鋼桁梁

按力學(xué)圖式分梁式體系又可分為簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁、懸臂梁；按主梁的構(gòu)造

形式分有板梁橋、桁梁橋、箱梁橋、結(jié)合梁橋。

這類橋型包括吊橋和斜拉橋，都是利用高強(qiáng)鋼索來承重，吊橋（又稱懸索橋）的承重構(gòu)件是高強(qiáng)度鋼索，恒載輕，跨越能力大。斜拉橋的承重構(gòu)件是斜拉索和梁，其鋼梁可以是板式、桁式或箱式，恒載較輕，風(fēng)動(dòng)力性能較吊橋好，故發(fā)展很快。

鋼橋主體結(jié)構(gòu)所用的鋼材主要是碳素鋼和低合金鋼。20世紀(jì)50年代我國(guó)鋼橋主要采用普通碳素鋼—A3鋼，該鋼材由于含碳量較高（0.14～0.22%），可焊性差，只能進(jìn)行鉚接連接，如武漢長(zhǎng)江大橋的主橋采用A3鋼，該橋?yàn)檫B續(xù)鉚接鋼桁梁。用A3鋼建造大跨度橋梁時(shí)，構(gòu)件截面尺寸大，從而增加用鋼量并使鋼橋的自重加大，因此，20世紀(jì)50年代后期，我國(guó)開始研究在鋼橋上采用能夠焊接的國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)度低合金鋼—16q鋼和16Mnq鋼，如南京長(zhǎng)江大橋采用16Mnq，屈服點(diǎn)為340MPa，它比用A3鋼節(jié)約鋼材約15%。20世紀(jì)70年代，我國(guó)又成功研制出強(qiáng)度更高的15MnVNq鋼，屈服點(diǎn)是420MPa，又比用16Mnq鋼節(jié)約鋼材10%以上。21世紀(jì)，我國(guó)研制出另一種新型的橋梁用鋼—14MnNbq鋼，屈服強(qiáng)度為340MPa，該鋼材的主要特點(diǎn)是可焊接的最大板厚可達(dá)50mm，已成功用于蕪湖長(zhǎng)江大橋(公、鐵兩用鋼斜拉橋)上。

現(xiàn)代鋼橋用材最多的是鋼板。用鋼材制造成鋼橋，要經(jīng)過許多機(jī)械加工工藝和焊接工藝。制成的鋼橋要承受很大的靜、動(dòng)力荷載與沖擊荷載，因此被選作造橋的鋼材，既要能適應(yīng)制造工藝要求，又要滿足使用要求。為了滿足這些要求，對(duì)鋼的化學(xué)成分、力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、塑性、韌性及疲勞性能等）和工藝性能

（包括冷彎性能和可焊性）都有嚴(yán)格的規(guī)定。

鋼橋在使用時(shí)，不僅要求鋼材具有較高的強(qiáng)度，而且還要求具有良好的塑性；對(duì)低溫下工作的鋼橋，要求鋼材具有良好的低溫沖擊韌性；對(duì)于焊接鋼橋，要求鋼材具有可焊性。塑性是鋼結(jié)構(gòu)的安全性指標(biāo)，因?yàn)樵跇蛄航Y(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力集中處存在焊接殘余應(yīng)力的地方，應(yīng)力值可能超過屈服點(diǎn)，塑性好的鋼材還可以通過塑性變形使應(yīng)力重新分布，避免結(jié)構(gòu)的局部破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的實(shí)效。韌性不好的鋼材，在低溫或快速加載等不利的條件下，容易使鋼材發(fā)生脆性斷裂。因此，常用低溫沖擊韌性來判斷鋼材的脆性斷裂傾向。鋼材隨著使用年限的延長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生老化、韌性下降，為此，還有有時(shí)效沖擊韌性要求?，F(xiàn)代鋼橋所用的鋼材，還必須具有良好的可焊性，通過一定得焊接工藝能形成優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。

