1、LOGO钢桥设计天津大学天津大学 土木工程系土木工程系第1页，共41页。本章内容:我国钢桥的发展概况，钢桥的主要类型、钢桥所用材料，大跨度钢桥连接和疲劳问题。第2页，共41页。n 1.1 我国钢桥的发展概况我国钢桥的发展概况u解放前 钢桥建设发展极为缓慢 跨度小 钢材进口 结构铆接 跨度大一些的多为外国商人设计和监造 1937年浙赣铁路钱塘江大桥中国自主设计建造第3页，共41页。n 1.1 我国钢桥的发展概况我国钢桥的发展概况u解放初期 钢桥技术得到发展 1956年 武汉长江大桥 1968年 南京长江大桥 1969年 金沙江桥、大渡河桥、雅砻江大桥u各种体系及新钢材的钢桥不断建成 1977年
2、密云水库白河桥（连续栓焊钢桁桥）1982年 安康汉江桥（斜腿钢构箱型梁桥）1993年 九江长江公、铁路两用桥（15MnVN钢厚板）2000年 芜湖长江公、铁路桥（钢斜拉桥）第4页，共41页。n 1.1 我国钢桥的发展概况我国钢桥的发展概况u改革开放以后 钢桥发展更快，结构形式多样 1987年 东营黄河公路钢斜拉桥 1991年 南浦公路斜拉桥 1993年 杨浦公路斜拉桥 1996年 长江西陵峡公路悬索桥 1997年 香港青马公路悬索桥 1999年 江阴长江公路悬索桥 2000年 南京长江公路斜拉桥 2002年 上海卢浦大桥（中承式钢箱拱桥）第5页，共41页。n年代 桥名 类别 桥型 结构 跨径/
3、m 钢材 制造 安装1 1957 武汉长江大桥 公铁 桁梁 三跨连续 128 相当Q235 铆接 铆接 2 1968 南京长江大桥 公铁 桁梁 三跨连续 160 16Mnq 铆接 铆接3 1970 迎水河桥大桥 铁路 系杆拱 刚性梁 112 16Mnq 焊接 栓接（成昆铁路）4 1991 上海南浦大桥 公路 斜拉 结合梁 423 StE355 焊接 栓接 5 1992 九江长江大桥 公铁 系杆拱 三跨连续 216 15MnVNq 焊接 栓接 6 1993 上海杨浦大桥 公路 斜拉 结合梁 602 StE355 焊接 栓接 7 1995 孙口黄河大桥 铁路 桁梁 四跨连续 108 SM490C
4、焊接 栓接 8 1996 上海徐浦大桥 公路 斜拉 混合梁 590 S355N 焊接 栓接 9 1996 西陵长江大桥 公路 悬索 单跨箱梁 900 16Mnq 焊接 焊接 10 1997 香港青马大桥 公铁 悬索 三跨箱梁 1377 BS 4360 Gr.500YS 焊接 栓接11 1997 虎门大桥 公路 悬索 单跨箱梁 888 16Mnq 焊接 焊接 12 1999 厦门海沧大桥 公路 悬索 三跨箱梁 648 16Mn 焊接 焊接 13 1999 江阴长江大桥 公路 悬索 单跨箱梁 1385 Fe510D(S355J2G3)焊接 焊接14 2000 芜湖长江大桥 公铁 低塔斜拉 三跨桁梁
5、 312 14MnNbq 焊接 栓接15 2001 南京长江二桥 公路 斜拉 三跨箱梁 628 16Mnq 焊接 焊接 16 2001 宜昌长江大桥 公路 悬索 单跨箱梁 960 Q345E 焊接 焊接 17 2001 塘沽海河大桥 公路 单塔斜拉 混合箱梁 310 Q345E 焊接 焊接 18 2001 北盘江大桥 铁路 拱 钢管砼 236 Q345D 焊接 焊接 19 2001 军山长江大桥 公路 斜拉 三跨箱梁 460 Q345C 焊接 焊接第6页，共41页。n 1.1 我国钢桥的发展概况我国钢桥的发展概况u现代钢桥技术比国外起步晚150多年，但发展进步很快。u目前多采用大跨度悬索桥、斜
6、拉桥及梁-拱组合。u由栓焊向全焊工艺过渡。u由空间计算代替平面计算。u铁路钢桥主要采用容许应力理论u公路钢桥已经采用极限强度理论。u基于可靠度理论的多系数极限状态设计表达式。第7页，共41页。n 1.2 钢桥的主要特点及发展钢桥的主要特点及发展u1.2.1 钢桥的主要特点 跨越能力大 最适合于工业化制造 便于运输 安装速度快 易于修复和更换 易锈蚀，养护费高 防火、列车通过噪声大、不宜在闹市区建造第8页，共41页。n 1.2 钢桥的主要特点及发展钢桥的主要特点及发展u1.2.2 钢桥的发展展望 跨度进一步加大：铁路桥:500米 公路桥:1800米 使用功能加强 建造费用和维护费用合理 由栓焊向
7、全焊过渡 采用新结构和构造形式 桥梁设计手段、制造技术、施工管理不断提高 设计理论更新和科研成果的应用第9页，共41页。n 1.3 钢桥的主要类型钢桥的主要类型u 梁式体系u 拱式体系u组合体系第10页，共41页。n 1.3 钢桥的主要类型钢桥的主要类型u 梁式体系 按力学图式分 简支梁桥 连续梁桥 悬臂梁桥第11页，共41页。第12页，共41页。n 1.3 钢桥的主要类型钢桥的主要类型u 梁式体系 按柱梁的构造形式分 板梁梁 桁架梁 箱梁桥 结合梁桥第13页，共41页。n 1.3 钢桥的主要类型钢桥的主要类型u 拱式体系 按力学图式分 推力拱 无推力拱第14页，共41页。第15页，共41页。
