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1、第二节 钢桥的主要结构形式与受力特点,钢桥的主要结构形式,钢桥根据主要承重结构的受力体系可以分为：梁式桥(girder bridge)拱桥(arch bridge)刚构桥（frame bridge)斜拉桥(cable-stayed bridge)悬索桥(suspension bridge)混合体系桥梁(hybrid structure bridge),一、梁式桥(girder bridge),梁式桥在竖直荷载作用下，主梁的截面只有弯矩和剪力，不产生轴力，支座只承受竖直方向的力，不承受水平力。 多孔梁桥的梁在桥墩上不连续的称为简支梁桥(simply supported bridge)。,在桥墩上
2、连续的称为连续梁桥(continuous bridge)。,在桥墩连续，在桥孔内中断，线路在桥孔内过渡到另一根梁上的称为悬臂梁桥(cantilever bridge) 。 支承在悬臂上的简支梁称为挂梁 (hanger span)；伸出有悬 臂的梁称为锚梁(anchor span)； 梁式桥的梁身可以做成实腹的，也可以做成空腹的。,钢梁式桥按主梁形式还可以分为：钢板梁桥(steel plate girder bridge)钢箱梁桥(steel box girder bridge)钢桁梁桥(steel truss girder bridge)目前梁式桥最大跨度的是1917年建成的加拿大魁北克公路铁
3、路两用悬臂钢桁梁桥，跨度达到548. 8 m。,钢板梁桥,史密斯大道高桥（The Smith Avenue High Bridge），是一座两车道的街道跨河钢板梁桥。原桥建于1895年，在1905年被一场风暴摧毁。最南端的五跨曾被重建。由于年久失修，旧桥在1985年被拆除。,一座新的大桥于1987年建成通车大桥全长844.2m，两个主拱跨度各为158.5m，桥梁宽度为16.5m。通航孔航道宽度为64m，从梁底到水面净空45.4m，桥面到水面高48.8m。,钢箱梁桥,钢箱梁崇启大桥全长52公里，其中上海段接线道路长28.52公里，长江大桥长2.48公里，江苏段长江大桥长4.67公里，接线道路长1
4、8.52公里。全线设计双向6车道，大桥于2008年8月1日奠基，12月26日上海段正式开工建设，2009年2月28日江苏段开工建设，于2011年12月24日建成通车。,钢桁梁桥,永宁黄河特大桥是 新建铁路工程中跨越 黄河 的一座单线铁路钢桁梁桥，全长 3942.08m，孔跨布置为 2 孔 32m+4 孔 24m+38 孔 32m 单线简支 T 梁、18 孔 48m 单线简支箱梁、13 孔 96m 简支钢桁结合梁、5 孔 48m 单线简支箱梁、4 孔 32m 单线简支 T 梁。,二、拱桥,拱桥是以曲线形拱作为主体结构的桥梁，具有外形美观、受力合理、跨越能力大、适用范围广等诸多优点，在钢桥、混凝土
5、桥、污工桥梁以及钢与混凝土组合结构桥梁中都得到广泛应用。,拱不仅外形与梁不同，受力与梁也有很大的区别。拱桥在受力上最大的区别是，在竖向荷载作用下，在拱的两端支承处除有竖向反力外，还有水平推力，使得拱内弯矩和剪力大大减小，主要以受压为主。如果拱桥不能充分承受两端支承处的水平力，拱脚不仅会产生很大的位移，而且拱内产生很大的弯矩，不能充分发挥拱的优势。,拱桥可以采用两种方法来承受两端支承处的水平力：一种是设置坚固的基础，水平力由基础承受，拱为有推力拱，适用于地基良好的桥位;另一种是在拱的两端设置拉索或者梁(称为系杆或系梁)等，使得水平力互相平衡，拱为无推力拱，也称为系杆拱，适用于地基较差的桥位。,推
