現(xiàn)代鋼橋橋面結構

現(xiàn)代鋼橋橋面結構第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三內容鋼橋面32鋼筋混凝土橋面1概述橋面分類公路鋼橋橋面鐵路鋼橋橋面橋面系梁格橋面的構造橋面板的受力特性橋面板設計計算方法橋面的構造、連接橋面板的計算方法橋面板的力學特性與有效寬度計算橋面板設計計算和構造細節(jié)處理中應特別注意的問題第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三一、概述鋼橋橋面結構主要有：橋面梁格、橋面板、橋面鋪裝、排水防水系統(tǒng)、人行道、護輪帶、欄桿、照明燈具、伸縮縫等。橋面一般構造橋面系的主要承重結構第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三1橋面系結構的分類按橋面系承受的荷載和功能不同進行分類鐵路橋面公路橋面按承重結構的主要材料進行分類混凝土橋面鋼橋面木橋面按橋面系的受力性能進行分類結合橋面非結合橋面橋面板同時參與橋面系梁格或者主梁共同工作的橋面第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三橋面系結構的作用直接承受橋上車輪荷載并且將它傳遞到主梁的主要結構。設計荷載中，活載比例往往大于恒載，易產(chǎn)生疲勞破壞；橋面鋪裝原因；軌道的磨耗、損傷等原因；橋面板容易受到?jīng)_擊橋面系結構是鋼橋各構件中工作狀態(tài)最為不利的結構之一第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三正確選擇橋面系結構公路橋橋面：通常采用混凝土橋面和鋼橋面1保證：耐久性、抗滑性；表面平滑鐵路橋橋面：通常采用混凝土橋面和無道碴的梁格系明橋面2保證：軌道穩(wěn)定；減小振動和噪聲；易養(yǎng)護和維修結合橋面：采用要慎重。結合橋面結構中，橋面板作為主梁的一部分，可以節(jié)約材料。但是，橋面結構承受很大的活載和集中荷載作用，容易受到不同的損傷，往往需要維修。結合橋面參與主梁共同作用，橋面維修時會影響橋梁主體受力結構。3大跨度橋梁的橋面系結構：通常采用鋼橋面等輕型橋面結構橋面結構自重在鋼橋的總設計荷載中占很大比重，減輕橋面結構重量對于減輕鋼橋恒載、提高跨越能力和經(jīng)濟效益意義重大。4第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三2公路鋼橋橋面主要有橋面板和橋面鋪裝組成。直接承受橋上車輪荷載并將其傳遞到橋道梁或主梁。公路橋橋面——鋼筋混凝土橋面板橋面板通常采用：鋼筋混凝土橋面板、預應力混凝土橋面板、鋼橋面板（正交異性鋼橋面板）1第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三各類橋面板的使用范圍：鋼橋面板：由頂板和縱橫加勁組成，既作為橋面直接承受車輪荷載，又是主梁上翼板的一部分。主要應用于大跨度橋梁和主梁高度受限制時。RC、PC橋面板：造價低，施工較容易。主要應用于中小跨徑橋梁。橋面鋪裝：橋面保護層，是車輪直接作用的部分。橋面鋪裝作用：給車輪提供足夠摩擦力；防止車輛輪胎或履帶直接磨耗行車道板；保護主梁免受雨水侵蝕；分布車輛輪重的集中荷載。2鋼橋橋面鋪裝：主要有水泥混凝土和瀝青混凝土兩種形式。水泥混凝土鋪裝：剛性大、造價低、耐磨性能好；易開裂、摩擦系數(shù)小、修補麻煩。適于重載交通的小跨徑橋梁。瀝青混凝土鋪裝：造價高、易老化、易變形；摩擦系數(shù)大、重量輕、柔性好、振動小、維修養(yǎng)護方便。適于較大跨徑橋梁。第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三3鐵路鋼橋橋面主要有明橋面和道碴橋面兩種形式，設有防水層。不設橋面鋪裝。明橋面——鐵路橋最常用的橋面形式?jīng)]有道碴，主要有：橋枕、護木、正軌及護軌等。橋枕直接設在主梁或縱梁上，之間的凈距不宜超過210mm；護木用于固定橋枕之間的相對位置。鐵路橋梁明橋面結構示意圖1第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三道碴橋面——通常用于通過城市或住宅密集地段的橋梁有道碴，可以減小噪音、便于維修。