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1、课程结业论文指导老师：学 生：学 号：班 级： 一、概述钢桥： (gang qiao) steel bridge钢桥指一座桥梁上部结构的主要承重部分用钢材制成。钢桥的主要优点是：能够实现工业化制造和拼装；上、下部结构可以同时施工，加快了施工进度；钢材匀质、构件轻型，利于悬臂施工；高强度利于跨越很大跨度，节省下部结构的施工时间与费用。钢桥的主要缺点是：在大气作用下受侵蚀，易生锈，要经常除锈和油漆，养护费用较混凝土桥大；建桥一次性投资成本高。一般钢材的防锈蚀，需要经常除锈、油漆，费钱费时。而不需要油漆的耐候钢的表面会形成氧化铁薄膜以抗锈蚀，例如美国的A242及A588号钢，日本的JISG3114等
2、等。钢桥的分类常见的钢桥结构型式有：梁桥（I型板梁、桁梁、箱梁） 拱桥（系杆拱，箱形拱、桁架拱） 索桥（悬索桥和斜拉桥）大跨径公路钢桥主要是悬索桥和斜拉桥； 铁路钢桥多为桁梁桥和桁架拱桥。按造桥方法，钢桥可分为： 铆接桥(工厂制造和工地拼接均为铆接) 栓焊桥(工厂制造为焊接，工地拼接为高强度螺栓连接) 全焊桥(工厂制造和工地拼接均为焊接)栓焊桥和全焊桥统称为焊接桥 钢桁架桥 Steel Truss Beam Bridges钢桁架是世界上应用广泛最为流行的一种结构。它具有结构简单、运输方便、架设快速、分解容易等特点，同时具备承载能力大、结构刚性强、疲劳寿命长等优点。它能根据可选择的桥梁跨径、组合
3、成各种类型和各种用途的临时桥、应急桥和固定桥。在工程及桥梁施工中利用桁架组装导梁、拱架、塔柱、龙门吊架、架桥机等。钢箱梁桥 Steel box Beam Bridges钢箱形梁是随着高强度钢和焊接技术在桥梁上的应用以及薄壁结构计算理论的发展，于20世纪50年代以来发展起来的。钢箱形梁在一定跨度范围内比其他类型的梁式桥节省钢材可达1020；抗扭刚度和横向刚度较大；安装、制造及养护较简易，因而采用较多。钢箱形梁的截面形式有矩形及梯形两类。箱形梁是闭口的薄壁结构，其应力及应变按薄壁结构理论计算。 20世纪50年代联邦德国首先采用钢箱形梁。60年代以来，世界各国都相继修建了不少钢箱形梁桥。联邦德国于1
4、961年在莱茵河上建成一座箱形两跨连续梁，跨度为113米，无枕双线桥面，平均腹板高度5.2米。这座桥是世界上目前最大跨度的铁路箱形梁桥。1966年中国试制了一孔跨度32米的钢箱形梁，1969年架在南同蒲铁路潼河桥上。1976年在北京西北环上架设了一孔跨度40米箱形钢梁。钢拱桥 Steel Arch Bridges大跨度钢拱桥与同跨度钢简支梁桥相比，省钢可达15以上；但柔性系杆刚性拱与简支梁桥相比，省钢较少而构造复杂，所以跨越平原桥时，并非最佳方案。现今公路及铁路钢拱桥，多采用双铰（桁架拱）或无铰拱（板拱）。中下承式板拱，经济的矢跨比为1/5；上承式板拱不宜小于1/81/10。板拱主拱拱顶合理高
5、度约为1/40跨长；桁架拱约为1/15左右。钢拱桥实例：虹桥：加拿大与美国边境，主跨290米，公铁两用，1941年建成；悉尼港钢拱桥：主跨503米，公铁两用，1931年建成；3002大桥：中国西南，主跨180米，公路桥，无铰钢板拱；等等。钢斜拉桥： (gang xie la qiao) steel deck cable stayed bridge 指主梁结构为钢制作的斜拉桥。分为实腹钢梁和钢桁架梁两种。前者多用于公路，后者多用于铁路。在跨度较大时，前者采用措施来保证抗风稳定性，如将截面做成流线的扁平箱，后者则不用。跨长江的 钢斜拉桥（宜宾上海） 桥名 主跨跨径 m 桥长m 塔型与塔高m 拉索
6、加劲梁形式 1南京二桥 58.5+246.5+628+246.5+58.5 2938 倒Y型塔 195.4 平行钢丝 钢箱梁（南汊桥）2白沙洲大桥 50+180+618+180+50 3586 A型塔175.0 平行钢丝 钢箱梁,两端砼混合3安庆大桥 50+215+510+215+50 5900 倒Y型塔 179.1 钢绞线 钢箱梁 4 荆州大桥 200+500+200 4178 H型塔 平行钢丝 混凝土梁（北汊桥 ）5 鄂黄大桥 5+200+480+200+55 2453 倒Y型塔172.3 平行钢丝 混凝土梁 6 军山大桥 48+204+460+204+48 2847 倒Y型塔163.5
