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1、主要内容： (1)钢板梁桥的分类情况 (2)上承式板梁桥和下承式板梁桥结构形式、构造 (3)板梁桥的设计计算,第一节 钢板梁桥的组成和构造,一、钢板梁桥的分类 1.从行车方式分：上承式板梁和下承式板梁； 从连接方式 ：铆接板梁、全焊板梁和栓焊板梁。 2.铁路钢板梁标准设计： 上承式钢板梁跨度为24m、32m，是全焊梁设计；40m的是栓焊梁设计； 下承式栓焊钢板梁跨度为20m、24m、32m、40m四种。 简支钢板梁桥的经济跨径一般在40m以下,连续钢板梁桥的经济跨径可以达到60m 。,第一节 钢板梁桥的组成和构造,二、上承式板梁桥和下承式板梁桥组成 桥梁的上部结构包括：桥面、道桥结构（桥面系）
2、、承重结构（主梁）、联接系、支座（见图） 。 (一)上承式板梁桥 1.上承式板梁组成 上承式板梁包括：承重结构（主梁）、桥面、联接系、支座 ；没有道桥结构（桥面系）。 其中： 承重结构（主梁）：两片工字钢组成； 桥面：桥枕、正轨、护轨、护木、钩螺栓组成； 联接系：上平纵联、下平纵联、横联、横撑组成。,（2）上承式板梁,上承式板梁主梁、部分联结系,上承式板梁分解几个平面主梁、上平纵联、下平纵联,上承式板梁桥面的组成,上承式板梁桥面（桥枕、正轨、护轨、钩螺栓、护木）,上承式板梁桥面的钩螺栓与主梁的连接 主梁竖向加劲肋与主梁上翼缘和腹板的连接,上承式板梁主梁竖向加劲肋与主梁下翼缘和腹板的连接,上承式
3、板梁主梁的竖向和水平加劲肋与翼缘和腹板连接 上平纵联与主梁的连接,上承式板梁主梁中间加劲肋与下翼缘连接、端加劲肋与下翼缘连接、端横联与下翼缘连接、顶梁的构造、顶梁与主梁的连接,上承式板梁端加劲肋与下翼缘连接、端横联与下翼缘和竖向加劲肋的连接、支座与主梁的连接,（3）上承式板梁构造要求,主梁（两片） 由翼缘、腹部以及加劲肋组成； 两主梁的中心矩不小于跨度的1/15，且不小于2.2m。 对翼缘腹板加劲肋构造要求如下： 翼缘 主梁截面承受弯矩能力大致符合弯矩图，节省钢材，主梁做成变截面，可以采用一块或两块钢板，通过调整翼缘的宽度和厚度实现主梁的变截面，截面变化时应采用斜坡过渡。宽度不陡于1：4；厚度
4、不陡于1：8；末端宽度不小于20mm 腹板 标准设计中当L=24m，腹板高度h=1900mm；当L=32m，腹板高度h=2500mm；当L=40m，腹板高度h=3200mm。以上尺寸满足用料经济并适应运输条件。,加劲肋 为了保证腹板的局部稳定，常需设置加劲肋（端加劲肋、中间加劲肋、水平加劲肋）。 加劲肋的构造要求： a.保证主梁的腹板稳定，腹板的两侧常需设置竖向加劲肋，当腹板较高时，有时还需加水平加劲肋;,b.竖向加劲肋是采用一对板条用角焊缝对称地焊连于腹板的两侧，焊缝的两端至翼缘角焊缝的距离，不小于80mm；加劲肋与上翼缘相连的焊缝，其端头至翼缘角焊缝的距离，应不小于50mm，以免焊缝相距太
5、近而降低了该处的疲劳强度(见右图所示),c.主梁上翼缘直接承受桥枕的压力，因此，加劲肋的上端，常与上翼缘顶紧，以达到支承翼缘板的作用;在横联处，加劲肋还是横联的一个组成部分，受力较大，加劲肋的上端可与上翼缘焊牢，见下图所示。,d.加劲肋的下端无需要与下翼缘顶紧，更不应与下翼缘焊连，这是由于手工焊缝对受拉的翼缘板的疲劳强度影响甚大的缘故。在工厂制造时虽已顶紧，见右图所示，行车后，加劲肋的下端与下翼缘之间仍产生缝隙，不能达到顶紧的目的;,e.加劲肋应用半自动焊与腹板相连，不应采用手工焊，以免降低焊接质量; f.端加劲肋既是端部横联的一部分，它还要传递板梁桥的支承反力。因此，端加劲肋上端应与上翼缘顶
