钢桁架桥梁设计总结

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1、钢桁架桥梁设计总结区别于混凝土梁部一般设计流程，特编写钢桥设计流程，为初次设计 钢梁提供一点参考与设计思路。一钢桥设计最终目的：1. 确定用最少的钢材但受力最优的杆件截面2. 确定传力简洁顺畅的连接方式二在确定钢桥方案后，一般钢桥包括的计算： 钢桥的设计是一个迭代循环的过程，但是截面的选取顺序还是以主桁优先。1. 主桁截面的粗选（初估联结系与桥面后）2. 主桁截面的检算3. 联结系的检算4. 桥面的检算5. 主桁、联结系、桥面稳定后的主桁、联结系以及桥面的最终检算6. 连接计算（各部分杆件之间的连接方式以及节点板、拼接板、焊缝与 螺栓计算）7. 预拱度计算及实现方式8. 伸缩缝的计算设计三主桁

2、的粗选3.1选取的原则：按照钢材的容许应力为屈服应力的 1/1.7确定主桁需要的截 面面积，从而粗选主桁截面。以 Q370 为例：对于拉杆：拉杆受强度、疲劳控制，应力为370/1.7=217.6Mpa，拉杆应 力计算采用扣除螺栓消弱后的净面积，并考虑杆件由于刚接的次应力，所 以拉杆杆件需要面积采用：杆件内力/150对于压杆：压杆受强度、稳定控制，检算稳定时考虑容许应力折减， 所以压杆一般由稳定控制。检算压杆，采用毛面积，粗选截面时压杆杆件 需要面积采用：杆件内力/160。杆件越长截面越小，压杆容许应力折减越多， 所以对于长细杆，可以采用压杆杆件需要面积：杆件内力/140。粗选主桁后，控制大的指

3、标，读取主桁的支反力、刚度条件是否符合 规范。3.2 内力控制组合主力：恒载+活载+支座沉降3.3 计算模型平面一次成桥模型建模方式： a、 cad 中导入主桁杆件b、施加荷载，注意二恒的取值，平面一次成桥模型的二恒：（整体二恒+初估联结系+初估桥面）/主桁片数3.4 截面迭代用编写好的 excel 读取 midas 模型中的主力最大最小轴力迭代截面，迭 代次数一般大于 3 次。（参考 286 截面选取 excel）按照粗选后的截面，先总体分析主桁的整体受力特性，为下一步主桁 截面检算及截面优化修改打下基础。四主桁截面的检算进一步细化主桁截面：1.综合考虑主力下主桁杆件的轴力、弯矩组合应力2.

4、压杆的整体稳定与局部稳定3. 拉压杆的疲劳4.1 内力控制组合主力：恒载+活载+支座沉降，读取主力下最大最小内力时相应的其他 内力，每个单元共 6 组内力值。4.2 平面一次成桥模型4.3 截面优化分析杆件受力形式，对于检算没通过的杆件，分析没通过的原因，按 照检算的结果对应修改优化截面。（参考 286 主桁截面检算 excel）对于修改后的截面，自己整体分析截面是否与钢桥主桁内力相吻合。五联结系的检算联结系包括纵横向联结系：平联与横联。作用:与主桁一起是桥跨形成 稳定的空间结构，承受纵横向荷载，联结系受横向风力影响较大。4.1 平联4.1.1 内力控制组合 恒载+活载+风力（弯梁需要考虑摇摆

5、力与离心力）4.1.2 计算模型 空间模型，空间模型二恒的加载不同于平面一次成桥，空间中的二恒 是钢桥真正的二恒。4.1.3 平联检算读取 midas 平联控制组合下的内力，用编写好的 excel 检算平联。（参考286 联结系截面检算 excel）4.2 横联4.1.1 内力控制组合主力+温度+风力（弯梁需要考虑摇摆力与离心力）4.1.2 计算模型空间模型4.1.3 横联检算读取 midas 横联联控制组合下的内力，用编写好的 excel 检算横联。（参 考 286 联结系截面检算 excel）检算前先了解联结系在恒载以及风力作用下的受力特性，为联结系截 面的优化提供修改依据。六桥面的检算

