6對構件應規定鋼板和型鋼的最小厚度對構件應規定鋼板和型鋼的最小厚度將軋制將軋制(zh zh)負公差、運營過程中的銹蝕影響考慮在內負公差、運營過程中的銹蝕影響考慮在內除臨時結構和鋼橋面板的閉口加勁肋除臨時結構和鋼橋面板的閉口加勁肋結構各部分截面結構各部分截面(jimin)最小尺寸為：最小尺寸為：主梁、行車系、聯結系用鋼板或型鋼肢厚度主梁、行車系、聯結系用鋼板或型鋼肢厚度8mm節點板、焊接梁腹板用鋼板或縱梁與橫梁及橫梁與主梁連接用角鋼肢厚度節點板、焊接梁腹板用鋼板或縱梁與橫梁及橫梁與主梁連

9、接用角鋼肢厚度10mm填板厚度填板厚度4mm不考慮受剪部位，軋制型鋼的肢厚或腹板厚可小于不考慮受剪部位，軋制型鋼的肢厚或腹板厚可小于8mm公路公路(gngl)鋼橋規范鋼橋規范:7焊接板梁板厚焊接板梁板厚不小于不小于10mm保證腹板穩定、減小殘余應力保證腹板穩定、減小殘余應力8主梁、行車系或聯結系板厚主梁、行車系或聯結系板厚不小于不小于8mm保證最小寬厚比保證最小寬厚比9非受力構件非受力構件填板板厚填板板厚不小于不小于4mm第8頁/共25頁第八頁，共25頁。鋼橋的設計計算方法鋼橋的設計計算方法(2)設計(shj)方法1容許應力設計法半概率極限狀態設計法以彈性理論為基礎，設計準則以彈性理論為基礎，

10、設計準則：容許應力設計法容許應力設計法: （1-3-1） 結構標準荷載的計算應力，不考慮荷載組合系結構標準荷載的計算應力，不考慮荷載組合系數數設計規范規定的容許應力，鋼橋結構設計規范規定的容許應力，鋼橋結構： /1.7yf鋼材屈服強度鋼材屈服強度yf1.7 綜合安全系綜合安全系數數不同荷載組合的容許應力提高系不同荷載組合的容許應力提高系數數缺點：缺點：主要依賴經驗，不能反映不同荷載主要依賴經驗，不能反映不同荷載(hzi)的統計特性的統計特性設計(shj)方法1第9頁/共25頁第九頁，共25頁。根據不同荷載根據不同荷載(hzi)、材料與構件的統計特性，采用分項安全系數表、材料與構件的統計特性，采

11、用分項安全系數表示，故又稱為荷載示，故又稱為荷載(hzi)抗力分項系數設計法：抗力分項系數設計法：承載能力極限狀態概括地表達為：承載能力極限狀態概括地表達為：半概率半概率(gil)極限狀態設極限狀態設計法計法:0112/nGGQQiQiQikmiSSSaf （1-3-2）kf分別分別(fnbi)為恒載、主要可變荷載、其他可變荷載的標為恒載、主要可變荷載、其他可變荷載的標準荷載產生的荷載效應準荷載產生的荷載效應1GQQiSSS、材料強度標準值材料強度標準值其他可變荷載的荷載組合其他可變荷載的荷載組合折減系數折減系數ia 構件截面幾何修正系數構件截面幾何修正系數結構重要性系數結構重要性系數0分別為

12、恒載、主要可變荷載、其他可變荷載的分別為恒載、主要可變荷載、其他可變荷載的分項系數分項系數1GQQi、m材料強度分項系數材料強度分項系數第10頁/共25頁第十頁，共25頁。結構內力(nil)計算原則2內力計算內力計算1變形計算變形計算2橋跨結構計算橋跨結構計算3橋梁結構的空間作橋梁結構的空間作用用4按按彈性彈性受力分析受力分析按構件按構件毛截面毛截面計算計算（忽略孔）（忽略孔）分為若干個平面系統分為若干個平面系統（考慮各個平面系統的共同作（考慮各個平面系統的共同作用用和相互影響）和相互影響）采用荷載橫向分布系數采用荷載橫向分布系數第11頁/共25頁第十一頁，共25頁。結構構件(gujin)的強

