钢桥复习内容.docx
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钢桥复习内容
定义：
钢桥是指上部承重结构采用钢结构的桥梁，与之对应的有木桥、坞工桥、钢筋混凝土桥、预应力钢筋混凝土桥等。
对于钢-混凝土组合结构桥梁、钢-混凝土混合结构桥梁，根据其施工和计算的特点，也可归类为钢桥。
材料特点：
钢材拉压同性，同时具有更高的抗拉、抗压强度和弹性模量，钢材有较高的强重比。
结构特点：
1.钢梁的抗剪设计则通过设置横向加劲肋，以防止剪力引起的斜向主压应力导致腹板发生剪切失稳。
2.钢桥设计的重点是解决好结构、构件和板件的稳定问题。
3.钢桥活载所占比重较高，且局部构造较为复杂，因此，钢桥的受拉问题主要是解决活载或其他反复荷载作用下的疲劳问题，以及低温断裂问题。
施工特点：
钢桥施工包括制造、运输、二次拼装与桥位现场安装等工序。
1.钢桥工业化程度高，构件制作加工精度高，质量易于控制，施工速度快，工期短。
2.由于钢材拉压同性、轻质高强，钢桥可以灵活地适应各种施工方法，节约大量的施工临时措施费。
运营维护特点：
1.混凝土桥梁的养护重点是裂缝，而钢桥的养护重点是锈蚀。
2.混凝土桥梁一旦裂缝宽度超限，进一步出现钢筋锈蚀及锈胀开裂，其养护加固的难度较大；相比而言，钢桥锈蚀后，可除锈后再涂装，其养护更易处理和控制。
3.钢桥构件在受到损伤后易于修复、更换和回收。
运输：
构件节段的划分一般取决于桥位与钢结构制造厂之间的运输和吊装能力，大节段一般采用水路运输，在交通不便的山区通常采用公路运输。
适用范围：
钢材不仅具有很高的强度，而且拉压同性，因此不但适用于以受压为主的拱桥，也适用于以受拉为主的索桥和拉压组合受力的梁桥。
钢材的高强重比使得钢桥跨越能力在各种结构体系中均最强。
第二章
失效概率：
作用效应S和结构抗力R都可理解为随机变量，因此，结构是否满足功能要求的事件也是随杌的。
一般把结构不满足功能要求这一事件的概率称为结构失效概率，把结构满足功能要求的概率称为结构可靠概率。
汽车荷载的离心力：
汽车何载对桥梁的离心力是一种伴随着车辆在弯道行驶时所产生的惯性力，其以水平力的形式作用于桥梁，是弯桥横向受力与抗扭计算所考虑的主要因素。
汽车荷载离心力标准值为车辆荷载（不考虑冲击力）标准值乘以离心力系数C。
汽车荷载制动力：
按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力）计算，以使桥梁墩台产生最不利纵向力的加载长度进行纵向折减。
温度作用：
桥梁受温度作用的影响，常年气温变化导致桥梁沿纵向均匀的变形，对于静定结构不产生内力，对超静定结构产生温度次内力，太阳辐射使结构沿高度或宽度方向形成非线性的温度梯度，导致结构产生次内力。
均匀温度：
计算外加变形或约束变形时，应从受到约束时的结构温度开始，考虑最高和最低有效温度的作用效应。
竖向温度梯度：
计算引起的效应时，对于混凝土结构，A=H-100，最大为300，带混凝土桥面板的钢结构，A=300，混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差的-0.5.
横向温度梯度：
对于无悬臂的宽幅钢箱梁，宜考虑横向温度梯度引起的效应，横向温度梯度一般根据桥梁的地理位置、环境条件等确定，钢箱梁T1取3.0，T2取-1.5.
