第六章章簡簡支支鋼板板梁和和鋼桁桁梁橋橋內容：：第一節節鋼鋼橋橋概述述第二節節鋼鋼板板梁橋橋第三節節簡簡支支鋼桁桁梁橋橋第四節節鋼鋼橋橋制造造及架架設第一節節鋼鋼橋概概述鐵：工業純純鐵：：含碳碳量通通常在在0.008%以下生鐵(或鑄鐵鐵)：含碳碳量通通常在在2.11%~5%，根據據碳的的存在在形式式，生鐵分分為白白口鐵鐵（碳碳化物物）和和灰口口鐵（（石墨墨）鋼：含碳量量通常常在2.11%以下的的合金金。以上各各類鐵鐵金屬屬材料料的分分類標標準各各國并并不一一致鋼材的的優點點:1抗拉、、抗壓壓和抗抗剪強強度均均較高高:減小截截面尺尺寸，，重量量較輕輕，建建筑高高度較較小2材質較較為均均勻:強度變變異性性不大大，容容許應應力較較高3明顯的的屈服服臺階階:結構在在破壞壞前發發生顯顯著變變形，，發出出預警警因此，，鋼橋橋具有有很大大的跨跨越能能力和和良好好的使使用功功能鋼橋的的基本本特點點是：：①橋梁梁構件件特別別適合合用工工業化化方法法來制制造，，便于于運輸輸，工工地架架設或或安裝裝(erection)速度快快，施施工工工期較較短；；②在受受到損損傷后后，易易于修修復和和更換換；③普通通鋼材材的耐耐候性性差、、易銹銹蝕，，鐵路路鋼橋橋采用用明橋橋面時時噪聲聲大，，維護護費用用較高高，材材料價價格較較高。。1上承或或下承承式簡簡支鋼鋼板梁梁多用于于中小小跨度度的鐵鐵路橋橋2上承或或下承承式簡簡支(或連續續)鋼桁架架梁常用于于較大大跨度度鐵路路橋(通常在在60-200m跨度以以內)3鋼斜拉拉橋常用于于大跨跨度在在公路路橋4鋼懸索索橋常用于于大跨跨度在在公路路橋5鋼-混凝土結結合梁橋橋多用于城城市橋梁梁本章主要要介紹鐵鐵路橋橋一鋼橋橋所用的的材料鋼橋所用用的鋼種種主要是是低碳鋼和低合金鋼鋼兩類。低碳鋼是指含碳碳量為0．03％一0．25％的鋼；；低合金鋼鋼是指各種種合金元元素總含含量不超超過3％的鋼。。用來制造造鋼橋的的鋼又稱稱橋梁鋼，可視其其為結構鋼的一種。。所選用用的鋼材材，既要能適適應制造造工藝要要求，又要能滿足使使用要求求。鋼的化學學成分：：指鋼中的的各種合合金元素素的多少少。合金元素素有碳、錳錳、硅等等，強度度較高的的鋼還包包含微量元素素鉻、鎳、、釩、鈮鈮、氮等等。有害雜質質為硫、磷，，其含量量需加以以限制。。鋼的主要要力學性性能指標標有強度、延延伸率、、斷面收收縮率、、冷彎和和沖擊韌韌性。(1)強度度強度指標標是彈性極限限、屈服服強度(或屈服點點)極限強度度。(2)變形形包括延伸率、、斷面收收縮率、、冷彎。(3)韌性性鋼材的韌韌性包括括沖擊韌性性和斷裂裂韌性，指鋼材材在塑性性變形和和斷裂全全過程中中吸收能能量的能能力，是是鋼材強強度和塑塑性指標標的綜合合表現。。脆性轉變變溫度時時的沖擊擊值是橋橋梁用鋼鋼的低溫溫沖擊要要求標準準值。(4)疲勞勞動動荷荷載作用用下，結結構存在在微小的的缺陷而而導致應應力集中中，這些些潛在裂裂源點容容易產生生裂紋。。循環次次數的增增加，裂裂紋會逐逐漸擴展展，最后后導致鋼鋼橋斷裂裂。這種種現象稱稱為疲勞勞。結構出現現肉眼可可見裂紋紋前能承承受荷載載循環作作用的次次數(通長為200萬次)，工程上上稱為結結構或材材料的疲疲勞壽命命。影響鋼橋橋疲勞壽壽命的因因素很多多，材質質是重要要的因素素之一。。按以前的的習慣叫叫法：我國橋梁梁用鋼系系列按屈屈服點大大致分成成三級。。240MPa級的有3號鋼(A3q)、16橋(16q)；340MPa級的有16錳橋(16Mnq)、14錳鈮橋(14MnNbq)；420MPa級的有15錳釩氮橋橋(15MnVNq-A，-B，-C)碳素鋼，，按其質質地軟硬硬程度，，從1—7，分為7個號，號號碼越大大者越硬硬。還按按供貨條件件，只保證機械械性能者者用A(或甲)表示，只只保證化學學成分者者用B(或乙)表示，對對機械性能能和化學學成分均均需保證證者用C(或特)表示。橋橋梁鋼，，還在鋼鋼號后加加一個q(或橋)字。對于低合合金鋼，，是先列列平均含含碳量(以0．01％為單位位)，然后依依次列出出其主要要合金元元素。若若某合金金元素平平均含量量不大于于1．5％，在該該元素之之后就不不加數字字，若某某合金元元素平均均含量是是1．5％一2．5％，就在在該元素素之后加加注2字。按現行標標準，牌牌號表達達方式為為：以代表屈屈服強度度的拼音音字母““Q”開頭，后后接屈服服強度(以MPa為單位)，再接表表示質量量等級、、脫氧方方法等的的符號。。