7、平行钢丝 钢箱梁 7 奉节大桥 30.4+202.6+460+147.7 893 A型塔214.0 平行钢丝 混凝土梁 8 大佛寺大桥 1 98+450+198 1146 H型塔159.2 平行钢丝 混凝土梁 9 李家沱大桥 53+169+444+169+53 H型塔115.5 平行钢丝 混凝土梁 10 铜陵大桥 80+90+190+432+190+90+80 2592 H型塔53.0 平行钢丝 混凝土梁 11润扬大桥 175.4+406+175.4 倒Y型146.9 钢绞线 钢箱梁（北汊桥 ）12 武汉长江二桥 180+400+180 3239 H型153.6 平行钢丝 混凝土梁 13 巴东
8、大桥 170+388+170 901 A型塔218.0 平行钢丝 混凝土梁 14 马桑溪大桥 179+360+179 1104 倒Y型塔168.5 钢绞线 混凝土梁 15 夷陵大桥 120+348+348+120 1486 倒Y型塔126.0 钢绞线 混凝土梁 16 地维大桥 141+345+141 737 倒Y型塔148.89 钢绞线 混凝土梁 17 涪陵大桥 43+97+330+97+43 631 倒Y型塔163.0 平行钢丝 混凝土梁 18 荆州大桥 160+300+97 H型塔124.8 平行钢丝 混凝土梁（南汊桥）钢悬索桥跨长江的 钢悬索桥（宜宾上海）桥名 建成年 主桥跨径m 通航净
9、高m 桥长m 主缆直径mm 桥塔高m 加劲梁形式 1润扬大桥 2005 4701490470 50 4700 868 209.9 钢箱梁 2江阴大桥 1999 3691385309 50 3071 870 197 钢箱梁 3宜昌大桥 2001 246.3960246.3 18 1188 640 142.3 钢箱梁 4西陵大桥 1996 225900255 18 1119 550 120.0 钢箱梁 5鹅公岩大桥 2000 180600180 20 1420 570 148 钢箱梁 6万州二桥 2004 289580289 24 1194 460 142.60 钢桁架 7 忠县大桥 2001 5
10、60 18 1200 468 155 钢桁架 8丰都大桥 1997 164.5450130 18 620 438 98 钢桁架 二、钢桥的发展我国迄今已建造了3600余座各式钢桥。仅在长江上已有各种型式的桥梁30余座，其中接近半数为钢桥。关于焊接钢桥，可以公路桥为对象作比较，按大跨径悬索桥的跨径L600m，大跨径斜拉桥L400m，进行不完全统计。90年代以来中国已建成大跨径悬索桥7座，大跨径斜拉桥10座；同时期国外建成的大跨径悬索桥有10座（其中日本6座），大跨径斜拉桥有15座（其中日本6座）。按跨径大小排序，在世界上建成的全部悬索桥中排名前十位的焊接钢桥中，中国有2座：江阴长江大桥（L=13
11、85m）排名第四，香港青马大桥（L=1377m）排名第五；斜拉桥排名前十位的焊接钢桥中，日本的多多罗大桥L=890m，居首位；中国有6座桥，排名第三、四、五、六、七和第九（南京长江二桥L=628m，排第三位；武汉长江三桥L=618m，排第四位）。四座大桥（公铁两用大桥）见证中国钢桥史1957年10月，万里长江上第一座公铁两用钢铁大桥武汉长江大桥建成通车，“一桥飞架南北，天堑变通途”，拉开了长江建桥的序幕。该桥从设计、施工到材料，都是由苏联提供的。 武汉长江大桥 60年代我国依靠自己力量建设的第一座长江大桥是南京长江大桥。该桥也成为“自力更生”精神的代名词 南京长江大桥 1993年建成的九江长江