作用效应组合：
承载能力极限状态计算时的作用效应组合（基本组合、偶然组合、地震组合），正常使用极限状态计算时的作用效应组合（频域组合、准永久组合）
简化方法：
采用一维杆系分析方法简化分析钢桥，需要针对荷载横向分布、钢梁薄壁效应和剪力滞效应三个钢桥空间效应进行近似处理，从而适应现行规范的设计、计算、验算。
剪力滞效应：
薄壁钢梁弯曲时，翼缘板在靠近腹板处的正应力要大些，而远离腹板处的正应力逐渐减小，这种由于翼缘板剪切变形不均匀造成弯曲正应力沿宽度方向不均匀分布的现象称为剪力滞效应。
简化分析：
简化分析方法相对简单，在初步设计阶段使用方便，也可与精细化分析相互验证。
采用一维杆系分析的方法就是简化分析。
精细化分析：
在施工图设计阶段，需要详细地分析每一个构件或连接的受力特性、应力状态，要建立比较精细的有限元计算模型进行精细化分析。
（二维板壳模型、三维实体模型、多尺度模型）
结构整体验算内容：
1.结构的整体稳定性（钢梁桥应按受弯构件进行整体稳定性验算，梁桥、拱桥、斜拉桥）、2.结构倾覆稳定性（独柱墩支撑、城市宽翼缘钢桥、弯桥）、3.支座脱空（在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态，不能出现负反力。
）、4.结构振动（桥梁受到车辆、人群或风荷载等作用会振动，可能影响乘客的舒适性或行车安全性）、5.结构挠度（竖向挠度，横向挠度）、6.梁端转角。
桥面系验算方法：
1）混凝土桥面板：
混凝土桥面板与钢梁形成组合截面共同抵抗桥梁整体受力产生的效应。
同时，桥面板需承担来自车轮荷载、温度作用、收缩徐变、预应力等引起的局部效应。
根据支承条件和受力不同，可以分为单向板、双向板和悬臂板。
2）正交异性钢桥面板：
为了能够请楚地描述正交异性钢桥面板的复杂结构行为，传统方法是根据车轮荷载的传力途径将整体结构系统分解为三个基本结构体系（主梁体系、桥面体系、盖板体系）；假设各个结构体系的线性行为不相互影响，分别计算出各体系应力后，根据不同的设计极限状态，按照线性叠加原理进行计算。
疲劳验算：
钢桥的疲劳是指钢结构在循环荷载反复作用下，在应力低于钢材强度时发生损伤甚至断裂的现象。
设计流程：
1.收集资料（设计标准、线形资料、地质资料、水文资料、其他资料）、2.钢桥选型与选材（结构体系选择，钢材选择）、3.总体布置（桥跨布置、横断面布置、主梁布置、联结系布置）、4.结构与构件设计、5.结构整体验算、6.构件与连接的验算。
第三章
钢板组合梁：
钢板组合梁是由工字形截面钢梁与混凝土桥面板通过剪力连接件形成共同受力的梁式结构，以钢板组合梁为主要承重结构的梁桥称为钢板组合梁桥。
组成：
钢板组合梁桥的上部结构由混凝土桥面板、钢板梁、横向联结系及纵向联结系组成。
作用：
混凝土桥面板除作为主要承重结构外，同时提供行车空间和承受车轮局部荷载。
横向联结系：
置于桥梁横向平面内，一般与腹板的横向加劲肋相连，分为桁架式和框架式横向联结系，前者简称横联，后者简称横梁，当布置在支承位置时称为端横联（端横梁），布置在跨内时称为中横联（中横梁）。
作用：
提高结构抗扭能力及横向整体性，端横联（端横梁）还为钢板梁提供转动约束，将水平荷载和扭矩传递到支座。