6、力拱,系杆拱,仅供人、畜行走的拱桥可以把桥面直接铺在拱肋上。而通行现代交通工具的拱桥，桥面必须保持一定的平直度，不能直接铺在曲线形的拱肋上。因此要通过立柱或吊杆将桥面间接支承在拱肋上。由此分为上承式拱桥(桥面在拱肋的上方)、中承式拱桥(桥面一部分在拱肋上方、一部分在拱肋下方)和下承式拱桥(桥面在拱肋下方)。,朝天门长江大桥工程全长4.881公里，由主桥、东西引桥及黄桷湾、弹子石、对山、五里店等4座立交组成。,其中，大桥主体工程全长1741米，主桥为932米，有两座主墩，主跨达552米。建成后的大桥，分为上下两层。上层为双向六车道，行人可经两侧人行道上桥；下层则是双向轻轨轨道，并在两侧预留了2个
7、车行道，可保证今后大桥车流量增大时的需求。,三、刚构桥,梁体与桥墩或桥台连为一体者，称为刚构桥。刚构桥的受力兼有梁桥与拱桥的一些特点，主要承重结构为偏心受压和受弯。目前钢刚构桥的最大跨度是1972年建成的意大利斯法拉萨桥。跨度达到376m；我国1976年建成的陕西安康江汉大桥，跨径达到176 m,为我国钢斜腿刚构桥之首。,1972年意大利建成的斯法拉沙桥，跨径达376米，是目前世界上跨径最大的钢斜腿刚架桥。,与门式刚架相比，斜腿刚架的腿是斜置的，两腿和梁中部的轴线大致呈拱形，这样，斜腿和梁所受的弯矩比同跨度的门式刚架显著减小，而轴向压力有所增加。同上承式魁桥相比，这种桥不需要拱上结构，构件数目
8、较少;当桥面较窄(如单线铁路桥)而跨度较大时，可将其斜腿在桥的横向放坡，以保证桥的横向稳定。意大利的斯法拉沙桥虽己建成近40年，但其简洁明快的桥型，其梁的底缘线呈现的微弯曲线表现着刚里有柔，特别是至今仍保持的同桥型世界第一的跨径。,安康汉江桥位于陕西省安康水电站的专用线上，主跨为176米斜腿刚构，在目前世界上同类型的铁路钢桥中，跨度领先。本桥附近河段顺直，平时河面宽约180米，水深13米左右，水流平稳。,四、斜拉桥,斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在索塔上的结构形式.斜拉索不仅为梁提供弹性支承，而目其水平分力对梁产生很大的轴力。,汛期洪水来势汹涌，水位猛涨暴落，河床冲淤严重，覆盖层很不稳定。桥址位
9、于汉江上游峡谷，两岸陡峻，河床断面呈梯形。初步设计提出三个桥式方案进行比选：第一方案主跨采用6419264米钢斜腿刚构，全长521.95米，桥墩均在岸上，明挖基础，墩身最高约60米；第二方案主跨为6411264米钢桥，中跨为112米柔性拱刚性桁梁组合体系，全长528.50米，有深水桥墩2个，墩身最高约7l米；第三方案主跨用64米380米三跨连续64米钢桁梁，全长532.08米，有深水桥墩3个，墩身最高约79米。三个方案相比，第一方案不仅用钢量省，造价较低，而且可避免修建深水基础及70米以上的高墩，因此作为推荐方案。,斜拉桥可以通过调整斜拉索的初始索力达到调整主梁弯矩，桥面标高和提高索及桥梁整体
10、刚度的目的.设计中可以根据受力需要计算确定斜拉索的初始索力，施工中通过施工控制调整索力，使之达到设计值。斜拉桥是一种高次超静定结构，索力控制较为困难，是设计和施工的一个关键问题。,南京长江第二大桥位于南京长江大桥下游11公里处，于2001年3月建成通车。,整个大桥由南汊桥、八封洲（长江中第三大岛）公路连接线、北汊桥组成，二桥一路，全长12.571公里。其中，南汊桥为钢箱梁斜拉桥，是大桥的关键性和标志性项目，桥长2938米，主跨径628米，在世界上排名第三。前两位为日本多多罗大桥（主跨890米）和法国诺曼蒂大桥（主跨856米）。北汊桥为预应力连续梁桥，桥长2212米，主跨径165米，居国内领先水