低碳鋼有有Q195、Q215、Q235、Q255及Q275共5種，常用用者是Q235(即A3鋼)。質量等等級分為為A、B、C、D，共4級。對于于A級，無韌韌性要求求；對于于B、C、D，均需用用夏比V形缺口(CharpyV-notch)試件做沖沖擊試驗驗。低合金高高強度結結構鋼，，計有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460；常用者者是Q345(即16Mn鋼)。質量量分為為A、B、C、D、E共5級。對對于A級，無無韌性性要求求；對對于B、C、D、E，均需需用夏夏比(V形缺口口)試件做做試驗驗。對橋梁梁鋼，，另行行制訂訂了國國標<<橋梁用用結構構鋼》，常用用者為為Q345q系列鋼鋼(C、D、E三個等等級)。除碳素素鋼和和低合合金鋼鋼外，，低合金金超高高強度度鋼(HighStrengthSteel,簡稱HSS)，其屈屈服強強度大大于700MPa。耐候鋼鋼(weatheringsteel)高性能能鋼(HighPerformanceSteel，簡稱稱HPS)它不僅僅保持持了較較高的的強度度，而而且在在材料料的抗抗腐蝕蝕和耐耐候性性能、、可焊焊性、、抗斷斷裂和和疲勞勞性能能等方方面都都比傳傳統鋼鋼材有有明顯顯的提提高和和改善善。有些國國家(包括我我國)也曾試試用鋁鋁合金金和玻玻璃鋼鋼作建橋材材料，，特點點是重重量輕輕，耐耐腐蝕蝕性好好，但但彈性性模量量和強強度低低，造造價高高。二、鋼鋼橋的的連接接鋼橋連連接有有鉚接接、焊焊接和和高強強度螺螺栓連連接(栓接)三種1．鉚接接(rivetconnection)鉚接是是鋼橋橋連接接的傳傳統方方式，，使用用歷史史很長長。第二次次世界界大戰戰后，，鋼梁梁制造造引進進了焊焊接技技術。。焊接接結構構的截截面無無孔削削弱，，比鉚鉚接結結構省省料，，加工工快，，且可可改善善工作作環境境(但在野野外惡惡劣天天氣下下作業業時受受到一一定的的限制制)。鉚接接逐步步被取取代。。2焊接焊接材材料有有焊絲絲、焊焊條、、熔劑劑。焊縫的的力學學性能能均要要求不不低于于母材材。鋼橋上上主要要應用用電弧弧焊(埋弧自自動焊焊，氣氣體保保護焊焊)，采用用的焊焊縫型型式主主要有有兩種種，即即熔透透的對對接焊焊縫和和不熔熔透的的貼角角焊縫縫，見見圖6．3。焊接方方法有有自動動焊、、半自自動焊焊和手手工焊焊。在在鋼橋橋的工工廠焊焊接工工作中中，大大量采采用自自動焊焊和半半自動動焊。。3栓接高高強度度螺栓栓、螺螺母、、墊圈圈-合稱為為連接接副。。直徑：：M12-M36，長度度35-300mm；鋼橋中中常用用M22M24M27M30高強度度螺栓栓主要要有12.9級、10.9級、8.8級。10.9級在橋橋梁中中最常常用。。高強度度螺栓栓施擰擰工藝藝很重重要。。常用用扭矩矩法。。鐵路橋橋梁：：目前基基本上上在跨跨度96m以下很很少新新建鋼鋼梁橋橋，以以前大大致在在20-40m跨度采采用鋼鋼板梁梁，48———96m多用鋼桁梁梁。目前跨度大大于96m的鐵路橋或或公鐵兩用用橋，以連連續鋼桁梁梁為主，例例如，跨越越長江的武武漢長江大大橋、南京京長江大橋橋、九江長長江大橋、、蕪湖長江江大橋等。。其他型式的的鐵路鋼橋橋，如鋼桁桁拱、鋼管管混凝土拱拱和斜拉橋橋等，應用用有限。在鐵路鋼橋橋發展過程程中，也曾曾采用過箱箱形簡支梁梁、剛性梁梁柔性拱、、斜腿剛構構(等結構型式式。公路鋼橋：：在80年代及以前前數量十分分有限。近近20余年來，鋼鋼橋得到迅迅猛發展，，主要結構型式是拱拱橋、懸索索橋和斜拉拉橋。第二節鋼鋼板梁橋橋一、常用的幾種板梁橋1．上承式板梁橋第三節鋼鋼板梁橋橋“明橋面””橋面主要由由橋枕、護護木、正軌軌等組成。。橋枕下刻槽槽，擱置于于主梁上，，用鉤螺栓栓與主梁上上翼緣扣緊緊，以免行行車時橋枕枕跳動。橋枕間的凈凈距，不宜宜超過21cm，這是為了了當列車在在橋上掉道道時，車輪輪不致卡于于兩橋枕之之間，列車車還能在橋橋枕上繼續續滾動前進進.橋面上除正正軌外，還還設有護軌軌。護軌兩兩端應延伸伸到橋臺以以外一段距距離，并彎彎向軌道中中心。護軌軌的作用就就是當列車車掉道后，，用以控制制車輪前進進的方向，，避免發生生翻車事故故。在橋枕兩端端設有護木，用螺栓與與橋枕連牢牢，護木的的作用是固固定橋枕之之間的相對對位置。上上第二節鋼鋼板梁橋橋2下承式板梁橋主要承重結構是兩片工字形板梁。在兩片主梁之間，設置有由縱梁、橫梁及縱梁之間的聯結系組成的橋面系(floorsystem）