鋼橋是主要承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)，鋼材的抗疲勞性能對(duì)于橋梁十分重要。鋼橋承受的動(dòng)荷載大小雖低于結(jié)構(gòu)的名義承載能力，但由于結(jié)構(gòu)中有微小的缺陷或集中應(yīng)力，易產(chǎn)生塑性變形，從而萌生裂紋，隨著外力循環(huán)次數(shù)的增加，微小的裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)展，最后導(dǎo)致鋼橋的疲勞斷裂。在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)可以看見的裂紋時(shí)的荷載循環(huán)次數(shù)稱為疲勞壽命。影響結(jié)構(gòu)疲勞壽命的因素除材料的韌性外，還與材料的化學(xué)成分、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的構(gòu)造細(xì)節(jié)、荷載類型、板厚及工作環(huán)境等有關(guān)。

冷彎性能是鋼材承受彎曲變形的能力，并顯示鋼板中是否有缺陷、有無夾渣或分層。它既是一項(xiàng)工藝指標(biāo)，也是一項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，冷彎性能好的材料有利于制造。

由于鋼材具有強(qiáng)度高、材質(zhì)均勻、塑性及韌性良好和可焊性好等諸多優(yōu)點(diǎn)；因此，用鋼材建造的橋梁——鋼橋具有如下特點(diǎn)：

（1）跨越能力大。由于鋼材的強(qiáng)度高，在相同的承載能力條件下；與鋼筋混凝土橋梁相比，鋼橋構(gòu)件的截面較小，所以鋼橋的自重較輕，最適合于建造大跨度的橋梁。

（2）最適合于工業(yè)化制造。鋼橋構(gòu)件一般都是在專業(yè)化的工廠由專用設(shè)備加工制作，不受季節(jié)的限制，加工制造速度快、精度高，質(zhì)量容易得到控制，因而工業(yè)化制造程度高。

（3）便于運(yùn)輸。由于鋼橋構(gòu)件的自重較輕，特別是在交通不便的山區(qū)便于汽車運(yùn)輸。

（4）安裝速度快。鋼橋構(gòu)件便于用懸臂施工法拼裝，有成套的設(shè)備可用，拼裝工藝成熟。

（5）鋼橋構(gòu)件易于修復(fù)和更換。

（6）鋼材易銹蝕，故鋼橋的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高。另外，鋼橋須防火，在列車通過時(shí)噪音大，故不宜在鬧市區(qū)建造鐵路鋼橋。

鋼橋可以根據(jù)不同的條件要求建成多種形式，其種類比其他材料制造的橋梁更多，主要可分為梁式體系、拱式體系及組合體系。

按力學(xué)圖式分拱式體系可分為有推力拱和無推力拱；按拱肋的構(gòu)造形式分有版式、桁式、箱式。

按照主桁的支承方式不同，分為簡(jiǎn)支鋼桁梁橋、連續(xù)鋼桁梁橋和懸臂鋼桁梁橋；

按照橋面位置不同，分為上承式鋼桁梁橋、下承式鋼桁梁橋。

鋼桁梁橋由桁架桿件組成，盡管整體上看鋼桁梁橋以受彎和受剪為主，但具體到每根桁架桿件則主要承受軸向力。與實(shí)腹梁相比是用稀疏的腹桿代替整體的腹板，從而節(jié)省鋼材和減輕結(jié)構(gòu)自重，又由于腹桿鋼材用量比實(shí)腹梁的腹板有所減少，鋼桁梁可做成較大高度，從而具有較大的剛度及更大的跨越能力。但是，鋼桁梁的桿件和節(jié)點(diǎn)較多，構(gòu)造較為復(fù)雜，制造較為費(fèi)工。

作品目錄

目 錄

第一章 橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容

一、列車通過時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)

二、橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的主要內(nèi)容

三、鋼桁梁橋橫向振動(dòng)