12、大桥，跨度，材料、技术、工艺以及焊接、制造、架设等多项技术实现了历史性突破，达到当时国际先进水平。九江长江大桥20世纪末建成的芜湖长江大桥为世界上第一座结合型钢桁梁低塔斜拉桥，将我国公铁两用大桥的制造水平又推进了一步。该桥的设计、制造、架设技术，达到当今国内、国际的“顶级”水平。 芜湖长江大桥上述4座长江大桥，桥长从不足1000米发展到2000余米；材料从16锰碳发展到15锰钒氮、14锰铌；结构从铆接桁梁发展到拱桁梁、整体节点构造；主跨跨度从武汉长江大桥128米，到南京长江大桥的160米，到九江长江大桥的216米，直到芜湖长江大桥的312米三、钢桥所用材料用钢材制造钢桥，要经过许多机械加工工艺
13、和焊接工艺。制成的钢桥要承受很大的静、动力荷载与冲击荷载。因此被选作造桥的钢材，既要能适应制造工艺要求，又要满足使用要求。钢桥所用钢的种类有碳素钢、低合金高强度钢和低合金超高强度钢。根据钢材的形状分工字钢、角钢、槽钢、钢板和高强度钢索。现代钢桥用材最多的是钢板。以往钢板和型钢多数采用低合金钢16Mn或16Mnq。或者铸钢和优质碳素钢（如45号钢）。在20世纪我国已建成了采用可焊性良好的14MnNbq及15MnVNq钢及栓焊整体节点组成的大型桥梁，目前还须进一步开展低含碳量和含其他合金元素，经过微合金化和晶粒细化处理的超高强度的、可焊性优异的钢材的研究和生产。我国常用桥梁钢的强度水平和国外基本一
14、样，均为240 MPa420 MPa。更高强度钢在动荷载较大的钢桥中使用受到一定的限制，日本研究较多，我国和英、美、德在钢桥中很少使用。我国桥梁钢的力学性能要求标准和国外是一样的，但实物质量水平尚不及国外。用来造桥的钢的化学成分和力学性能都有严格的规定。钢的合金元素有碳、锰、硅及有害杂质硫、磷。强度较高的钢还有微量元素铅、镍、钒、铝、氮等。钢的主要力学性能要求强度、延伸率、断面收缩率、冲击韧性、冷弯要求指标。钢的强度表示钢对塑性变形和破坏的抵抗能力。钢的强度有三个指标，第一个指标是弹性极限6l，第二个指标是屈服强度(或屈服点)65，第三个指标是极限强度Pb。桥梁在使用时，不仅要求在荷载作用下不
15、会破坏，而且不允许产生过大的变形。弹性极限及屈服点越高，表示钢对变形的抵抗能力越大，钢在不发生塑性变形的条件下能承受的应力越大。钢的塑性变形能力要求包括伸长率、断面收缩率、冷弯。伸长率和断面收缩率，是钢对结构的安全性指标。因为桥梁结构中在有局部应力集中或有焊接残余应力处，其值可能超过屈服点。伸长率高、断面收缩率高的钢材就可以通过塑性变形使应力重新分布，避免引起结构的局部破坏而导致结构的失败。冷弯是检查钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能，并能显示钢板中是否有缺陷。冷弯性能好的材料，有利于制造。它是一项工艺指标，也是一项质量指标，但主要还是质量指标，可以考验钢板中有没有夹碴或分层。在选用造桥钢材时
16、除注意强度之外，要特别重视它的韧性。韧性会影响钢桥的抗疲劳性和抗脆断性。钢的抵抗疲劳破坏性要求钢桥承受的动荷载是随时间变化而重复循环作用的荷载。这种荷载的大小虽低于结构的名义承载能力，但由于结构中有微小的缺陷或应力集中，易产生塑性变形，从而萌生裂纹。随着外力循环次数的增加，微小的裂纹会逐渐扩展，最后导致钢桥的疲劳断裂。在结构上出现可以看得见的裂纹前能承受荷载循环作用的次数，工程上称为结构或材料的疲劳寿命。钢的抵抗脆性断裂性能要求钢桥构件在静力或加载次数不多的动荷载作用下发生突然断裂，断裂前构件变形很小，裂缝开展速度很快。这种断裂称为脆性断裂.钢材的脆性断裂也与其韧性有密切关系。钢材的韧性是钢材
17、破坏前所吸收的能量。韧性不好的钢材，在低温或快速加载等不利的条件下，容易使钢材发生脆性断裂。因此，常用低温冲击韧性来判断钢材的脆性断裂倾向。钢材随使用年限延长，会发生老化，表现为钢材变脆、韧性下降，为此还要进行时效冲击试验。其要求标准与低温冲击要求标准相同。可焊性要求钢桥所用的钢材，必须可焊性好。可焊性是材料通过一定的工艺条件进行焊接而能形成优质连接接头的性能。优质接头的评定标准是其各项力学性能指标下低于母材。如果这种工艺条件是普通的、简便的、大批量生产容易控制的，就称这种钢材有良好的可焊性。反之，工艺条件是特殊的、复杂的、大批量生产难于控制的，则称这种材料的可焊性差。焊接接头分为两部分：一是