6、紧焊牢，下端应磨光顶紧并与下翼缘焊牢(见图所示)。,平纵联端部连接结构要求,a.平纵联杆件端部的节点板，可与上翼缘焊连,见右图所示，但不应与受拉翼缘焊连，这是由于受拉翼缘的疲劳强度受焊接影响较大的缘故。 平纵联斜杆端的节点板，常与腹板焊连，而横撑则焊在加劲肋上，见右图所示，以免降低翼缘的疲劳强度。,b.与腹板焊连的节点板，其另一边是焊连于加劲肋上,节点板切去一块，这样使节点板边缘焊缝至加劲肋与腹板相连焊缝，保持一定距离。斜杆端头连接焊缝至节点板边缘的焊缝，也应保持一定的距离。为了减少应力集中，节点板还应做成圆弧形，并在施焊完毕后用砂轮或风铲将焊缝表面进行加工，使表面平顺。,上承式板梁 上平纵联
7、与主梁的连接,上承式板梁 下平纵联与主梁的连接,c.横联的位置，应与竖向加劲肋的布置一起考虑，横联的间距不应大于4m。 d.顶梁，在架设及养护过程中，常需将梁端顶起，梁端需架设顶梁，见下图所示。,桥面 包括 桥枕：与主梁上翼缘用钩螺栓扣紧，桥枕间的净距，不宜超过21cm。 护木：置于桥枕两端，用螺栓连于桥枕，固定桥枕距离。 正轨 护轨：桥面上除正轨外，还设有护轨。护轨两端应延伸到桥台以外一段距离，并弯向轨道中心。其作用就是当列车掉道后，用以控制车轮前进的方向，避免发生翻车事故。 其结构见下面的两图所示。,（4）上承式板梁桥特点及适用范围 构造简单、省钢、可整孔运送、整孔架设，常用于小跨度。,(
8、二)下承式板梁桥 （1）下承式板梁组成 下承式板梁包括：承重结构（主梁）、桥面、联接系、桥面系、支座 。 承重结构（主梁）：两片工字钢组成，标准设计两主梁的中心距为5.4m；构造同上承式板梁； 桥面：桥枕、正轨、护轨、护木、钩螺栓组成，构造同上承式板梁；,联接系：仅有下平纵联， 构造同上承式板梁；,下承式板梁 桥面系结构和下平纵联,（4）下承式板梁桥特点及适用范围 特点：与上承式钢板梁桥相比，增加了桥面系，制造费料、费工；桥宽大，无法整孔运送，增加了装运与架桥的工作量。 适用范围：适用于线路标高不宜提高，桥下又要求一定净空即建筑高度受限的情况。,第二节 上承式板梁桥设计计算 主讲内容： (1)
9、上承式钢板梁桥的设计荷载; (2)设计计算的简化方法； (3)上承式钢板梁桥的基本计算（包括主要尺寸的拟定、主梁基本计算原理）。 (一)设计荷载的组成 （1）竖向荷载 竖向荷载包括：恒载和活载,其中： 恒载包括桥跨自重（估计）和桥面重（查规范）； 活载为铁路列火车荷载，计算时必须采用中华人民共和国铁路标准荷载，即“中-荷载”，“中-荷载”的计算图示见下图；计算采用“中-荷载”的换算均布荷载；计入冲击系数 和运营动力系数数 。,中活载图示（距离以m计）,（2）横向荷载 横向荷载包括：风力、列车摇摆力、在弯道桥上的离心力 (二)简化计算方法 上承式板梁桥由主梁、桥面、联结系组成的空间结构，见右图所
10、示，在荷载作用下，桥跨结构整体受力。,在设计实践中，通常采用简化的计算方法，即把桥跨结构划分为若干个平面结构，每个平面结构只承受作用在该平面内的荷载。具体简化如下： (1)主梁平面：承受竖向荷载。 (2)上平纵联平面：承受列车、桥面、主梁上半部所受的风力和列车摇摆力；其计算简图为两端简支的桁架梁。 (3)下平纵联平面：承受主梁下半部的风力;其计算简图为两端简支的桁架梁。 强调说明： 由于上平纵联、下平纵联的计算同钢桁梁的内容相同，所以，本讲只讲述主梁的设计计算。,(三)上承式钢板梁桥主要尺寸的拟定 主要尺寸：计算跨度、主梁高度、主梁中心距。 1.计算跨度 铁桥规中梁桥计算跨度标准值为： （4、
11、5、6、8、10、12、16）+0.5m、 （20、24、32、40）+0.6m、 （48、56、64、80、96）+1.1m、 （112、128、144、160m）+1.5m共20种。 其中板梁桥计算跨度的标准值是20、24、32、40m等。,2.主梁高度h 主梁高度根据下列条件来决定： 使用钢量最省； 主梁的竖向刚度(跨中挠度)应满足铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)所提的要求； 在可能的条件下，应使腹板宽度等于最常轧制的钢板宽度，以避免不必要的拼接或裁切； 应使桥跨的建筑高度(从轨底至梁底的高度)尽可能的减小； 应使全梁的总尺寸在运输限界之内； 为便于工厂制造，跨度相