大大縮小了建筑高度(自軌底至梁底)。由于要滿足足建筑限界界的要求，，無法設置置上平縱聯聯，故在橫橫梁與主梁梁之間，加加設肱板：1肱板對主梁梁上翼緣起起支撐作用用，保證上上翼緣及腹腹板的穩定定；2肱板與橫梁梁連成一片片，可起橫橫聯的作用用。下承式板梁梁橋與上承承式板梁橋橋相比，在在結構方面面增加了橋橋面系，因因此用料較較多，制造造也費工；；由于它的的寬大，無無法整孔運運送，因此此，增添了了運輸與架架梁的工作作量。所以，當鐵鐵路橋梁采采用板梁橋橋時，應盡盡可能不采采用下承式式而采用上上承式。3．結合梁橋3結合梁用剪力鍵或或抗剪結合合器(shearconnector)或其他方法法將混凝土土橋面板與與其下的鋼鋼板梁結與與成整體的的梁式結構構，稱為結結合梁橋。。在結合梁橋橋中，混凝凝土橋面板板參與鋼板板梁上翼緣緣受匝，更更高了橋梁梁的抗彎能能力，從而而可以節省省用鋼量或或降低建筑筑高度。試試驗證明，，結合梁承承受超載的的潛力比鋼鋼梁要大。。城市立交橋橋中經常采用用結合梁，，可以加快快施工進度度，減少對對所跨越道道路的干擾擾。使混凝土板板與鋼板梁梁結合牢固固的措施是是：在鋼板梁上上翼緣板面面上設置剪剪力鍵(抗剪結合器器）剪力鍵的型型式多樣：：1可采用一小小段型鋼；；2可采用特制制的抗剪聯聯結銷，俗俗稱大頭栓栓，形如螺螺栓，但無無螺紋，一一端有一圓圓頭，用以以阻止混凝凝土板豎向向脫離鋼板板翼緣。二、鋼板梁橋的計算（以鐵路上承式板梁橋為例）上承式板梁橋是由主梁、上平縱聯和下平縱聯、端橫聯和中間橫聯等組成的空間結構。作用荷載主要有：豎向荷載(恒載和活載)和橫向荷載(包括風力、列車搖擺力，在彎道上的橋還承受離心力)。