第二章 中等跨度鋼桁梁橋橫向振動(dòng)測(cè)試

一、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的總體布置

二、列車過橋時(shí)桁架空間振動(dòng)的振型

三、貨物列車通過時(shí)，橋梁橫向振幅與車速的關(guān)系

四、旅客列車通過時(shí)，橋梁橫向振幅與車速的關(guān)系

五、中等跨度鋼桁梁橋橫向振動(dòng)基本規(guī)律

第三章 大跨度鋼桁梁橋橫向振動(dòng)測(cè)試

一、桁梁概圖與測(cè)試總體布置

二、桁梁自由振動(dòng)振型、頻率與阻尼

三、列車過橋時(shí)桁架空間振動(dòng)的振型

四、貨物列車通過時(shí)，橋梁橫向振動(dòng)振幅與車速的關(guān)系

五、旅客列車通過時(shí)，橋梁橫向振動(dòng)振幅與車速的關(guān)系

六、振型分析

七、大跨度鋼桁梁橋橫向振動(dòng)的基本規(guī)律

第四章 寬跨比小于1/20的桁梁橋橫向振動(dòng)測(cè)試

一、總體布置

二、桁梁預(yù)拱度與靜活載撓度的測(cè)試

三、桁梁的自振頻率、振型及阻尼值

四、列車過橋，橋梁振動(dòng)的實(shí)測(cè)與分析

五、橫向振動(dòng)振幅與車速的關(guān)系

六、關(guān)于橫向剛度的檢驗(yàn)

七、小 結(jié)

第五章 跨度44m半穿式桁梁橋橫向振動(dòng)測(cè)試

一、基本情況

二、測(cè)試內(nèi)容及儀表布置

三、自由振動(dòng)振型、頻率及阻尼值

四、列車通過時(shí)，橫向振動(dòng)振型及振幅

五、半穿式桁梁橫向振動(dòng)基本規(guī)律分析

六、小 結(jié)

第六章 列車過橋 車體豎向及橫向加速度測(cè)試

一、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的布置

二、機(jī)車在直線線路上通過時(shí)的振動(dòng)特性

三、機(jī)車過橋時(shí)的豎向振動(dòng)特性

四、機(jī)車過橋時(shí)的橫向振動(dòng)特性

五、小 結(jié)

第七章 鋼桁梁橋的橫向自振頻率與阻尼

一、理論計(jì)算的基本假定

二、變位未知數(shù)的選取

三、單元?jiǎng)偠染仃嚺c單元質(zhì)量矩陣

四、邊界條件

五、斜橋門架效應(yīng)和菱形腹桿

六、影響鋼桁梁橫向自振頻率的主要因素

七、鋼桁梁橋振動(dòng)的阻尼值

第八章 鋼桁梁橋橫向振動(dòng)理論分析

一、引起橫向振動(dòng)的原因

二、輪軌間的蛇行運(yùn)動(dòng)

三、桁梁橋橫向振動(dòng)理論分析基本步驟與目的

四、橋梁及車輛動(dòng)力平衡方程

五、軌道不平順及輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)的模擬

六、輪軌關(guān)系方程與作用在橋梁上的動(dòng)荷載

七、逐次推進(jìn)法求解

八、理論分析成果與實(shí)測(cè)對(duì)照

第九章 大跨度鋼桁梁橋橫向振幅的估算

一、計(jì)算模式

二、橫向剛度表達(dá)式

三、車廂橫向加速度

四、橫向彎曲所產(chǎn)生的位移

五、扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的變位

六，計(jì)算步驟

第十章 鋼桁梁橋橫向剛度的檢驗(yàn)

一、由于橫向振動(dòng)，桁梁橋不出現(xiàn)過大的附加應(yīng)力

二、列車通過時(shí)，應(yīng)具有足夠抗脫軌安全度

三、保證司機(jī)和旅客的舒適度

四、各國(guó)規(guī)范關(guān)于橋梁橫向剛度的規(guī)定

參考文獻(xiàn)