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钢结构桥梁的入门级别
小跨度与大跨度钢箱梁
建国以来长江
上几座里程牌式钢桥
,
高瞻远瞩
,
胸怀大志
,
入门开始
武汉长江大桥
(128m
跨度
,3
号钢
Q240)
南京长江大桥
(160m
跨度
,16Mnq Q345)
九江长江大桥
(216m
跨度
,15MnVNq Q420)
芜湖长江大桥
(312m
跨度
< br>,14MnNbq Q345)
天兴洲长江大桥
(504m
跨度
,14MnNbq
Q345)
一、
桥梁用钢牌号
1
、
Q235qD
Q345qD
Q370qD
Q420QD
第一个
Q
为屈服拼音第一个字母
,
屈服之意
< br>;
数字
235
表示屈服强度<
/p>
(
是一个应力
数值
),
数字后
q
为桥梁第一个拼音
q,
表示为桥梁用结构钢
;
最后一个大写字母
D
为钢材等级
,
钢材等级之分有
A
、
B
、
C
、
< br>D
、
E5
个等级
,A
不做冲击功要求
,B
表示
常温
20
゜冲击功
,C
为
0
゜冲击功
,D
表示
-20
゜是冲击功<
/p>
,E
为
-40
独
冲击功要求
.
冲击功与钢材韧性相关
,
Q345qE
联合起来意为
:
屈服强度为
345MPa
应力的桥梁用钢
,-40
゜有冲击功要
求
< br>,
一般不小于
47J.
钢材安全
系数一般取为
1.7,
那么
Q345<
/p>
钢材容许应力为
345/1.7=202.9MPa,
规范中采用
200MPa.Q345
中
345
为屈服强度
,
抗拉
强度更
大
,
一般为容许应力的
2.5
倍
,
所以
Q345
抗拉强度为
200*2.5=500
MPa,
规范中取
值
510MPa.<
/p>
抗剪容许应力为基本容许应力的
0.6
倍
,
局部承压为基本容许应力的
1.5<
/p>
倍
,
规范中
Q3
45
钢材抗剪容许应力
120MPa,
局部承压容许应力为
300MPa.
二、
钢结构桥梁的设计方法
公路钢结构桥
梁设计规范
2015
没出来之前
,
公路钢结构桥梁仍然采用容许
应力法设计
:
各项荷载系数为
1,
荷载组合下外力应
力只要小于容许应力
200MPa
即可
.
现在新出钢桥规范为了与混凝土统一采用两个极限状态设计法一致
,
钢结构
桥梁也采用了极限状态设计法
,
以
Q345qD
钢为例说明问题
的实质性
:
1)
容许应力法
外荷载组合系数
:1x
恒载
+1x
活载
+1x
其它可变活载
荷载组合下的应力小于规范中的容许应力
200MPa
(345/1.7=203)
2)
极限状态法
外荷载组合系数
:1.2x
恒载
+1.4x
活载
+1.4x
其它可变活载
X0
.75
综合起来极限状态法相比于容许应力法
荷载综合系数采用了
1.35
荷载组合下的应力小于规范中的容许应力
275MPa
(345/1.7x1.35=274)
< br>所以极限状态法相当于外荷载系数乘了个
1.35
的数值
,
相对于容许应力法中
的容许应力相应
同时乘以
1.35
的数值
,
本质一样
,
游戏而已
.
三、
钢结构桥梁几个主体问题
钢结构核心问题为
强度、稳定、疲劳
1)
强度
受拉杆件或者弯矩中的受拉部位
:
应力
小于容许应力即可
,
假如为螺栓连接
,
计算应力时采用净面积计算
2)
稳定
稳定问题转为强度模式控制
,
只不过将
容许的压应力转换为容许应力
x
小于
1
的一个数字
,
此数字结合杆件的计算长
度与杆件回转半径相结合的长细比
,
如
下表
稳定问题还包括整体稳定与局
部稳定之分
,
只要构件受压
,
终究不能离开稳定
问题的困扰
,
这也是拱桥跨径小于斜拉桥、
斜拉桥跨径小于悬索桥的主体原因
;
整体稳定可按上述的稳定应力小于强度容许应力乘以相应于长细比的小于
1
的折减系数控制
,
局部稳定按照下表宽厚比控制
受压杆件设置的局部加劲肋
,
解决宽厚
比过大的局部稳定问题
.
上表为压杆的局部稳定控制指标
,
对于受弯构件的腹板的抗剪稳定
,
也有相应
的要求
,
防
止腹板受剪失稳
,
控制指标为腹板的高厚比
简支梁受力的横梁腹板加劲
肋设置
,
竖向设置间距不大于
2m
的加劲板
,
正弯
矩
上缘受压部位设置水平向加劲肋
.
3)
疲劳
只要受拉
,
构件就有疲劳问题
,
裂纹随着拉应力的变化扩展
,
所以受压构件不需检
算疲劳
,
受拉或者是拉压交替就会有裂纹扩展的危险
,
就需检算疲劳稳定
,
疲劳主
要与应力变化幅密切相关
,
疲劳检算主要是检算应力幅
四、
钢结构桥梁与混凝土箱梁类比
钢箱梁截面
混凝土截面
对于一个
3x30m
混凝土现浇预应力匝道箱梁
,
荷载传力途径
:
荷载
--------
传力途径
1:
横向通过顶板传递给纵腹板
(
对应纵向
1m
板条桥面板横
向计算
(
车辆中车轮荷载
))
---
组成横框的桥面板的横向受力
-------
传力途径
2:
通过顶底
板及腹板纵向传递给横梁
(
对应于纵向单梁主梁计算
,
顶底板抗弯
,
腹板抗剪
,
车道荷载计算
,
受拉部位设置预应力钢束保证混凝土抗裂
,
同时钢束的设置
不能使混凝土受压过大
)---
纵向受力
------
传立途径
3(
通过横梁由横梁与纵腹板相交之点传至支座
)
(
对应于横梁计算
,
根据横梁跨度决定
是否采用预应力
)-----
横梁的横向受力
< br>
对于
3x30m
钢箱梁
,16mm
厚顶板及顶板位置的纵向加劲肋
(U
肋、倒
T
肋、板
肋
)
相当于
25cm
厚混凝土顶板
,14mm
厚底板及其加劲肋相当于
25cm
厚混凝
土底板
,
两块
14mm
厚腹板类式于
45cm
厚腹板
.