纵向联结系：
布置于钢板梁上、下平面内，与主梁腹板连接。
靠近上翼缘位置的称为上部水平纵向联结系（简称上平纵联），靠近下翼缘位置的称为下部水平纵向联结系（简称下平纵联）
作用：
承担水平荷载，并给钢板梁提供有效的侧向支撑，提高其稳定性。
结构特点：
简支钢板组合梁混凝土桥面板受压、钢板梁受拉，能够充分发挥各自材料特性。
钢板组合梁桥为开口截面，单片钢梁抗扭能力较弱，但其构造简单、维养方便。
施工特点：
钢板组合梁桥预制单元划分和组装方式灵活。
可采用先钢梁后桥面板的分步施工方法，桥面板与钢梁整体预制后施工的方法。
桥面板纵向布置：
桥面板局部加厚、桥面板端部加厚，支承于横梁的桥面板，一般纵向钢筋为主筋，纵向钢筋可以布置在横向钢筋外侧。
桥面板分块：
分块预制桥面板（预制桥面板分块尺寸需根据钢板梁上翼缘及横向联结系形成的格构确定）、全宽预制桥面板（全宽预制桥面板需要在预制时预留剪力槽，焊钉在对应剪力槽位置集中布置，通过在剪力槽内浇筑混凝土使桥面板与钢板梁连接）。
现浇混凝土桥面板：
整体性好，现场工作量大，混凝土收缩应力大。
预制混凝土桥面板：
现场湿作业量、模板临时支撑数量少，可采用吊装施工、顶推滑移施工，宜存放6个月以上，减少混凝土收缩应力
湿接缝构造：
湿接缝是保证预制桥面板整体性的关键构造，其构造形式需要保证接缝受力可靠性和耐久性，同时方便接缝内钢筋现场连接及混凝土浇筑。
纵向联结系：
包括K形、菱形、交叉形，钢板梁受弯时，翼缘的拉压变形会带动纵向联结系沿纵桥向拉伸或压缩，进而产生次内力；横联是由上横杆、下横杆、斜杆与横向加劲肋连接组成，横联的结构形式通常为V形。
主梁简化计算：
桥上作用荷载P时，使荷载在结构的x和y方向同时传递，荷载对结构某一点产生的内力S可表示为S=P*n（x，y），式中双值函数n（x，y）为结构在该点的内力影响面。
为方便计算通常把影响线n（x，y）分离成两个单值函数的乘积：
S=P*n2（y）*n1（x）。
桥面板简化计算：
桥面板支撑于钢板梁或钢板梁与横向联结系形成的格构之上，承担车轮局部荷载。
可将桥面板简化为单向受力板或双向受力板进行内力计算及配筋设计。
1．当车轮荷载作用在桥面板上时，车轮压力通过桥面铺装扩散到混凝土桥面板上。
计算中应将轮压作为分布荷载考虑。
2．单向板在轮压下，弯矩会向垂直于板跨径的方向传递，使得弯矩引起的效应在轮压处较大，向垂直于跨径方向的两边逐渐减小，这种弯曲效应的不均匀分布通常引入荷载分布宽度a进行计算，以此板宽来承受车轮荷载产生的总弯矩；
3．简化为宽度为1m的简支板进行设计计算，车轮荷载等效为均布荷载。
设计流程：
弹性理论计算假设：
①钢和混凝土材料均为理想的线弹性体；②钢板梁与混凝土翼板之间的连接可靠，滑移可以忽略不计，符合平截面变形假定；③混凝土桥面板受拉区退出工作，计入受拉纵向钢筋的作用。
收缩效应：
计算现浇桥面板，按组合梁与混凝土板时间的温差-15℃考虑。
徐变效应：
徐变效应通过引入有效弹性模量比，修正混凝土弹性模量进行计算。
温度梯度效应：
组合梁截面上的温度梯度通常是按照折线变化的，采用这种温度梯度分布模式进行组合梁温度效应的理论计算较为复杂，宜采用有限元方法计算。