11、平。南汊桥南岸建有二桥公园，设桥梁展示馆。公园还特设观光电梯，可达桥面观光步道，也可通过桥肚下全透明回廊横穿二桥。,胜利黄河大桥是我国修建的第一座钢斜拉桥，位于垦利县城东北侧。,大桥全长2817.46米，由主桥、南北引桥组成。主桥为5孔跨径，主桥长682米，为新型钢箱斜拉索桥结构，用57段钢箱梁连接而成，为连续双箱正交异性板钢斜拉桥，引桥为跨径30米预应力混凝土箱梁，桥面宽19.5米。桥两端为造型优雅的桥头堡和花园式绿化带。,桥面支承于悬索或用吊索挂在悬索(通常称主缆)上的桥称为悬索桥。也被称为吊桥。和拱肋相反，悬索的截面只承受拉力。只供人、畜行走用的简陋悬索桥常把桥面直接铺在悬索上。通行现代
12、交通工具的悬索桥，为了保持桥面具有一定的平直度，将桥面用吊索挂在悬索上。和拱桥不同的是:作为承重结构的拱肋是刚性的，而作为承重结构的悬索则是柔性的。,五、悬索桥,为了避免在车辆驶过时桥面随着悬索一起变形，现代悬索桥一般均设有刚性梁(又称加劲梁，stiffening)。桥面设在刚性梁上，刚性梁吊在悬索上。现代悬索桥的悬索一般均支承在两个索塔上。塔顶设有支承悬索的鞍形支座。承受很大拉力的悬索的端部通过锚旋固定在地基中，为地锚式悬索桥。也有将悬索固定在刚性梁端部的情况，称为自锚式悬索桥。,桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，矮寨特大悬索桥全跨1073.65m，悬索桥的主跨为1176m。该桥跨越矮寨大峡谷
13、，主跨居世界第3、亚洲第1。渝湘高速于2012年3月31日正式通车。,矮寨特大悬索桥位于湖南湘西。矮寨悬索桥桥距吉首市区约20公里，跨越矮寨镇附近的山谷，德夯河流经谷底，桥面设计标高与地面高差达330米左右。,四渡河特大桥位于湖北省恩施市巴东县野三关镇四渡河，大桥主跨900米，桥面与峡谷谷底高差达560米，相当于200层楼高，是目前国内在深山峡谷里修建的最大跨度悬索桥。,大桥全长1365米，由长1105米的大桥和长228.9米的路基组成。其中大桥为四渡河特大桥，跨径布置为900+540米，主跨为900米单跨双铰钢桁架加劲梁悬索桥。享有“世界第一高桥”美誉！,六、组合体系桥梁,承重结构系由两种或
14、多种结构形式组合而成的桥梁称为混合体系桥梁。,实腹梁与桁架的组合,梁与拱的组合,梁与悬吊系统的组合,梁与拱的组合,梁与斜拉索的组合,悬索与斜拉索的组合,钢桥的主要优点,(1)高强匀质材料:钢材是一种抗拉、抗压、抗剪强度高的匀质材料，承受拉、压、弯、剪均可。并且与混凝土等材料相比自重小(通常用重量强度比来一表示两种材料在结构意义上的相对轻重)，所以钢桥具有很大的跨越能力。桥梁跨度非常大、荷载非常重，采用别的材料来造桥将遇到困难时，一般采用钢桥。钢材可加工性能好，可用于复杂桥型和景观桥。,(2)钢桥的构件最适合用工业化方法来制造，便于运输，便于无支架施工，工地的安装速度也快。因此，钢桥的施工期限较
15、短。(3)韧性、延性好，可提高抗震性能。(4)钢桥在受到破坏后，易于修复和更换。(5)旧桥可回收，资源可再利用，有利于环保。,钢材的主要缺点是易于腐蚀，需要经常检查和按期油漆。 钢桥对温度以及动载效应都较为敏感。解决方法：,钢桥的主要缺点,优质油漆和耐候钢,钢桥的技术问题,1)薄壁结构 为了提高截面效率，钢桥一般做成薄壁结构，应力计算应该考虑剪力滞、扭转(自由扭转、约束扭转)、翘曲等影响。,2)稳定(stability) 钢桥结构刚度小，稳定问题突出。作为薄壁结构，为了防止板件的局部失稳需要设置加劲肋和限制板件的宽厚比。,3)刚度(stiffness) 刚度小，设计中通过限制杆件的长细比(slenderness ratio)、挠度(deflection)和钢桥的宽跨比保证桥梁的刚度。,4)疲劳(fatigue) 构件和连接的疲劳强度受材质、连接方法与方式、荷载性质、应力状态、应力幅和应力比的影响。,(5)连接(connection) 钢桥构件一般由钢板和型钢等焊接而成，用高强螺栓(high-strength bolt)或工地焊接拼装。,THANK YOU ！,