钢箱与混凝土承受荷载比较
,
相
应采用
Q345qD
钢材与
C50
混凝土类比
:
混凝土顶板承受弯矩中的压
力
:7800mm*250mm*16.2MPa=31590kN
钢箱梁顶板承受弯矩中的轴力
:
(7
800mm*16mm+705mm*8mm*10)*200MPa=36240kN,
可以看出钢结构承
载能力更强
.
混
凝土腹板抗剪
:2000mm*450mm*2*0.17*32.6Mpa=9975
kN
钢箱梁腹板抗剪
:2000mm*14mm*2*120
Mpa=6720kN,
抗剪混凝土强些
,
同等
跨度的钢箱梁一恒只有混凝土的
1/3.5
左右
30m
跨径
8m
桥宽混凝土一恒荷载
:8*0.7*26
=146kN/m
30m
跨径
8m<
/p>
桥宽钢箱梁一恒荷载
:8*500kg/
㎡
=40kN/m=146/3.65kN
钢箱梁相对于混凝
土箱梁
,
上面讲述了几个
类同性
,
类同性
1: <
/p>
16mm
厚
顶板及顶板位置的纵向加劲肋
(U
肋、倒
T
肋、板肋
)
相当于
25cm
厚混凝土顶板
类同性
2: 14mm
厚
底板及其加劲肋
相当于
25cm
厚混凝土底板
类同性
3:
两块
14mm
厚腹板类式于
45cm
厚腹板
本质的不同
点在于钢箱梁纵向必须设置间距
2m
或者
3m
设置横隔板
(
正交各向
异性板名称的由来
,
纵向顶板加劲肋加劲及横向
横隔板加劲
),
以支承顶板上加劲
肋的
受力
,
减小顶板加劲肋计算跨度
,
同时减小较薄的钢板的畸变变形增强横向受
弯能力
< br>,
任何钢结构箱型杆件均需设置隔板
,
< br>此构造类似与竹子中的隔板
,
大自然
中生物是演化的最合理构造
.
钢箱梁的传力途径
,
相比于混凝土传力途径
,
多了一个横隔板间顶板纵肋的纵向传
力
,
< br>所以钢箱梁需要两个体系相加
,
原因在此
!
钢箱梁传力
:
荷载
--------
传力途径
1:
横向通过
16
mm
厚顶板传给顶板纵向加劲肋
(
顶板
传力
,
第三体系
,
薄膜力很大不用考虑
)
---------
传力途径
2:
顶板纵向加劲肋传至隔板
(
纵向加劲肋及顶板组成的构件支撑
在间距
2m
或者
3m
的横隔板
上的受力
,
车辆中车轮荷载计算
,
多跨连续梁受力
)
---
< br>顶板纵向加劲肋及顶板的纵向受力
,
属于第二体系也叫桥
面体系
,
由于是纵向受力
,
所以需要与第一应力体系相加
-------<
/p>
传力途径
3:
横隔板传递给纵腹板
(
横隔板与其上下方顶板底板组成的构件
在跨
度为纵隔版之间间距的横向受力
,
也叫桥面体系
)---
横隔板与顶上
16mm
厚
底下
14mm
厚的横向受力
-------
传力途径
4:
纵腹板传至横梁
(
对应于
纵向单梁主梁计算
,
顶底板抗弯
,
腹板抗
剪
,
车道荷
载计算
)---
第一体系
,
也叫主梁体系
,
纵向受力
,
与混凝土完全一致
------<
/p>
传力途径
5(
通过横梁由横梁与纵腹板相
交之点传至支座
)
(
对应于横梁计
算
,)-----
横梁的横向受力
,
与混凝土完全类似
理解纵向单梁模型
------
不包含顶板加劲肋的第二体系计
算
五、
钢结构桥梁构造
本章主要简述钢结构
桥梁中钢箱梁构造
,
根据上一章钢箱梁传力其实大体可以确
定钢箱梁构造了
,
本章单独提列
,
加强名称介绍
,
构造服
务于受力
薄壁扁平钢箱梁构造
1
、总体布置
薄壁扁平钢箱梁（梁高与桥宽之比很小）是由顶板、底板、横隔板和纵隔板等板件通
过
全焊接的方式连接而成，
扁平钢箱梁的顶底板通过横隔板及纵隔板等横纵向联结杆件联成
整体受力体系。箱梁的顶板通常按桥面横坡要求设置，底板多采用平底板的构造形式。<
/p>
2
、顶底板构造
钢箱梁顶底板由均面板及纵肋组成，由于顶底板的宽度与板厚之比（宽厚比）较大，
设置纵肋的主要目的是防止顶底板在弯曲压应力或者制作、
运输、
安装架设中不可预料的压
应力作用下的局部失稳。另外对钢箱梁顶板而言，设置纵肋可
将单桥面板变为正交异形板，
大大增加桥面板的抵抗能力，使桥面承受的竖向荷载有效地
传递到横隔板及腹板上。
纵肋的主要形式有开口加劲肋与闭口
加劲肋两种，两者的区别如下：
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