钢结构桥梁的入门

钢结构桥梁的入门级别 小跨度与大跨度钢箱梁 建国以来长江上几座里程牌式钢桥,高瞻远瞩,胸怀大志,入门开始 武汉长江大桥(128m 跨度,3 号钢 Q240) 南京长江大桥(160m 跨度,16Mnq Q345) 九江长江大桥(216m 跨度,15MnVNq Q420) 芜湖长江大桥(312m 跨度,14MnNbq Q345) 天兴洲长江大桥(504m 跨度,14MnNbq Q345) 一、桥梁用钢牌号 1、Q235qDQ345qDQ370qDQ420QD 第一个Q为屈服拼音第一个字母,屈服之意; 数字235表示屈服强度(是一个应力 数值),数字后 q 为桥梁第一个拼音 q,表示为桥梁用结构钢;最后一个大写字母 D 为钢材等级,钢材等级之分有 A、B、C、D、E5 个等级,A 不做冲击功要求,B 表示 常温 20゜冲击功,C 为 0゜冲击功,D 表示-20゜是冲击功,E 为-40 独冲击功要求. 冲击功与钢材韧性相关, Q345qEQ345qE 联合起来意为联合起来意为: :屈服强度为屈服强度为 345MPa345MPa 应力的桥梁用钢应力的桥梁用钢,-40,-40゜有冲击功要゜有冲击功要 求求, ,一般不小于一般不小于 47J.47J.钢材安全系数一般取为钢材安全系数一般取为1.7,1.7,那么那么 Q345Q345 钢材容许应力为钢材容许应力为 345/1.7=202.9MPa,345/1.7=202.9MPa,规范中采用规范中采用 200MPa.Q345200MPa.Q345 中中 345345 为屈服强度为屈服强度, ,抗拉强度更抗拉强度更 大大, ,一般为容许应力的一般为容许应力的2.52.5倍倍, ,所以所以Q345Q345抗拉强度为抗拉强度为200*2.5=500MPa,200*2.5=500MPa,规范中取规范中取 值值 510MPa.510MPa.抗剪容许应力为基本容许应力的抗剪容许应力为基本容许应力的 0.60.6 倍倍, ,局部承压为基本容许应力的局部承压为基本容许应力的 1.51.5 倍倍, ,规范中规范中 Q345Q345 钢材抗剪容许应力钢材抗剪容许应力 120MPa,120MPa,局部承压容许应力为局部承压容许应力为 300MPa.300MPa. 二、二、钢结构桥梁的设计方法钢结构桥梁的设计方法 公路钢结构桥梁设计规范 2015 没出来之前,公路钢结构桥梁仍然采用容许 应力法设计:各项荷载系数为 1,荷载组合下外力应力只要小于容许应力 200MPa 即可.现在新出钢桥规范为了与混凝土统一采用两个极限状态设计法一致,钢结构 桥梁也采用了极限状态设计法,以 Q345qD 钢为例说明问题的实质性: 1)1) 容许应力法容许应力法 外荷载组合系数外荷载组合系数:1x:1x 恒载恒载+1x+1x 活载活载+1x+1x 其它可变活载其它可变活载 荷载组合下的应力小于规范中的容许应力荷载组合下的应力小于规范中的容许应力 200MPa200MPa(345/1.7=203)(345/1.7=203) 2)2) 极限状态法极限状态法 外荷载组合系数外荷载组合系数:1.2x:1.2x 恒载恒载+1.4x+1.4x 活载活载+1.4x+1.4x 其它可变活载其它可变活载 X0.75X0.75 综合起来极限状态法相比于容许应力法综合起来极限状态法相比于容许应力法荷载综合系数采用了荷载综合系数采用了 1.351.35 荷载组合下的应力小于规范中的容许应力荷载组合下的应力小于规范中的容许应力 275MPa275MPa(345/1.7x1.35=274)(345/1.7x1.35=274) 所以极限状态法相当于外荷载系数乘了个所以极限状态法相当于外荷载系数乘了个 1.351.35 的数值的数值, ,相对于容许应力法中相对于容许应力法中 的容许应力相应同时乘以的容许应力相应同时乘以 1.351.35 的数值的数值, ,本质一样本质一样, ,游戏而已游戏而已. . 