通常假设钢梁和混凝土桥面板存在整体温差，简化组合梁温度梯度效应计算，计算中假定：
1.同一截面内混凝土桥面板的温度完全相同，钢梁的温度也完全相同，整个截面内只存在两个温度，且温差仅由这两个温度决定。
2.沿梁全长各截面的温度分布情况相同；
3.计算连续组合梁的温度效应时，不考虑负弯矩区混凝土开裂影响。
施工阶段计算：
①一次受力状态：
一次受力状态，即恒载一次作用于组合结构上，其截面应力按一次受力进行计算。
施工方法：
采用满堂支架施工、整体吊装施工；
②阶段受力状态：
分阶段受力状态，即一期恒载分阶段作用于钢板梁上，截面应力计算时应根据恒载作用顺序进行叠加。
第一阶段：
钢板梁承担包括其自重、联结系、混凝土桥面板重量及其他施工荷载；
第二阶段：
混凝土桥面板与钢板梁形成组合结构后，承担二期恒载、汽车活载等其他荷载。
焊钉计算步骤：
1.确定单钉抗剪承载能力。
当栓钉长度长与直径之比大于4时，单个焊钉的抗剪承载力可按公式计算；2.计算组合界面剪力，并分区计算所需焊钉个数。
假定钢板梁与混凝土板交界面上的纵向水平剪力全部由焊钉承担，忽略钢板梁与混凝土板之间的粘结作用；3.焊钉验算，包括抗剪承载能力验算、疲劳验算及局部强度验算。
（构造要求、单个焊钉连接件抗剪承载能力计算、焊钉数量计算、承载能力极限状态验算、正常使用极限状态验算、疲劳验算）。
第四章
结构组成：
钢箱梁（或钢箱组合梁）是由顶板、底板、腹板组成的闭口箱形结构，箱内设置横隔板。
各板件需设置纵向加劲肋（纵肋）、横向加劲肋（横肋），以提高其刚度，防止局部失稳。
当箱梁顶板采用混凝土桥面板时，称为钢箱组合梁；当箱梁顶板采用钢桥面板时，称为钢箱梁。
横隔板：
布置于支承位置时称为端横隔板，布置于支承间时称为中横隔板。
箱室内横隔板能够减小箱梁畸变和横向弯曲变形，保持截面形状。
端横隔板能够分散支座反力，并将扭矩传递至支座。
结构特点：
钢箱梁为闭口截面，具有结构整体性好、横向抗弯刚度和抗扭刚度大，整体稳定性高、荷载横向分配均匀等。
此外，钢箱梁还具有梁高低、外形简洁美观的优点。
施工特点：
钢箱梁桥宜采用大节段或整孔架设施工，可提高施工速度，保证施工质量，但对运输及吊装能力要求较高；
吊装能力受限时，也可将钢箱梁沿横向划分节段，以减小吊装单元尺寸，但这样现场拼装作业量较大，施工控制难度较高。
钢箱组合梁结构特点：
当桥宽较小时，混凝土桥面板横向变厚设计，在腹板处设置承托，悬臂桥面板长度一般小于3m；
当桥梁宽度增大，需要增加箱室腹板间距及桥面板悬臂长度时，需要设置横肋支撑桥面板，必要时还需设置斜撑支撑桥面板悬臂部分。
横坡布置：
桥面设置双向横坡、通过支座调节横坡、通过改变腹板高度调节横坡、混凝土桥面板通过梗腋调节横坡。
横隔板布置：
钢箱梁支点位置必须设置端横隔板，且横隔板必须通过支座反力的合力作用点。
箱室内横隔板间距需满足L<6或0.14L-1，且<20要求。
底板厚度变化：
底板厚度需根据结构抗弯需要变厚设计；
底板厚度向上变化：
结构美观、施工方便，
底板厚度向下变化：
横隔板构造标准，
箱梁宽跨比较大时，底板设计成两侧厚、中间薄的形式。
变形受力：