但是自重較大。2鐵路橋梁道碴橋面結構示意圖第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三4橋面系梁格桁架橋、拱橋、下承式梁橋等，常設置橫梁、縱梁。桁架節(jié)點、拱肋、系梁節(jié)點。橫梁和縱梁在平面上通常布置成梁格的形式，支承橋面板橋面板荷載縱梁連接于橫梁上縱梁支承于橫梁頂板上橋面板荷載第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三二、鋼筋混凝土橋面鋼筋混凝土橋面板：自重較大（通常5~7kN/m2）。經(jīng)濟、整體性好、受力可靠、設計施工簡單。

中小跨徑公路鋼橋常用橋面形式。1鋼筋混凝土橋面的構造橋面標高的調整1橋梁橫截面標高通常是變化的。(1)翼緣板厚度的變化、工地接頭螺栓等引起翼緣板頂面不平整；(2)設置橋面橫坡或超高的需要。橋梁橫截面標高的調整方法(1)調整墩臺頂面標高適合于橋面橫坡不變的情況；缺點是：主梁腹板與橫梁的連接會出現(xiàn)傾斜或各主梁的橫梁設置位置高度不同(2)鋼梁腹板采用不同的截面高度——較少采用第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三橋面板鋪裝1:3以下1:3以下橋面板鋪裝1:3以下1:3以下(3)采用變厚度橋面板或設置三角墊層——很少采用缺點是：鋼橋的自重增加較多(4)根據(jù)橋面標高需要，橋面板設置不同高度的倒梯形梗肋——常采用特點是：構造簡單、橋面板可以做成等厚度結構，自重增加較?。豢蛇m應翼緣板頂面不平整和橋面橫坡或超高的變化；增加橋面板支承處的截面高度；滿足梁端橋面板變厚度的需要。工字型鋼板梁橋鋼筋混凝土橋面板倒梯形梗肋第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三埋入式模板1:3以下1:3以下鋼筋混凝土橋面板橫斷面示意圖鋼箱梁橋鋼筋混凝土橋面板的倒梯形梗肋1:3以下1:3以下梗肋高度較矮、箱梁寬度較小而且恒載增加不大時常采用。第十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三倒梯形梗肋需滿足的條件：(1)梗肋坡度不宜大于1:3——減小橋面板截面變化處的應力集中；(2)梗肋總高度滿足橋面標高需要；(3)梗肋最小高度的要求如下圖。梗肋最小高度(mm)80以上30以上橋面板鋪裝1:3以下第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三鋼板梁橋鋼筋混凝土橋面板懸臂部分構造2截水槽截水槽邊縱梁挑梁邊縱梁挑梁邊縱梁挑梁邊縱梁挑梁80以上懸臂部分常用截面主梁外側設置有懸臂托梁第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三鋼筋混凝土橋面板板厚3嚴格限制鋼橋的鋼筋混凝土橋面板的強度和裂縫寬度，主要原因如下：(1)橋面板直接承受車輪荷載作用和車輪荷載的沖擊作用，橋面板的活載占總設計荷載的比例較大，容易產(chǎn)生疲勞破壞；(2)鋼橋的剛度一般比鋼筋混凝土橋梁小，橋面板的受力較復雜。特別是為了減小橋面板跨徑在主梁與主梁之間設置剛度較小的縱梁時，主梁與縱梁剛度差別較大，使橋面板受力不均勻；(3)橋面板厚度與鋼筋混凝土主梁梁高相比很小，截面尺寸的誤差對橋面板承載能力的影響較大；(4)橋面板直接承受超重車輛的車輪集中荷載，使得橋面板承受的實際荷載大于設計荷載；(5)橋面板容易受到橋面上雨水等的侵蝕，鋼筋容易被腐蝕。第十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三我國《公路橋涵設計規(guī)范》中對鋼筋混凝土橋面板有較詳細的規(guī)定。國外通常采取增加板厚和限制橋面板主筋使用應力的方法，提高橋面板的承載能力和耐久性。