將橋跨結構作為空間結構來進行內力分析是比較繁雜的。在設計實踐中，通常采用簡化的計算方法，即把橋跨結構劃分為若干個平面結構，每個平面結構只承受作用在該平面內的荷載。根據簡化：1豎向荷載則由主梁承受，并經支座傳給墩臺；

2橫向荷載則由上、下平縱聯承受。

計算時將上平縱聯視作一個簡支的水平桁架，兩端支承在端橫聯上。主梁上翼緣是該桁架的弦桿，平縱聯的斜桿和橫撐是該桁架的腹桿。

把下平縱聯也看作一個簡支的水平桁架，它是由主梁的下翼緣和平縱聯的斜桿及橫撐所組成。作用在上平平縱聯的橫橫向水平力力：列車、橋面面、主梁上上半部所受受的風力和和列車搖擺擺力(列車搖擺力力不與風力力同時計算算)。作用在下平平縱聯的橫橫向水平力力：只有主梁下下半部所承承受的風力力。由下平縱聯聯傳至主梁梁兩端的橫向向反力將直直接傳給支支座。由上平縱聯聯傳到梁兩兩端的橫向反力力將通過端端橫聯再傳傳給支座。。1．板梁橋主要尺寸的擬定

板梁橋的主要尺寸是指：計算跨度主梁高度主梁中心距(1)計算跨度(2)主梁高度主梁高度A根據下列條件來決定：①用鋼量最省；②主梁的豎向剛度(跨中撓度)應滿足規范要求；③盡量使腹板寬度小于供貨方便的鋼板寬度，以避免不必要的拼接(splice)或裁切；④橋跨的建筑高度盡可能減小；⑤梁的總尺寸在運輸限界之內；⑥為便于工廠制造，跨度相近的板梁(例如20m和24m的板梁)可采用相同的腹板寬度。從用料經濟方面來考慮，根據理論推導并總結過去的設計資料，主梁的經濟高度可用下從用料經濟方面來考慮，根據理論推導并總結過去的設計資料，主梁的經濟高度可用下式：從滿足豎向剛度，可得容許最小高度，按撓跨比小于1/800可推出下式：(3)主梁中心距確定主梁中心距時應考慮下列幾個方面的問題：

①橋枕的合理跨度橋枕的合理跨度大致在2．0—2．5m。②為避免橋跨結構在水平力作用下產生橫向傾覆，且具有必要的橫向剛度，要求主梁中心距不能太小。規范要求：兩主梁中心距不宜小于跨度的1/15，且不應小于2m。

③應考慮用鐵路架橋機整孔架設的可能性。

考慮了上述幾方面的因素，我國鐵路上承式板梁橋的主梁中心距定為2m。2主梁計算包括：內力計算、截面的選擇和驗算、加勁肋的計算等。在選定主梁截面時，需要考慮強度、穩定(板的局部穩定和梁的總體穩定)和剛度三個方面的問題。

(1)主梁內力計算沿梁選取若干截面(例如將梁分成8等份)，算出各截面處因恒載和活載產生的最大彎矩M和最大剪力Q。

(2)主梁截面選擇主梁截面選擇包括確定腹板和翼緣板的尺寸。腹板厚度一般可選用10mm或12mm，按照規范，主要構件所用鋼板厚度不宜小于10mm，以免銹蝕后對截面削弱過大；對跨度等于或大于16m的焊接板梁，腹板厚度不宜小于12mm，以減小焊接所引起的變形。(3)截面應力驗算按上述步驟驟所選定的的主梁截面面尺寸只是是初步的，，尚需進行行較精細的的應力驗算算。內容包包括主梁彎彎曲應力、、剪應力、、換算應力力的驗算和和疲勞強度度的驗算。。