6、对于桥面计算，不同的桥面有不同的计算方式，但是桥面计算的原理 相当，应该从理解桥面计算的目的计算途径着手。以 286 钢桁拱桥面计算为例阐述桥面计算的一般流程。6.1 桥面布置与杆件组成桥面杆件组成：1. 纵向杆件：纵梁、U肋2. 横向杆件：横梁、横肋、横梁端头3. 斜向杆件： k 撑4. 桥面板迪13x600=780023006001.2650：900. 皿0:W50.900.25503000300B15000与传统的桥面相比较，桥面板与主桁下弦不直接连接，桥面板焊接在两横向中心距为 9m 纵梁的上，一个节间长度 11m 范围内，在两道横梁支 点上伸出 4 个横梁端头，将桥面与主桁相连接，每

7、个横梁端头左右两边各设置一个斜撑，连接主桁节点与横肋与纵梁的交点。6.2 桥面分析思路a确定一组较优桥面组成杆件截面尺寸的依据：1.连接方便2.各桥面组成杆件受力均衡，传力清晰。b桥面分析目的：1活载、二恒等竖向力均作用在桥面上，u肋、桥面板、纵梁、横肋、 横梁、 k 撑、横联端头将竖向力传至主桁节点，再通过吊杆、腹杆传至拱肋 桥面分析明确竖向力在桥面上的传力途径，分析桥面各个杆件的受力特性 认识各个杆件的作用，并指导桥面截面尺寸调整。2. 平面模型没有建立桥面，只能分析主桁受力，故桥面计算在空间模型 中完成。C桥面分析途径1. 桥面计算内力控制组合：恒载+冲击系数 X 活载。2. 活载采用静

8、活载模拟，首先按照受力特性，计算桥面各杆件的冲击系 数。3. 明确桥面各杆件的控制单元，即明确桥面各杆件静活载加载的纵向位 置，通过寻找各杆件在恒载下受力最大的单元完成。4明确各杆件受控制的活载类型，车道加载在空间模型的虚梁单元上， 建立两种车辆，标载活载与特中活载，分别查看两种车辆荷载下桥面杆件 控制单元的内力，明确控制的活载类型。5.静活载加载长度的确定：通过建立虚梁单元，车道加载在虚梁单元上，查看 midas 中影响线追踪器，确定桥面杆件控制单元的静活载加载长度。6.3 桥面各个组成部分的受力特性由于桥面采用焊接与栓接形式，整体表现为纵横梁整体受力形式，空 间分析中采用梁格模拟。本桥采用

9、全桥空间梁格模型进行计算，即通过有效顶板宽度的计算方 法，将钢桥面系离散成横梁、横肋、纵梁、纵肋等几种梁单元，将离散后 的钢桥面系带入全桥，参与全桥的整体计算，得出离散后的各自受力。该 方法体现出了各位置主桁变形及支承刚度的影响，比较接近实际情况。6.3.1纵向杆件：纵梁、u肋的受力特性纵梁、u肋通过桥面板、横梁、横肋、横梁端头、k撑与主桁节点相连,纵梁、 u 肋轴向表现为整体受拉压，即参与主桁下弦整体受力。u肋整体表现为平面梁受力特性，纵梁由于k撑影响表现为空间梁受力 特性。轴力：纵梁与 u 肋参与主桁轴向受力，即第一体系内力，其轴力方向与主桁下弦杆基本一致，边上几个节间受压力，其余节间均受

10、拉力，且越 靠近跨中拉力越大，在跨中处横肋间纵梁轴力较横肋与横梁间纵梁轴力大。面内弯矩：u肋体现为跨度为2.75m的连续梁弯矩特性，纵梁体现为跨 度为 11m 的两端支点负弯矩跨中正弯矩的连续梁弯矩特性，最大正弯矩位 于跨中附近，最大负弯矩位于中支点附近，面内弯矩即第二体系内力。面外弯矩：u肋面内弯矩不大，可以忽略；纵梁由于受到k撑和横梁端 头轴力作用，有一部分面外弯矩，应考虑。6.3.2.斜向杆件： k 撑受力特性为减小横向杆件的横向变形，分担横联端头的竖向传力，设立斜向 k 撑。K撑整体表现为空间梁受力特性，主要受力有轴力、面内弯矩与面外弯 矩。轴力：在跨中附近处，左右k撑均轴向受拉，大小