三、钢结构桥梁几个主体问题 钢结构核心问题为强度、稳定、疲劳强度、稳定、疲劳 1)1) 强度强度 受拉杆件或者弯矩中的受拉部位受拉杆件或者弯矩中的受拉部位 : :应力小于容许应力即可应力小于容许应力即可 , ,假如为螺栓连接假如为螺栓连接 , , 计算应力时采用净面积计算计算应力时采用净面积计算 2)2) 稳定稳定 稳定问题转为强度模式控制稳定问题转为强度模式控制, ,只不过将容许的压应力转换为容许应力只不过将容许的压应力转换为容许应力x x小于小于1 1 的一个数字的一个数字, ,此数字结合杆件的计算长度与杆件回转半径相结合的长细比此数字结合杆件的计算长度与杆件回转半径相结合的长细比 , ,如如 下表下表 稳定问题还包括整体稳定与局部稳定之分稳定问题还包括整体稳定与局部稳定之分, ,只要构件受压只要构件受压, ,终究不能离开稳定终究不能离开稳定 问题的困扰问题的困扰, ,这也是拱桥跨径小于斜拉桥、这也是拱桥跨径小于斜拉桥、 斜拉桥跨径小于悬索桥的主体原因斜拉桥跨径小于悬索桥的主体原因; ; 整体稳定可按上述的稳定应力小于强度容许应力乘以相应于长细比的小于整体稳定可按上述的稳定应力小于强度容许应力乘以相应于长细比的小于 1 1 的折减系数控制的折减系数控制, ,局部稳定按照下表宽厚比控制局部稳定按照下表宽厚比控制 受压杆件设置的局部加劲肋受压杆件设置的局部加劲肋, ,解决宽厚比过大的局部稳定问题解决宽厚比过大的局部稳定问题. . 上表为压杆的局部稳定控制指标上表为压杆的局部稳定控制指标, ,对于受弯构件的腹板的抗剪稳定对于受弯构件的腹板的抗剪稳定, ,也有相应也有相应 的要求的要求, ,防止腹板受剪失稳防止腹板受剪失稳, ,控制指标为腹板的高厚比控制指标为腹板的高厚比 简支梁受力的横梁腹板加劲肋设置简支梁受力的横梁腹板加劲肋设置, ,竖向设置间距不大于竖向设置间距不大于 2m2m 的加劲板的加劲板, ,正弯正弯 矩上缘受压部位设置水平向加劲肋矩上缘受压部位设置水平向加劲肋. . 3)3) 疲劳疲劳 只要受拉只要受拉, ,构件就有疲劳问题构件就有疲劳问题, ,裂纹随着拉应力的变化扩展裂纹随着拉应力的变化扩展 , ,所以受压构件不需检所以受压构件不需检 算疲劳算疲劳, ,受拉或者是拉压交替就会有裂纹扩展的危险受拉或者是拉压交替就会有裂纹扩展的危险 , ,就需检算疲劳稳定就需检算疲劳稳定, ,疲劳主疲劳主 要与应力变化幅密切相关要与应力变化幅密切相关, ,疲劳检算主要是检算应力幅疲劳检算主要是检算应力幅 四、四、钢结构桥梁与混凝土箱梁类比钢结构桥梁与混凝土箱梁类比 钢箱梁截面钢箱梁截面 混凝土截面混凝土截面 对于一个 3x30m 混凝土现浇预应力匝道箱梁,荷载传力途径荷载传力途径: : 荷载荷载----------------传力途径传力途径 1:1:横向通过顶板传递给纵腹板横向通过顶板传递给纵腹板( (对应纵向对应纵向1m1m 板条桥面板横板条桥面板横 向计算向计算( (车辆中车轮荷载车辆中车轮荷载 )) ---)) ---组成横框的桥面板的横向受力组成横框的桥面板的横向受力 --------------传力途径传力途径 2:2:通过顶底