竖向偏心荷载产生横向弯曲变形；竖向角点荷载：
对称荷载产生竖向弯曲变形，反对称荷载使箱梁发生扭转变形和畸变；水平角点荷载产生扭转和畸变。
竖向弯曲变形产生弯曲正应力和弯曲剪应力；自由扭转变形只产生自由扭转剪应力；约束扭转变形产生约束扭转剪应力和翘曲正应力；畸变除了产生畸变剪应力和畸变翘曲正应力，还会引起横向弯曲变形，从而产生横向弯曲应力。
单箱式截面剪力流：
计算钢箱梁截面剪力流时，任一起始点的剪力流是未知的，需要将闭口截面的任一点切开，转化为开口截面，则闭口截面剪力流q=开口截面的剪力流q0+切口处未知剪力流q1。
多箱式截面剪力流：
自由扭转：
箱梁扭转时无纵向约束，截面可自由凹凸时，则认为箱梁发生自由扭转，只产生扭转剪应力。
约束扭转：
当钢箱梁端部设置有强大的横隔板，结构扭转时纵向变形受到约束，则认为箱梁发生约束扭转，产生约束扭转正应力及剪应力。
约束扭转计算假定：
①周边假设不变形；
②箱壁上的剪应力与正应力均沿壁厚方向均匀分布；
③约束扭转时，沿梁纵轴方向的位移假设同自由扭转时纵向位移存在相似变化规律。
畸变：
当钢箱梁箱壁较薄，横隔板布置较为稀疏时，在扭矩作用下箱梁难以保持原有形状不变，截面发生畸变，产生畸变翘曲正应力，畸变剪应力和横向弯曲应力。
正交异性钢桥面板受力分析：
第一体系：
主梁体系。
由盖板和纵肋组成，为钢箱梁翼缘板，参与主梁受弯，称为主梁体系。
第二体系：
桥面结构体系。
由纵肋、横肋和盖板组成的结构系，把桥面上的荷载传递到主梁腹板和横隔板，起到桥面结构的作用，称为桥面体系。
第三体系：
盖板体系。
将设置在纵、横加劲肋上的盖板看成是各向同性的连续板，盖板直接承受作用于肋间的车轮荷载，同时把车轮荷载传递至加劲肋上，称为盖板体系。
七个力学模型：
盖板局部变形、带纵肋桥面板横向弯曲变形、纵肋纵向弯曲变形、横肋平面内弯曲变形、横肋畸变变形、纵肋畸变变形、整体变形。
整体分析法：
将桥面和主梁共同作为一个整体计算，同时考虑组合梁体系的整体受力和桥面体系的局部受力。
方法：
采用有限元程序，建立桥梁整体模型，将主梁各板件均采用空间壳单元模拟。
对于大跨径桥梁，可采用梁单元与壳单元结合的多尺度建模方法实现，以提高计算效率。
叠加分析法：
在结构线弹性范围内，采用主梁体系、桥面结构体系、盖板体系来分析正交异性钢桥面板时，可采用叠加法。
（比拟正交异性法、PE法、格子梁法）
第五章
结构组成：
钢桁梁桥的上部结构由主桁、联结系和桥面系等组成。
主桁：
是主要的竖向承重结构，由弦杆、腹杆和节点组成。
（弦杆包括上弦杆和下弦杆，分别位于主桁的顶部和底部，作用是抵抗由弯矩引起的拉力和压力；腹杆按杆件方向不同分为竖腹杆和斜腹杆，其作用是抵抗剪力。
杆件交汇的部位称为节点，节点之间的距离称为节间长度）
联结系：
分为纵向联结系（简称纵联）和横向联结系（简称横联）。
纵联设在主桁的上、下弦平面内，其中位于主桁上弦平面内的称为上平纵联，位于主桁下弦平面内的称为下平纵联。
纵联的主要作用是抵抗水平向荷载，为主桁提供侧向支撑。
横联设在主桁横桥向平面内，位于跨内的称为中横联，位于两端的称为端横联。
横联的主要作用是使主桁横向成为几何不变体系，提高主桁的抗扭能力，端横联还能将纵联承担的横向水平荷载传递至支座。