11、相等；在中支点附近处，左k撑轴向受压，右k撑轴向受拉；面内弯矩：与主桁相连的 k 撑端部负弯矩，与纵梁相连的受正弯矩；且在跨中附近，正弯矩出现最大值，在中支点附近，负弯矩出现最大值；面外弯矩：在跨中附近，与主桁相连的 k 撑端部负弯矩，与纵梁相连的 受正弯矩；而在中支点附近，左 k 撑所受面外弯矩较小，与主桁相连的 k 撑端部受面外正弯矩，与纵梁相连的受负弯矩。6.3.3.横向杆件：横梁、横肋横梁、横肋加大桥面的扭转刚度，加强桥面结构的恒载下横向联系， 保证结构整体受力。横梁与横肋整体表现为空间梁受力特性，主要受力有面内剪力、面外 剪力、面内弯矩与面外弯矩。轴力：横梁、横肋的轴力较小，可忽略不

12、计；面内剪力：横梁与横肋的面内剪力沿杆轴向呈斜直线，杆端剪力最大， 杆中剪力几乎为 0；在中支点附近杆端的剪力出现最大值；面外剪力：横梁与横肋的面外剪力沿杆轴向呈斜直线，杆端剪力最大， 杆中剪力几乎为 0，在中支点附近杆端剪力出现最大值；面内弯矩：横梁的面内弯矩由于横梁端头的固接作用产生的弯矩与横 梁本身具有简支梁特性的弯矩叠加而成，杆端与杆中均为正弯矩，且杆中 弯矩最大；与 K 撑相连的横肋面内弯矩与横梁的相似，未与 K 撑相连的横 肋的面内弯矩呈抛物线型，杆端几乎为 0，杆中为最大；面外弯矩：横梁的面外弯矩基本呈杆端为负，中间为正的抛物线型， 越靠近中支点其值越大，越靠近跨中值越小；中跨部

13、分横肋面外弯矩较小， 中支点处横肋面外弯矩最大。横梁及横肋的面外弯矩远小于面内弯矩。6.3.4 横向杆件：横梁端头横梁端头将桥面上大部分竖向荷载传递到主桁节点，横梁端头整体表 现为空间梁受力特性，主要受力有面内剪力、面外剪力、面内弯矩与面外 弯矩。轴力：横梁端头的轴力较小，可忽略不计； 面内剪力：横梁端头的面内剪力呈直线型，整根杆件几乎相等； 面外剪力：横梁端头的面外剪力与面内剪力相似，且越靠近中支点剪 力越大；面内弯矩：横梁端头的面内弯矩呈斜直线，一端为正，一端为负，中 间几乎为 0；跨中附近正弯矩最大，中支点附近负弯矩最大；面外弯矩：与面内弯矩相似，且中支点附近正弯矩与负弯矩均为最大， 横

14、梁端头的面外弯矩同样小于面内弯矩。6.4 桥面杆件检算读取桥面杆件控制单元 midas 内力，用编写好的 excel 检算。（参考 286 桥面杆件检算 excel）七主桁、联结系、桥面稳定后的主桁、联结系以及桥面的最终检算桥面、联结系及主桁最终稳定后从新按照之前编写好的excel检算表格 最终检算。八预拱度计算提取平面一次成桥结果，计算理论预拱度，预拱度最终的实现方式与理论预拱度会有差额，预拱度的实现通过cad杆件的旋转及伸缩中模拟。伸 缩与旋转的原则：保持桥面不变。九伸缩缝的计算 读取模型中的梁段纵向位移，设计伸缩缝。十连接计算1. 焊缝的计算2. 螺栓的计算2.1 主桁螺栓连接计算2.2

15、 联结系螺栓连接计算2.3 桥面螺栓连接计算3. 节点板、拼接板的计算十一钢桥设计中的几个一致性1. 平面模型与空间模型的一致性，通过比较两个模型的恒载下的支反力。2. 用钢量计算的一致性， （空间模型中各个杆件重量的提取之和与平面 模型中提取自重下支反力加上联结系与桥面用钢量之和一致）。十二钢桥设计中的平面、空间以及一次成桥与分施工阶段模型的关系1.桥梁最终受力是与施工方式有关，最终受力状态应该以按施工状态模 拟的模型为准，为此有必要分析一次成桥与分施工阶段模型的比较。包括 支反力与主桁内力比较。2.平面模型没有考虑联结系、桥面参与主桁的受力，有必要考察平面模 型与空间模型支反力及内力的比较。3. 综合考虑风力或者制动力时，容许应力有所提高，但是有必要检算空 间模型中受风力及制动力影响较大的杆件。