(4)變截面梁可改變翼緣板的寬度或厚度來改變梁的截面。(5)翼緣與腹板的連接焊縫計算(6)梁的總體穩定

(7)主梁的局部穩定和腹板中加勁肋的布置

主梁的翼緣緣和腹板都都是薄板，，在外力作作用下，如如果設計不不當，則在在梁中最大大應力尚未未達到屈服服強度、結結構尚未喪喪失總體穩穩定之前，，其翼緣或或腹板可能能局部出現現翹曲(warp)而過早喪失穩穩定。對于受壓翼緣緣板，其局部部穩定性取決決于翼緣伸出出肢的寬度(自腹板中心算算起)對厚度的比值值。對于腹板，為為防止其在外外力作用下喪喪失局部穩定定，通常用加加勁肋來增強強其剛度。加勁肋本身應應具有足夠的的剛度來支持持腹板，使其其在加勁肋處處不發生翹曲曲。第三節簡簡支鋼桁梁橋橋一、各組成部部分及其作用用鋼桁梁的組成成：1橋面2橋面系3主桁架4聯結系5制動撐架6支座。橋面系由縱梁、橫梁及縱梁間的聯結系組成。主桁是鋼桁梁的主要承重結構，它由上弦桿(chord)、下弦桿、腹桿(webmember)及節點(node或joint)組成。傾斜的腹桿稱為斜桿，豎直的腹桿稱為豎桿。桿件交匯的地方稱為節點，縱向兩節點之間稱為節間，用節點板(gussetplate)及高強螺栓連接各主桁桿件。豎向荷載的傳傳力途徑是：：荷載通過橋面面傳給縱梁，，由縱梁傳給給橫梁，再由由橫梁傳給主主桁節點，然然后通過主桁桁的受力傳給給支座，最后后由支座傳給給墩臺及基礎礎。鋼桁梁除承受豎向荷載外，還承受橫向水平荷載(風力、列車橫向搖擺力和曲線橋上的離心力)。由水平縱向聯結系直接承擔并向下傳遞。在兩片主桁對應的弦桿之間，加設若干水平布置的撐桿，并與主桁弦桿共同組成一個水平桁架，叫做水平縱向聯結系，簡稱平縱聯。

在上弦平面的平縱聯，稱為上平縱聯；在下弦平面的平縱聯，稱為下平縱聯；下平縱聯承擔的橫向水平力可直接通過支座傳給墩臺；上平縱聯兩端則支承在橋門架(portalbracing)頂端(橋門架由兩根端斜桿及其間的撐桿組成)，橫向水平力先傳給橋門架，再經由橋門架傳到支座和墩臺。為增加橋跨結構橫向剛度，并使兩主桁架受力均勻，常在兩主桁豎桿的上部加設若干垂直于橋縱向的撐桿(稱為楣桿)，組成中間橫聯，其幾何圖式與橋門架相似。二、主桁的幾何圖式常用的主桁幾何圖式見下圖