日本《道路橋示方書》中對鋼筋混凝土橋面板的一些規(guī)定：※橋面板最小厚度的要求：橋面板的類型橋面板的跨度方向垂直于行車方向平行于行車方向簡支板40L+11065L+130連續(xù)板30L+11050L+130懸臂板0<L≤0.25m280L+160240L+130L>0.25m80L+210車行道部分鋼筋混凝土橋面板的最小厚度(單位:mm)表中：L為橋面板活載計算跨徑(m)※車行道部分橋面板最小厚度除滿足上表外，不得小于160mm?！摻钭畲笫褂脩σ∮谄胀ㄤ摻罨炷两Y構鋼筋容許應力的80%?！Y合梁等維修困難的橋梁，鋼筋最大使用應力一般控制在普通鋼筋混凝土結構鋼筋容許應力的67%以內。第十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三計算跨徑L的規(guī)定：※簡支板和連續(xù)板的計算跨徑L為沿主筋方向的支承梁間的距離，但是不得大于沿主筋方向的凈跨徑與跨中斷面的板厚之和。如圖3-2-7a所示。2501750250d/2d圖3-2-7a)橫橋方向※懸臂板的計算跨徑L如圖3-2-7a所示。

計算恒載彎矩時，L取翼緣懸臂部分的1/2處到懸臂端的距離，即：L=L恒；

計算橋面板的跨徑與行車方向垂直情況下的活載彎矩時，L取翼緣懸臂部分的1/2處到距離緣石邊緣25cm處的距離，即：L=L活；第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三圖3-2-7b)順橋方向主梁端橫梁※懸臂板的計算跨徑L如圖3-2-7b所示。計算橋面板的跨徑與行車方向平行情況下的活載彎矩時，L取翼緣懸臂部分的1/2處到距離板端10cm處的距離，即：L=L活；第二十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三鋼筋混凝土橋面板的配筋4短跨方向長跨方向1:3以下1:3以下主筋分布筋梗肋加強筋配筋示意圖梗肋部分配筋以下為工字型截面鋼板梁橋鋼筋混凝土橋面板配筋示意圖第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三斜橋梁端配筋(斜角70°~90°)斜橋梁端配筋(斜角<70°)第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三2鋼筋混凝土橋面板的受力特性鋼筋混凝土橋面板直接支承于主梁、橫梁和縱梁上，根據(jù)支承條件和受力不同分為：

單向板、雙向板、懸臂板主梁或縱梁之間的橋面板部分，通常由主梁（或縱梁）和橫梁4邊支承，橋面板應該按雙向受力考慮，即按雙向板計算，在兩個支承邊方向均配置鋼筋；當兩個支承邊的跨徑之比相差較大時，荷載主要由短邊承受。計算表明，雙向板的長短邊之比>2時，荷載值的絕大部分將沿短跨方向傳遞，沿長邊方向傳遞的荷載將不足6%，因此，長短邊跨徑之比>2時，4邊支承的橋面板通常近似按單向板設計；主梁外側或梁端的鋼筋混凝土橋面板懸臂部分，荷載作用下板的上緣受拉下緣受壓，橋面板近似按懸臂板設計。第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三鋼筋混凝土橋面板的兩種簡化計算方法荷載作用下，由于主梁或縱梁的變形，橋面板的受力特性為彈性支承的連續(xù)板。鋼橋的鋼筋混凝土橋面板的設計必須考慮主梁和縱梁剛度的影響。假設鋼筋混凝土橋面板為剛性支承于主梁或縱梁上，同時利用“荷載有效分布寬度的概念”把橋面板進一步簡化為梁計算，然后考慮主梁的約束作用對計算結果進行修正。我國《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》中采用了此方法。采用經(jīng)驗公式的設計計算方法。美國ASSHTO和日本《道路橋示方書》中均采用了此方法。第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三3鋼筋混凝土橋面板的設計計算方法《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)中4.1節(jié)板的計算如下：4邊支承的板，當長邊長度與短邊長度之比>2時，可按短邊計算跨徑的單向板計算；若該比值<2時，則應按雙向板計算。4.1.1簡支板的計算跨徑應為兩支撐中心之間的距離。與梁肋整體連接的板，計算彎矩時，其計算跨徑可取為兩肋間的凈距+板厚，但不得大于兩肋中心之間的距離。