12、近的板梁(例如20m和24m的板梁)，可以采用相同的腹板宽度。,主梁高度具体确定如下： (1)经济高度： 其中： 为系数，可取2.52.7； M为跨中截面的计算弯距； 弯曲容许应力（其值较基本容许应力大5%，若板梁能够直接搁置桥枕，则弯曲容许应力等于 ）； (2)刚度条件决定最小高度,(3)建筑高度决定最大梁高 (4)选取梁高的原则： 实际梁高 且应接近,3.主梁中心距 （1）桥枕的合理跨度； （2）防止横向倾覆的最小梁间距； （3）我国铁路随着火车提速，为了保证上承式板梁桥横向刚度、倾覆稳定性；铁路桥梁钢结构设计规范规定：标准设计两主梁中心距不小于计算跨度的1/15，且不小于2.2m； （4
13、）还应考虑架桥机整孔架设的可能性；,(2)活载强度 确定k；沿梁选取若干截面，按各截面影响线顶点位置及加载长度，活载为铁路列火车荷载，计算时必须采用中华人民共和国铁路标准荷载，即“中-荷载”，计算采用“中-荷载”的换算均布荷载k（将查表的数值除以2得到k）； 动力系数、运营动力系数的确定； 动力系数： 运营动力系数 其中：L为主梁跨度（m）。 计算每片主梁所受活载强度 ；,(3)主梁内力计算 主梁的内力计算，按影响线面积法分别求出各截面因恒载和活载产生的M和V的最大值，然后进行内力组合，即得梁的计算内力；,2.主梁截面选择 (1)选择梁高 ：按前面原则和方法; (2)确定腹板高度 、厚度 根据
14、 腹板的高度一般比梁高小812cm； 厚度应符合规范最小值规定（规定：钢梁的主要构件所用钢板不宜小于10mm，以免锈蚀后对截面的削弱过大； 对跨度大于16mm的焊接板梁， 厚度不宜小于12mm，以免减小焊接引起的变形）。 因此，,(3)翼缘板尺寸 一块翼缘板的面积： ，并应符合翼缘板厚度t32mm、翼缘板宽度b240mm、翼缘板伸出肢的宽度b1/t10的规定。,3.主梁验算 (1)刚度 规范规定简支钢板梁桥由静活载（不计冲击力）引起的竖向挠度不应超过其跨度的1/900 。 (2)弯曲正应力 主梁截面上的最大弯曲应力应不大于容许弯曲应力 式中 M跨中最大弯矩； 跨中截面的截面抵抗拒，验算受拉翼缘
15、时，用净截面抵抗拒 ，验算受压翼缘时，用毛截面抵抗拒 ； 钢材的容许弯曲应力。,(3)剪应力 主梁截面上的最大剪应力 应不大于容许剪应力 式中 梁端最大剪力； 梁端截面中性轴以上的截面积对中性轴的面积矩； 梁端截面的毛截面惯性矩； 梁端处腹板厚度； 容许剪应力； 考虑截面上剪应力分布不均匀而引用的系数； 的取值按下列方法：,双线桥的双线系数；双线桥的横梁及相应的挂杆和单线桥均取1；钢板梁桥取1； 损伤修正系数(见书中表3.8)； 板厚修正系数，板厚 ， ， ， ； 疲劳容许应力幅； 焊接板梁桥疲劳检算的部位 1-1截面：下翼缘的底面，拉应力最大处；当下翼缘与平纵联有连接有栓孔削弱，连接形式为4
16、.1，疲劳容许应力幅为类， ；当下翼缘与平纵联有连接无栓孔削弱，连接形式为6.2，疲劳容许应力幅为类，,4-4截面，板梁横向对接焊缝 包括等宽等厚钢板的对接，连接方式5.1，疲劳容许应力幅为类， ； 等宽不等厚钢板，连接方式5.3，疲劳容许应力幅为类， ； 等厚不等宽的情况，连接方式5.2，疲劳容许应力幅为类， ；,4.变截面设计 (1)主梁截面沿跨度的变化 板梁桥的主梁截面可随弯矩的变化而加以变更，借以节约钢材。但跨度不大的板梁，若采用变截面，所省的钢料有限，却增加制造工作量，故通常不改变主梁的截面。 只有一块翼缘板的焊接梁，其截面的改变用减小翼缘板的厚度或宽度的方法来实现的。根据经济分析，变截面点在离支座约1/6跨度处，节省钢材约1