13、度計算3公路鋼橋規范(gufn)一些主要公式計算應力計算應力的種類的種類構件受力構件受力計算公式計算公式公式編號公式編號 法向應力法向應力軸心受拉軸心受拉（1-3-3）在一個主平面內受彎曲在一個主平面內受彎曲（1-3-4）受壓（或受拉）并在一個主平面內受彎受壓（或受拉）并在一個主平面內受彎曲或與此相當的偏心受壓及偏心受拉曲或與此相當的偏心受壓及偏心受拉（1-3-5）受斜彎曲受斜彎曲（1-3-6）受壓（或受拉）并受斜彎曲或與此相當受壓（或受拉）并受斜彎曲或與此相當的偏心受壓及偏心受拉的偏心受壓及偏心受拉（1-3-7）剪應力剪應力受彎曲受彎曲（1-3-8）換算應力換算應力受彎曲，受壓（或受拉）并受

14、彎曲受彎曲，受壓（或受拉）并受彎曲（1-3-9）結構構件的強度結構構件的強度(qingd)(qingd)計算計算 或WNMAWXYWXYMMCWW 1或XYWXYMMNAWWC NA WMW maxmmQSCI 2231.11.1或W第12頁/共25頁第十二頁，共25頁。注：上表中，兼受軸向力和彎曲注：上表中，兼受軸向力和彎曲(wnq)(wnq)作用時的容許法向應力，作用時的容許法向應力，當當采用采用 NMAWNMAW采用采用W W容許彎曲容許彎曲(wnq)拉壓拉壓應力應力軸心拉壓容許軸心拉壓容許(rngx)應力應力 NMQ、驗算截面的計算軸向力、彎矩和剪力驗算截面的計算軸向力、彎矩和剪力XY

15、WWW、驗算截面處對主軸的計算截面抵抗矩，驗算受拉翼緣為驗算截面處對主軸的計算截面抵抗矩，驗算受拉翼緣為凈截面凈截面抵抗矩，抵抗矩，驗算受壓翼緣為驗算受壓翼緣為毛截面毛截面抵抗矩，為簡化計算均可按抵抗矩，為簡化計算均可按毛截面的重心軸毛截面的重心軸計算計算驗算截面的計算面積，受拉構件為驗算截面的計算面積，受拉構件為凈截面凈截面面積，受壓構件為面積，受壓構件為毛截面毛截面面積面積AmS中性軸以上的中性軸以上的毛截面毛截面對中性軸的面積矩對中性軸的面積矩驗算截面處腹板厚度驗算截面處腹板厚度mI毛截面毛截面慣性矩慣性矩max、驗算截面的最大剪應力和實際剪應力驗算截面的最大剪應力和實際剪應力121 0

16、.31.15WWC 斜彎曲作用下容許應力增大系數斜彎曲作用下容許應力增大系數12WW、驗算截面上由于作用在兩相互垂直平面的彎矩所產生的驗算截面上由于作用在兩相互垂直平面的彎矩所產生的較小較小和和較大較大的應力的應力第13頁/共25頁第十三頁，共25頁。max0max00max01.00,1.251.50QChh按直線比例計算為腹板全高剪應力分布剪應力分布(fnb)不均勻時容許應力增大系數不均勻時容許應力增大系數C的取值如下的取值如下(rxi)：第14頁/共25頁第十四頁，共25頁。整體整體(zhngt)(zhngt)穩定性計穩定性計算公式算公式結構構件(gujin)的整體

17、穩定性計算4整體整體(zhngt)(zhngt)穩定性計算穩定性計算公式公式1計算應力計算應力的種類的種類構件受力情況構件受力情況計算公式計算公式公式編號公式編號 法向應力法向應力軸心受壓軸心受壓（1-3-10）在一個主平面內受彎曲在一個主平面內受彎曲（1-3-11）受壓并在一個主平面內受彎曲或與此相受壓并在一個主平面內受彎曲或與此相當的偏心受壓當的偏心受壓（1-3-12） 1mNA 2mMW 112.mmNMAW M構件中部構件中部1/3長度范圍內最大計算彎矩長度范圍內最大計算彎矩計算軸向力計算軸向力NmA毛截面面積毛截面面積mW毛截面抵抗矩毛截面抵抗矩1軸心受壓構件的縱向彎曲系數軸心受壓構

18、件的縱向彎曲系數2構件只在一個主平面受彎時的構件只在一個主平面受彎時的 縱向彎曲系數縱向彎曲系數E彈性模量彈性模量構件在彎矩作用平面內的長細比構件在彎矩作用平面內的長細比m1n受壓桿容許應力安全系數，荷載組合受壓桿容許應力安全系數，荷載組合 時取時取1.7，荷載組合，荷載組合時取時取1.4當彎矩由荷載組合當彎矩由荷載組合 產生時取產生時取1.0， 由荷載組合由荷載組合產生時取產生時取1.4考慮彎矩因構件受壓而增大所引用的值考慮彎矩因構件受壓而增大所引用的值的取值如下的取值如下： 121121.00.1510.15mmmNAn NNmEAA 1整體穩定性計算公式整體穩定性計算公式1第15頁/共2