圖(a)表示的幾何圖式稱為三角型腹桿體系，是在華侖桁架(WarrenTruss，即該圖中去掉所有豎桿后形成的桁架)的基礎上再分形成的。具有這種圖式的桁梁橋構造簡單，部件類型較少，適應設計定型化，有利于制造與安裝.圖(b)中斜桿的布置有所變化，該類桁架稱為豪式(Howe)桁架。在豎向荷載作用下，圖(b)的豎桿較圖(a)的豎桿受力大，受壓斜桿的數量也較多，而且弦桿內力在每個節間都有變化，因而圖(b)采用相對較少。圖(c)一圖(e)為幾種上承式式桁梁的幾何何圖式。對于中等跨度度的上承式桁桁梁橋，其主主桁圖式常用用圖(c)，較少采用圖圖(d)，這是因為圖圖(d)的端豎桿要傳傳遞較大的支支承反力，且且用料較多。。對于小跨度度的桁梁橋，，也可做成圖圖(e)所示的結構型型式。對于特大跨度的桁梁，為同時滿足:1橋梁工廠適應節長為8m的桁梁制造設備。2保持斜桿適當的傾度.3桁梁橋的豎向剛度要求。圖(g)或圖(h)可用作大跨度或特大跨度桁梁的圖式。圖(g)稱為再分式，圖(h)稱為米字型。三、主桁的主要尺寸及桿件截面形式主桁的主要尺寸是指：主桁高度(簡稱桁高)、節間長度；斜桿傾度及兩主桁的中心距，這些尺寸的擬定對桁梁橋的技術經濟指標起著重要作用。(1)桁高從用鋼量;撓度;滿足建筑限界的要求。(2)節間長度節間長度對桁梁橋的用鋼量有一定影響。節長較短，縱梁、橫梁數量增多；但梁的截面可小，主桁腹桿也相應變短。一般下承式桁梁節間長度為5．5—12m，或為桁高的0．8—1．2倍。(3)斜桿傾度斜桿傾度影響到節點構造。斜度設置不當，不僅會影響節點板的形狀及尺寸，而且使斜桿位置難以布置在靠近節點中心處，以致削弱節點平面外剛度，增加節點平面內的剛度。根據以往設計經驗，斜桿軸線與豎直線的交角以在30一50度范圍內為宜。(4)主桁的中心距主桁的中心距與桁梁橋的橫向剛度有關。為了保證橋梁的橫向剛度，主桁的中心距不應小于跨長的1／20。對于下承式桁梁橋，主桁中心距還必須滿足建筑限界的要求；對于上承式桁梁橋，主桁

中心距與桁梁橋的橫向傾覆的穩定性有關

主桁的主要尺寸:主桁高度(簡稱桁高)、節間長度、斜桿傾度及兩主桁的中心距。(1)桁高從用鋼量;撓度;滿足建筑限界的要求。(2)節間長度節間長度對桁梁橋的用鋼量有一定影響。節長較短，縱梁、橫梁數量增多；但梁的截面可小，主桁腹桿也相應變短。一般下承式桁梁節間長度為5.5—12m，或為桁高的0.8—1.2倍。

(3)斜桿傾度斜桿傾度影響到節點構造。斜度設置不當，不僅會影響節點板的形狀及尺寸，而且使斜桿位置難以布置在靠近節點中心處，以致削弱節點平面外剛度，增加節點平面內的剛度。根據以往設計經驗，斜桿軸線與豎直線的交角以在30一50度范圍內為宜。(4)主桁的中心距

主桁的中心距與桁梁橋的橫向剛度有關。為了保證橋梁的橫向剛度，主桁的中心距不應小于跨長的1/20.對于下承式桁梁橋，主桁中心距還必須滿足建筑限界的要求；對于上承式桁梁橋，主桁中心距與桁梁橋的橫向傾覆的穩定性有關.

(5)主桁桿件的截面形式主桁焊接桿件的截面形式主要有兩類：H形截面和箱形截面。

H形截面構造簡單，焊接容易，安裝方便；截面兩軸的回轉半徑相差較大。適用內力不很大的桿件或長細比相對較小的壓桿。

箱形截面對兩個主軸的回轉半徑相近，承受壓力方面優于H形桿件，制造時比較費工，焊接變形也較難控制和修整。用于內力較大和長細比較大的壓桿或拉一壓桿件。四桁梁內內力分析的基基本原理鋼桁梁的實際際工作狀況：：剛性節點的空空間結構是高高次靜不定靜靜結構。可采采用空間整體體分析方法。。常用計算圖式式的假定-鉸接平面結構構：將鋼桁梁劃分分為若干個平平面結構，鉸鉸接節點，每每個平面只承承受作用于該該平面內荷載載的影響。主應力與次應應力簡化計算誤差主要表現在下列幾個方面：①由于主桁弦桿變形所引起的平縱聯桿件的內力。②橋面系的縱、橫梁和主桁弦桿的共同作用。③橫向框架。橫向框架由橫梁、主桁豎桿和橫向聯結系的楣部桿件所構成。當橫梁在豎向荷載作用下梁端發生轉動時，豎桿的上端和下端均將產生力矩。在設計豎桿時，應考慮此力矩的影響。④次應力。主桁各桿