此時，彎矩可按以下簡化方法計算：4.1.2支點彎矩：跨中彎矩：1）板厚與梁肋高度比≥1/4時，2）板厚與梁肋高度比<1/4時，——與計算跨徑相同的簡支板跨中彎矩與梁肋整體連接的板，計算剪力時的計算跨徑可取兩肋間凈距，剪力按該計算跨徑的簡支板計算。第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三計算整體單向板時，通過車輪傳遞到板上的荷載分布寬度應按下列規(guī)定計算：4.1.31.平行于板的跨徑方向的荷載分布寬度:2.垂直于板的跨徑方向的荷載分布寬度：1）單個車輪在板的跨徑中部時2）多個相同車輪在板的跨徑中部時，當各單個車輪按公式(4.1.3-2)計算的荷載分布寬度有重疊時3）車輪在板的支承處時4）車輪在板的支承附近，距支點的距離為x時，5）按本條算得的所有分布寬度，均不得大于板的全寬度6）彼此不相連的預制板，車輪在板內分布寬度不得大于預制板寬度——板的計算跨徑；——鋪裝層厚度；——多個車輪時外輪之間的中距；——垂直于板跨和平行于板跨方向的車輪著地尺寸?！宓暮穸龋坏诙?，共四十六頁，編輯于2023年，星期三三、鋼橋面鋼橋面由頂板、焊接于頂板上的縱向及橫向加勁肋組成。頂板設置防水層、鋪設50~70mm的環(huán)氧瀝青/SMA瀝青/澆筑式瀝青鋪裝層。蓋板縱肋橫肋鋪裝主梁蓋板鋪裝縱肋橫肋主梁開口截面縱肋閉口截面縱肋第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三1鋼橋面的構造縱肋——平行于橋軸方向的縱向加勁肋。有開口截面縱肋和閉口截面縱肋。開口截面縱肋，抵抗局部失穩(wěn)能力比閉口截面縱肋小。橫肋——垂直于橋軸方向的橫向加勁肋。一般采用倒T形截面。橫梁——為了提高橋梁的整體剛度和荷載橫向分布的需要，其中必須加大一部分橫肋的斷面尺寸，增加橫肋的剛度，這種截面尺寸和剛度較大橫肋稱為橫梁正交異性板——公路鋼橋采用的鋼橋面板，一般縱肋布置較密，橫肋分布較疏，橋面板縱橫方向的剛度不同，即鋼橋面板縱橫方向的受力特性為各向異性。因此，歐美各國便把這種鋼橋面板起名叫正交異性板。鋼橋面板頂板的最小板厚——一般不得小于12~14mm。重車通行量較大時，板厚最好在14mm以上。第二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三橫肋、縱肋截面和間距的規(guī)定——橫肋與縱肋的交叉處，通常采用縱肋連續(xù)通過的結構形式，這樣，交叉處的橫肋截面會被削弱。所以橫肋的截面比縱肋高，間距也比縱肋大。開口截面縱肋，抵抗局部失穩(wěn)能力比閉口截面縱肋小。當采用開口截面縱肋時，橫肋間距要小一些，通常為1.0~2.5m；當采用閉口截面縱肋時，橫肋間距通常為2.0~4.0m。——縱肋可防止頂板屈曲。間距不宜過大，過大時頂板可能產(chǎn)生局部失穩(wěn)，和導致變形過大影響橋面鋪裝?？v肋間距也不宜過小，太小不便于橋面板的制作和安裝。開口截面縱肋的間距在300~400mm，閉口截面縱肋的間距在600~850mm。我國公路鋼橋閉口截面縱肋的中心間距多采用600mm。第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三開口截面縱肋平鋼板正球頭鋼板偏球頭鋼板不等邊角鋼倒T形截面結構簡單，板厚大頂板厚度很大，對加勁肋剛度要求很高情況下采用頂板厚度很大時，較經(jīng)濟。但工廠焊接和工地連接較困難可彌補平鋼板縱肋的不足，減小板厚度。國外常作為型鋼生產(chǎn)第三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三閉口截面縱肋梯形截面(U肋)U字形截面V字形截面工廠加工性能和受力性能較好，工地連接也較為方便。采用最多工廠加工較方便，但工地連接困難。采用較少受力不好。采用較少我國公路鋼橋倒梯形縱肋(U肋)的口寬多為：A=300mm,H=280~300mm,B=160~190mm。第三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三2鋼橋面的連接鋼橋面板縱肋與橫肋交叉處構造第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三鋼橋面板縱肋與橫肋交叉處連接形式縱肋與橫肋不連接，不會產(chǎn)生焊接殘余應力，構造簡單，便于制作和安裝。