18、焊缝金属；二是在焊缝周围钢材受热影响的区域。影响焊缝金属性能的因素主要包括钢材、焊丝、焊条等填充金属的化学成分，焊条涂料和焊剂的化学成分以及有关的工艺参数，如电流、电压大小、焊接速度等。影响焊缝周边金属热影响区力学性能的因素，主要是钢材的成分和力学性能以及焊后温度冷却的快慢等。 四、钢桥的连接和焊接大跨度钢桥的栓与焊大跨度钢桥根据运输条件和工地起重能力分为若干部件，分别在工厂制造和工地组装。工厂制造的部件都是焊接，运送到工地后用高强度螺栓组装成整体。因为焊接在节约钢材和加速工期上有许多优点，随着技术的发展，焊接越来越多，栓接会越来越少，最终将发展为全焊。将在工厂焊接好的部件运送到工地后，用摩擦
19、式高强度螺栓连接。钢板表面喷涂抗滑材料，摩擦系数取045。高强度螺栓螺母、垫圈的型式、尺寸及技术条件在国家标准中有详细规定。常用直径为M22、M24、M 27、M30。高强度螟栓根据其不同的制造材料分两级109级及88级，螺母、垫圈随螺栓的级别不同，采用不同的级别，桥梁中均采用强度高的109级。109级高强度螺栓的设计予紧力为见表3。 高强度螟栓安装的方法很多，常用的是扔矩法拧紧工艺。大跨度钢桥部件都很大，焊后不再进行热处理，焊接工作量95是埋弧自动焊，其余5是手工焊和半自动焊。埋弧自动焊过程中都是工件不动，埋弧焊机在工件上行走。手工焊大多用于组装点焊。点焊16Mnq钢时用T502焊条，点焊1
20、4MnYbq钢用E5015焊条，点焊15MnVNq钢用T557MoV焊条。16Mnq钢坡口对接或箱形角焊埋弧自动焊用H08MnA或H08A焊丝，不开坡口对接或角接焊均用H08A焊丝；15MnV小钢埋弧自动焊均用H08MnMoA焊丝，为提高焊缝的韧性与母材的匹配强度，焊丝的C、S、P均取下限；14MnNbq钢的对接、角接、棱角焊接埋弧焊丝均用H08Mn2E。16Mnq埋弧焊用焊剂N431; 14MnNbq埋弧焊用焊剂SJl01Q；15MnVNq埋弧焊用焊剂N350。16M叫是热轧钢，15MnVNq及14MnNbq是正火钢，前者焊接线能量为4万KJcmd，施焊时线能量偏上好，后者焊接线能量为32万
21、KJcmM一36万KJcmi，线能量偏下好。钢桥焊接接头标准焊接接头的质量是保证大型钢桥安全的基础、焊接接头的质量是保证大型钢桥安全的基础，为此对用14MnNbq钢新建的大桥制定的有下列质量标准要求。1焊缝强度： 对接焊缝屈服强度、极限强度不低于基材标准，并不超过基材标准100 MPa，角接焊缝屈服强度、极限强度不低于基材标准，并不超过基材标准120 MPa。2焊缝韧性(包括焊缝、熔合线、热影响区) : 对接焊缝及受拉的开坡口的角接焊各部位一30时的却贝v冲击功不低于48J；角接及棱角焊缝各部位一30时却贝V冲击功不低于3U；制造前就进行系列冲击试验。注意分析焊缝各部位却贝v冲击脆性转变温度(
22、能量准则)。 3冷弯：对接焊要求180。不裂，角接焊按国标0级要求。4. 对接焊缝和角接缝(包括棱角角焊缝)点焊均不得开裂。5. 伸长率：6. 焊接接头时效: 对接接头的时效冲击不低于基材标准。大跨度钢桥，栓接接头大多排数很多，抗滑型高强度螺栓连接接头，多排螺栓顺受力方向的受力分配成马鞍形，经研究，当螺栓排数超过四排时，第一排鳃栓承受的力总是全部杆力至35。因此，对长大螺栓节点设计有以下要求，顺轴力方向的双抗滑面连接的螺栓徘数超过6排或单抗滑面连接的螺栓排数超过4排时，第一排螺栓的抗滑极限强度有最小值限制。当不能满足时应对螺栓予以调整或将一排螺栓不计入连接螺栓的有效数量中，以免螺栓发生微移而疲劳破坏。钢桥疲劳验算大跨度钢桥有栓有焊，疲劳验算是非常重要的问题，建国后在历次建桥的过程中，做了近40组的各种类型的疲劳试验，对这些可贵的数据经过分折与再分析，整理出了我国自己的疲劳抗力方程14个，这些抗力方程不仅可以用于大跨度钢桥，其它钢结构也可以采用。疲劳抗力方程见下表。疲劳抗力与加工工艺关系很大，采用表中的抗力时，应采用其相应的工艺和质量要求。
