鋼桁梁組合體系

這類橋型包括吊橋和斜拉橋，都是利用高強鋼索來承重，吊橋（又稱懸索橋）的承重構(gòu)件是高強度鋼索，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，風動力性能較吊橋好，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50年代我國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，只能進行鉚接連接，如武漢長江大橋的主橋采用A3鋼，該橋為連續(xù)鉚接鋼桁梁。用A3鋼建造大跨度橋梁時，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50年代后期，我國開始研究在鋼橋上采用能夠焊接的國產(chǎn)高強度低合金鋼—16q鋼和16Mnq鋼，如南京長江大橋采用16Mnq，屈服點為340MPa，它比用A3鋼節(jié)約鋼材約15%。20世紀70年代，我國又成功研制出強度更高的15MnVNq鋼，屈服點是420MPa，又比用16Mnq鋼節(jié)約鋼材10%以上。21世紀，我國研制出另一種新型的橋梁用鋼—14MnNbq鋼，屈服強度為340MPa，該鋼材的主要特點是可焊接的最大板厚可達50mm，已成功用于蕪湖長江大橋(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)過許多機械加工工藝和焊接工藝。制成的鋼橋要承受很大的靜、動力荷載與沖擊荷載，因此被選作造橋的鋼材，既要能適應制造工藝要求，又要滿足使用要求。為了滿足這些要求，對鋼的化學成分、力學性能（包括強度、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）都有嚴格的規(guī)定。

鋼橋在使用時，不僅要求鋼材具有較高的強度，而且還要求具有良好的塑性；對低溫下工作的鋼橋，要求鋼材具有良好的低溫沖擊韌性；對于焊接鋼橋，要求鋼材具有可焊性。塑性是鋼結(jié)構(gòu)的安全性指標，因為在橋梁結(jié)構(gòu)的局部應力集中處存在焊接殘余應力的地方，應力值可能超過屈服點，塑性好的鋼材還可以通過塑性變形使應力重新分布，避免結(jié)構(gòu)的局部破壞而導致整個結(jié)構(gòu)的實效。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，會發(fā)生老化、韌性下降，為此，還有有時效沖擊韌性要求。現(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。

鋼橋是主要承受動荷載的結(jié)構(gòu)，鋼材的抗疲勞性能對于橋梁十分重要。鋼橋承受的動荷載大小雖低于結(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，微小的裂紋會逐漸擴展，最后導致鋼橋的疲勞斷裂。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，還與材料的化學成分、強度、結(jié)構(gòu)的構(gòu)造細節(jié)、荷載類型、板厚及工作環(huán)境等有關。

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。它既是一項工藝指標，也是一項質(zhì)量指標，冷彎性能好的材料有利于制造。

按力學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。

按力學圖式分梁式體系又可分為簡支梁、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。

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

（1）跨越能力大。由于鋼材的強度高，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，有成套的設備可用，拼裝工藝成熟。

（5）鋼橋構(gòu)件易于修復和更換。

（6）鋼材易銹蝕，故鋼橋的養(yǎng)護費用高。另外，鋼橋須防火，在列車通過時噪音大，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。

按照主桁的支承方式不同，分為簡支鋼桁梁橋、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)點較多，構(gòu)造較為復雜，制造較為費工。

作品目錄

目 錄

第一章 橋梁結(jié)構(gòu)動力學研究的內(nèi)容

一、列車通過時橋梁結(jié)構(gòu)的動力反應

二、橋梁結(jié)構(gòu)動力分析的主要內(nèi)容

三、鋼桁梁橋橫向振動

第二章 中等跨度鋼桁梁橋橫向振動測試

一、現(xiàn)場測試的總體布置

二、列車過橋時桁架空間振動的振型

三、貨物列車通過時，橋梁橫向振幅與車速的關系

四、旅客列車通過時，橋梁橫向振幅與車速的關系

五、中等跨度鋼桁梁橋橫向振動基本規(guī)律

第三章 大跨度鋼桁梁橋橫向振動測試

一、桁梁概圖與測試總體布置

二、桁梁自由振動振型、頻率與阻尼

三、列車過橋時桁架空間振動的振型

四、貨物列車通過時，橋梁橫向振動振幅與車速的關系

五、旅客列車通過時，橋梁橫向振動振幅與車速的關系

六、振型分析

七、大跨度鋼桁梁橋橫向振動的基本規(guī)律

第四章 寬跨比小于1/20的桁梁橋橫向振動測試

一、總體布置

二、桁梁預拱度與靜活載撓度的測試

三、桁梁的自振頻率、振型及阻尼值

四、列車過橋，橋梁振動的實測與分析

五、橫向振動振幅與車速的關系

六、關于橫向剛度的檢驗

七、小 結(jié)

第五章 跨度44m半穿式桁梁橋橫向振動測試

一、基本情況

二、測試內(nèi)容及儀表布置

三、自由振動振型、頻率及阻尼值

四、列車通過時，橫向振動振型及振幅

五、半穿式桁梁橫向振動基本規(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試

一、現(xiàn)場測試的布置

二、機車在直線線路上通過時的振動特性

三、機車過橋時的豎向振動特性

四、機車過橋時的橫向振動特性

五、小 結(jié)

第七章 鋼桁梁橋的橫向自振頻率與阻尼

一、理論計算的基本假定

二、變位未知數(shù)的選取

三、單元剛度矩陣與單元質(zhì)量矩陣

四、邊界條件

五、斜橋門架效應和菱形腹桿

六、影響鋼桁梁橫向自振頻率的主要因素

七、鋼桁梁橋振動的阻尼值

第八章 鋼桁梁橋橫向振動理論分析

一、引起橫向振動的原因

二、輪軌間的蛇行運動

三、桁梁橋橫向振動理論分析基本步驟與目的

四、橋梁及車輛動力平衡方程

五、軌道不平順及輪對蛇行運動的模擬

六、輪軌關系方程與作用在橋梁上的動荷載

七、逐次推進法求解

八、理論分析成果與實測對照

第九章 大跨度鋼桁梁橋橫向振幅的估算

一、計算模式

二、橫向剛度表達式

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，計算步驟

第十章 鋼桁梁橋橫向剛度的檢驗

一、由于橫向振動，桁梁橋不出現(xiàn)過大的附加應力

二、列車通過時，應具有足夠抗脫軌安全度

三、保證司機和旅客的舒適度

四、各國規(guī)范關于橋梁橫向剛度的規(guī)定

參考文獻