適用于受拉區(qū)的縱橫肋交叉結構。第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三橫肋腹板上開槽便于縱肋的連續(xù)通過和安裝。為了防止縱肋的局部失穩(wěn)，縱肋的單側與橫肋腹板用角焊縫連接。適用于受壓區(qū)的縱橫肋交叉結構。第三十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三閉口截面縱肋與橫隔板或橫梁交叉處的連接結構。左圖適用于受拉區(qū)頂板。右圖適用于受壓區(qū)頂板。第三十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三3鋼橋面板的力學特性與有效寬度計算力學特性1鋼橋面板作為橋面系直接承受車輪荷載作用；鋼橋面板還作為主梁一部分參與主梁共同受力。力學行為十分復雜按三個基本結構體系對鋼橋面板進行研究結構體系Ⅰ——主梁體系由頂板和縱肋組成的結構系看成是主梁（橋梁主要承載構件）的一個組成部分，參與主梁共同受力。在結構系Ⅰ中，鋼橋面板通過頂板與腹板的連接，使橋面板成為主梁的一部分而共同工作。如果把參與主梁共同工作的有效寬度范圍內的加勁板看作主梁截面中的一部分，鋼橋面板的內力計算與一般梁橋結構的內力計算相同，可利用影響線求出。因此，要解決的問題是——確定鋼橋面板有效寬度第三十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三結構體系Ⅱ——橋面體系由縱肋、橫肋和頂板組成的結構系，頂板被看成縱肋、橫肋上翼緣的一部分。結構系Ⅱ起到了橋面系結構的作用，把橋面上的荷載傳遞到主梁和剛度較大的橫梁。在結構系Ⅱ中，鋼橋面板可以看成為支承于主梁和橫梁上的橋面系結構，它把橋面板自重和橋面板上的外力傳遞到主梁和橫梁。結構體系Ⅲ——蓋板體系把設置在肋上的頂板看成是各向同性的連續(xù)板，這個板直接承受作用于肋間的輪荷載，同時把輪荷載傳遞到肋上。結構系Ⅲ，指的就是直接承受輪重并將輪重傳遞到加勁肋上的頂板。當頂板上的輪重逐漸增大時，頂板的彎曲應力便逐步進入薄膜應力狀態(tài)，平板的承載力變得比用一次彎曲理論求出的計算值大得多。所以，在鋼橋面板靜力強度計算中，結構系Ⅲ的應力可以忽略不計。但是結構系Ⅲ的活載應力對加勁肋與頂板焊縫處的疲勞極為不利，在設計中，必須驗算它們的疲勞壽命。第三十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三頂板有效計算寬度2鋼橋面板有效寬度的示意圖正交異性鋼橋面板由蓋板和縱橫肋組成的肋板式結構，由于剪力滯的影響，在荷載作用下蓋板或翼緣板應力不是均勻分布的，如下圖。通常腹板附近應力比其他地方大。工程設計計算中通常采用簡化計算方法，假設頂板或翼緣板應力按最大應力均勻分布，并且按力的等效原則，由下式確定其計算寬度，即有效分布寬度。第三十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三日本《道路橋示方書》中推薦的主梁翼緣和鋼橋面板縱橫肋的有效計算寬度。簡化計算方法1.主梁體系（結構系Ⅰ）有效分布寬度鋼橋面板作為主梁上翼板參與整體受力時，結構計算以主梁為研究對象，主梁將荷載傳遞到支座。因此，主梁體系有效寬度是指參與主梁共同工作的頂板（包括頂板的加勁肋）寬度。（1）簡支梁假設有效寬度沿橋跨不變，其大小按式（3-3-2）計算，等效跨徑l與簡支梁的計算跨徑L相同?！髁焊拱彘g距的一半或懸臂板寬度——換算跨徑跨徑等效跨徑有效寬度主梁腹板中心線第三十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期三（2）連續(xù)梁假設中間支點處的有效寬度與跨中不同，距中間支點0.2L的范圍內，有效寬度按兩者內插計算，其余部分與跨中相同。支點處的有效寬度按式（3-3-3）計算，等效跨徑按相鄰兩跨跨徑之和的0.2倍計算；跨中的有效寬度按式（3-3-2）計算，其中邊跨的等效跨徑取該跨跨徑的0.8倍計算，中跨取相應跨跨徑的0.6倍計算。有效寬度主梁腹板中心線跨徑等效跨徑第四十頁，