桥面系：
由横梁、纵梁和桥面板组成，横梁沿横桥向布置并支承于主桁节点，纵梁沿纵桥向布置并支承于横梁，桥面板支承于纵、横梁上，直接承受移动荷载。
结构特点：
钢桁梁所承担荷载通过节点传递，杆件以轴向受力为主，截面受力均匀，材料强度能够得到充分利用，结构的抗弯刚度较大。
施工特点：
钢桁梁桥施工方法灵活，既可采用“化整为零”的杆件散拼施工法，亦可采用“集零为整”的节段拼装和整孔架设施工法。
因此，钢桁梁桥能够适应峡谷山区跨江跨海等不同桥位，以及不同运输条件吊装能力和施工方法的要求。
布置特点：
刚桁梁桥的总体布置是在满足净空和路线线形的要求下，确定桥跨、主桁、联结系和桥面系的位置、数量和尺寸等。
主桁节点构造类型：
根据制造与施工工艺的不同，节点可分为拼接式节点、整体式节点和全焊管节点。
1.拼接式节点：
通过在杆件外侧设置节点板，并采用螺栓使节点板与杆件密贴，从而实现杆件之间的连接。
构造简单，拼装方便，但拼装工作量较大。
2.整体式节点：
将节点板和与之相连的强杆预先在工厂焊接成整体，再在现场进行杆件的拼装。
节点板同时作为节点处弦杆的腹板，避免了节点处焊缝或螺栓的集中，改善了节点受力。
与拼接式节点相比，整体节点具有质量可靠、精度高、现场作业量小等优点。
3.全焊管节点：
主桁杆件采用钢管的管结构桁梁桥一般采用全焊管节点，即杆件之间采用直接焊接连接，构造简洁，整体性较好。
桥面系构造：
桥面板、横梁与纵梁、横梁与主桁的连接。
横梁与纵梁：
纵横梁一般采用工字形梁，按受弯构件设计。
通常横梁高于纵梁，纵梁与横梁上翼缘等高布置，此时，纵梁不能连续通过，需要在横梁处断开。
为保证纵梁仍为连续结构，可采用高强度螺栓连接构造。
简化计算方法：
第一步，把钢桁梁桥分解为主桁、联结系和桥面系等独立的平面结构，分别进行竖向和横向水平荷载作用下的内力计算。
各平面结构共有的构件的内力按其所在平面结构分别计算。
第二步，计算由节点刚性、空间效应和框架效应等引起的结构次内力。
第三步，将第一步和第二步计算得到的内力进行叠加，即可得到结构的内力。
传力路径：
竖向荷载由桥面板传给纵、横梁，再通过横梁传至节点，以节点荷载的形式传递给主桁，最后传给支座和下部结构。
水平向荷载由纵联直接传给支座，或通过端横联传给支座，最后传至下部结构。
活载发展系数：
铁路桥梁活载与公路桥梁活载计算最大的不同在于铁路桥梁考虑活载发展均衡系数，在铁路钢桥设计中，为了保证在较长时期内适应机车车辆载重增大的需要，设计时应在现今使用的列车活载基础上预留一个发展系数。
可采取两种方法:
①在计算主力组合时乘以活载发展系数；②按相应桥跨的检定载重进行检算。
桥面系简化计算：
包括桥面板和纵横梁。
纵横梁先按简支梁计算内力，再对支点和跨中处内力进行修正，即可得到结构内力（纵梁内力简化计算、横梁内力简化计算、空间效应引起的桥面系纵横梁内力计算）。
验算内容：
主桁杆件验算（刚度验算、强度验算、稳定性验算、疲劳验算、加劲肋刚度验算），节点板验算、联结系验算、桥面系验算。
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