8、n 1.3 钢桥的主要类型钢桥的主要类型u 拱式体系 按构造形式分 板式拱 桁式拱 箱式拱第16页，共41页。n 1.3 钢桥的主要类型钢桥的主要类型u 组合体系 悬索桥 利用高强钢索来承重，恒载轻，跨越能力大 斜拉桥 承重构件是斜拉索和梁，钢梁可以是板式、桁式或是箱式，恒载较轻，风动力性能较吊桥好。第17页，共41页。第18页，共41页。n 钢桁架桥钢桁架桥1890年苏格兰福思桥，年苏格兰福思桥，主跨主跨520米的铁路悬臂桁架桥米的铁路悬臂桁架桥第19页，共41页。n 钢桁架桥钢桁架桥港大桥（日本）港大桥（日本）第20页，共41页。n 钢桁架桥钢桁架桥外白渡桥（上海）第21页，共41页。n
9、钢桁架桥钢桁架桥三堆子金沙江桥 四川 第22页，共41页。n 钢箱梁桥u高强度钢、焊接技术、薄壁结构计算理论u截面形式：矩形、梯形u箱形梁：闭口的薄壁结构，薄壁结构理论计算u1850年英国建成第一座铁路钢箱梁桥Britinnia桥u联邦德国于1961年在莱茵河上建成一座箱形两跨连续梁，跨度为113米。第23页，共41页。n 钢拱桥钢拱桥九江长江大桥第24页，共41页。n 钢拱桥钢拱桥芦浦大桥第25页，共41页。n 钢拱桥钢拱桥悉尼桥第26页，共41页。n 钢拱桥钢拱桥美国新河桥第27页，共41页。n 钢斜拉桥钢斜拉桥法国塞纳河上诺曼底(Normandy)桥第28页，共41页。n 钢斜拉桥钢斜拉
10、桥日本横滨港湾桥日本横滨港湾桥第29页，共41页。n 钢斜拉桥钢斜拉桥上海徐浦大桥上海徐浦大桥第30页，共41页。n 钢悬索桥钢悬索桥广东虎门大桥广东虎门大桥第31页，共41页。n 钢悬索桥钢悬索桥西陵长江大桥第32页，共41页。n 钢悬索桥钢悬索桥海峡大桥（日本）海峡大桥（日本）第33页，共41页。n 1.4 钢桥所用材料钢桥所用材料u钢材：碳素钢和低合金钢 20世纪50年代 普通碳素钢 A3 钢 含碳高，可焊性差，只能进行铆接 20世纪50年代后期 高强度低合金钢 16q和16Mnq 屈服点340MPa,较 A3 钢节约钢材 20世纪70年代 15MnVNq钢 屈服点420MPa,较 16
11、Mnq 节约钢材 21世纪初 14MnNbq 钢 屈服强度 340MPa，可焊接最大板厚 50 mm第34页，共41页。n 1.4 钢桥所用材料钢桥所用材料u(TB1002.2-2005)国标钢号以屈服点命名 例如 Q235qD Q 汉语拼音屈服点手写字母 板厚16 mm的屈服点大小(MPa)q 为汉语拼音桥梁用钢首写字母 D是钢材等级 国标钢桥用钢 Q235q、Q345q、Q370q、Q420q A、B、C、D、E五个等级第35页，共41页。n 1.4 钢桥所用材料钢桥所用材料u钢桥用材最多的是钢板，要求材料属性有 强度 塑性 低温冲击韧性 冷弯性能 可焊性 抗疲劳性能(承受动荷载)第36页
12、，共41页。n 1.5 大跨度钢桥连接的若干问题大跨度钢桥连接的若干问题u高强度螺栓连接转向焊接连接 埋弧自动焊 半自动焊 手工焊u钢材、焊条、焊剂和焊接方法要匹配u焊丝的碳(C)、硫(S)和磷(P)含量均取下限u焊接接头为薄弱环节，接头质量尤为重要第37页，共41页。n 1.5 大跨度钢桥连接的若干问题大跨度钢桥连接的若干问题u焊缝要求，强度不能低于基材 对接焊缝 角接焊缝u螺栓连接 常采用10.9级高强螺栓 常用型号M22、M24、M27、M30 顺轴方向的双抗滑面连接的螺栓排数超过6排或单抗滑面连接的螺栓排数超过4排时，第一排螺栓的抗滑移极限强度不得小于活载作用力的30%第38页，共41
13、页。n 1.6 大跨度钢桥疲劳问题大跨度钢桥疲劳问题u疲劳破坏的产生 作用在大跨度钢桥上的动荷载使钢桥结构中应力反复变化，这种反复变化的应力会使钢桥的结构应力集中处或存在缺陷处的局部产生微小裂纹并使裂纹发生扩展，最终导致疲劳破坏。第39页，共41页。n 1.6 大跨度钢桥疲劳问题大跨度钢桥疲劳问题u易于发生疲劳破坏的部位 钢桁梁主桁杆件栓接接头处 桥面系纵梁竖向加劲肋角焊缝下端焊趾处 钢板梁主梁变截面盖板端部焊缝处 主梁变截面附近竖向加劲肋角焊缝下端焊趾处 平纵联节点板与竖向加劲肋或腹板连接焊缝处第40页，共41页。n 1.6 大跨度钢桥疲劳问题大跨度钢桥疲劳问题u影响钢桥疲劳强度的外因疲劳应力幅 焊接受拉或以受拉为主构件：按应力幅控制设计 焊接受压或以受压为主构件：按最大应力控制设计 非焊接结构受拉构件：按应力幅控制设计 非焊接结构拉压构件：按最大应力控制设计第41页，共41页。