19、5頁第十五頁，共25頁。軸心受壓構件的縱向軸心受壓構件的縱向(zn xin)(zn xin)彎曲彎曲系數系數21 根據鋼材種類、截面形狀、彎曲方向等，按根據鋼材種類、截面形狀、彎曲方向等，按公路公路/鐵路鋼橋規范鐵路鋼橋規范取值，在查表時用取值，在查表時用到長細比到長細比lIiiA單向單向(dn xin)(dn xin)受彎縱向受彎縱向彎曲系數彎曲系數321 對于箱型截面構件，或當驗算的失穩平面和彎矩作用平面一致時的任何截面構件對于箱型截面構件，或當驗算的失穩平面和彎矩作用平面一致時的任何截面構件21.02 按下式計算構件的換算長細比后，用按下式計算構件的換算長細比后，用換算長細比換算長細比代

20、替代替原長細比原長細比，按，按公路公路/鐵路鋼鐵路鋼橋規范橋規范取值取值0.（1-3 -13）xeyLrh r1.82.0焊接構件系數鉚接構件構件對構件對y-y軸的計算長度軸的計算長度0L構件截面對構件截面對x-x軸和軸和y-y軸的回轉半徑軸的回轉半徑、xyrrxxyyyyxxyy強強弱弱第16頁/共25頁第十六頁，共25頁。疲勞強度計算(j sun)5結構構件或連接件結構構件或連接件 承受承受 動應力動應力疲勞驗疲勞驗算算疲勞容許應力疲勞容許應力疲勞容許應力幅疲勞容許應力幅方方法法現行公路鋼橋規范現行公路鋼橋規范(gufn)中中采用采用 栓焊鋼橋結構中栓焊鋼橋結構中 國內外許多國內外許多(x

21、du)鋼結構設計規鋼結構設計規范中范中現行鐵路橋梁鋼結構設計規范中現行鐵路橋梁鋼結構設計規范中疲勞容許應力疲勞容許應力幅幅法法1鐵路橋梁鋼結構設計規范：鐵路橋梁鋼結構設計規范：焊接及非焊接（栓接）構件及連接均需進行疲勞強度焊接及非焊接（栓接）構件及連接均需進行疲勞強度驗算驗算，當疲勞應力（最大、最小應力）均為當疲勞應力（最大、最小應力）均為壓壓應力時，可應力時，可不驗算不驗算疲勞。疲勞。第17頁/共25頁第十七頁，共25頁。焊接構件及其連接疲勞強度驗算(yn sun)公式：1疲勞應力為疲勞應力為拉拉拉應力拉應力或或以以受拉為主的拉受拉為主的拉壓壓構構件件minmax1 maxmin0d ntr

22、 rr（1-3-14）2疲勞應力疲勞應力以以受壓為主的拉受壓為主的拉壓壓構件構件minmax1 maxmin0d ntpr rrr（1-3-15）0最大、最小應力，拉為正、壓為最大、最小應力，拉為正、壓為負負maxmin、疲勞容許應力幅，參照疲勞容許應力幅，參照鐵路鋼橋規范鐵路鋼橋規范雙線鐵路的雙線修正系數雙線鐵路的雙線修正系數1.01.19dr損傷修正系數損傷修正系數板厚修正系數板厚修正系數41.0 1.425mm25/25mmttrtt1.0 1.41.0 1.32nnrr焊接構件應力比修正系數焊接構件應力比修正系數0.38 0.46pr第18頁/共25頁第十八頁，共25頁。第19頁/共2

23、5頁第十九頁，共25頁。第20頁/共25頁第二十頁，共25頁。第21頁/共25頁第二十一頁，共25頁。非焊接(hnji)構件及其連接疲勞強度驗算公式：1疲勞應力為疲勞應力為拉拉拉應力拉應力構件構件minmax0 maxmin0d ntr rr（1-3-16）2疲勞應力疲勞應力以以受拉為主的拉受拉為主的拉壓壓構件構件minmax0 maxmin0d ntpr rrr（1-3-17）非焊接構件應力比修正系數非焊接構件應力比修正系數0.45 0.88pr第22頁/共25頁第二十二頁，共25頁。疲勞容許疲勞容許(rngx)(rngx)應力應力法法2公路橋梁鋼結構設計規范：公路橋梁鋼結構設計規范：構件承受軸向力并在同一構件承受軸向力并在同一(tngy)主平面受