易于发生疲劳破坏的部位
• 钢桁梁主桁杆件栓接接头处 • 桥面系纵梁竖向加劲肋角焊缝下端焊趾处 • 钢板梁主梁变截面盖板端部焊缝处 • 主梁变截面附近竖向加劲肋角焊缝下端焊趾处 • 平纵联节点板与竖向加劲肋或腹板连接焊缝处
1.6 大跨度钢桥疲劳问题
影响钢桥疲劳强度的外因—疲劳应力幅
• 焊接受拉或以受拉为主构件：按应力幅控制设计 • 焊接受压或以受压为主构件：按最大应力控制设计 • 非焊接结构受拉构件：按应力幅控制设计 • 非焊接结构拉压构件：按最大应力控制设计
• 国标钢桥用钢
– Q235q、Q345q、Q370q、Q420q – A、B、C、D、E五个等级
1.4 钢桥所用材料 钢桥用材最多的是钢板，要求材料属性有
• 强度 • 塑性 • 低温冲击韧性 • 冷弯性能 • 可焊性 • 抗疲劳性能 (承受动荷载)
1.5 大跨度钢桥连接的若干问题 高强度螺栓连接转向焊接连接
• 跨越能力大 • 最适合于工业化制造 • 便于运输 • 安装速度快 • 易于修复和更换 • 易锈蚀，养护费高 • 防火、列车通过噪声大、不宜在闹市区建造
1.2 钢桥的主要特点及发展 1.2.2 钢桥的发展展望
• 跨度进一步加大：铁路桥: 500米 公路桥: 1800米 • 使用功能加强 • 建造费用和维护费用合理 • 由栓焊向全焊过渡 • 采用新结构和构造形式 • 桥梁设计手段、制造技术、施工管理不断提高 • 设计理论更新和科研成果的应用
– 推力拱
– 无推力拱
1.3 钢桥的主要类型 拱式体系
• 按构造形式分
– 板式拱
– 桁式拱
– 箱式拱
1.3 钢桥的主要类型
组合体系
• 悬索桥
– 利用高强钢索来承重，恒载轻，跨越能力大
• 斜拉桥
– 承重构件是斜拉索和梁，钢梁可以是板式、桁式或是箱式， 恒载较轻，风动力性能较吊桥好。
钢桁架桥
16 2001 宜昌长江大桥 公路 悬索 单跨箱梁 960 Q345E 焊接 焊接
17 2001 塘沽海河大桥 公路 单塔斜拉 混合箱梁 310 Q345E 焊接 焊接
18 2001 北盘江大桥 铁路 拱
钢管砼 236 Q345D 焊接 焊接
19 2001 军山长江大桥 公路 斜拉 三跨箱梁 460 Q345C 焊接 焊接
1890年苏格兰福思桥， 主跨520米的铁路悬臂桁架桥
钢桁架桥
港大桥（日本）
钢桁架桥
外白渡桥（上海）
钢桁架桥
三堆子金沙江桥 四川
钢箱梁桥 高强度钢、焊接技术、薄壁结构计算理论
截面形式：矩形、梯形
箱形梁：闭口的薄壁结构，薄壁结构理论计算
1850年英国建成第一座铁路钢箱梁桥Britinnia 桥
• 埋弧自动焊 • 半自动焊 • 手工焊
钢材、焊条、焊剂和焊接方法要匹配
焊丝的碳(C)、硫(S)和磷(P)含量均取下限
焊接接头为薄弱环节，接头质量尤为重要
1.5 大跨度钢桥连接的若干问题
焊缝要求，强度不能低于基材
• 对接焊缝 • 角接焊缝
螺栓连接
• 常采用10.9级高强螺栓 • 常用型号M22、M24、M27、M30 • 顺轴方向的双抗滑面连接的螺栓排数超过6排或单抗
1.1 我国钢桥的发展概况 改革开放以后 钢桥发展更快，结构形式多样
• 1987年 东营黄河公路钢斜拉桥 • 1991年 南浦公路斜拉桥 • 1993年 杨浦公路斜拉桥 • 1996年 长江西陵峡公路悬索桥 • 1997年 香港青马公路悬索桥 • 1999年 江阴长江公路悬索桥 • 2000年 南京长江公路斜拉桥 • 2002年 上海卢浦大桥 （中承式钢箱拱桥）
12 1999 厦门海沧大桥 公路 悬索 三跨箱梁 648 16Mn 焊接 焊接
13 1999 江阴长江大桥 公路 悬索 单跨箱梁 1385 Fe510D (S355J2G3) 焊接 焊接
14 2000 芜湖长江大桥 公铁 低塔斜拉 三跨桁梁 312 14MnNbq 焊接 栓接
15 2001 南京长江二桥 公路 斜拉 三跨箱梁 628 16Mnq 焊接 焊接
滑面连接的螺栓排数超过4排时，第一排螺栓的抗滑 移极限强度不得小于活载作用力的30%
1.6 大跨度钢桥疲劳问题
疲劳破坏的产生
作用在大跨度钢桥上的动荷载使钢桥结构 中应力反复变化，这种反复变化的应力会使钢 桥的结构应力集中处或存在缺陷处的局部产生 微小裂纹并使裂纹发生扩展，最终导致疲劳破 坏。
1.6 大跨度钢桥疲劳问题
钢悬索桥
海峡大桥（日本）
1.4 钢桥所用材料 钢材：碳素钢和低合金钢
• 20世纪50年代 普通碳素钢 A3 钢
– 含碳高，可焊性差，只能进行铆接
• 20世纪50年代后期 高强度低合金钢 16q和16Mnq
– 屈服点340MPa, 较 A3 钢节约钢材
• 20世纪70年代 15MnVNq钢
– 屈服点420MPa,较 16Mnq 节约钢材
8 1996 上海徐浦大桥 公路 斜拉 混合梁 590 S355N 焊接 栓接
9 1996 西陵长江大桥 公路 悬索 单跨箱梁 900 16Mnq 焊接 焊接
10 1997 香港青马大桥 公铁 悬索 三跨箱梁 1377 BS 4360 Gr.500YS 焊接 栓接
11 1997 虎门大桥 公路 悬索 单跨箱梁 888 16Mnq 焊接 焊接
联邦德国于1961年在莱茵河上建成一座箱形两 跨连续梁，跨度为113米。
钢拱桥
九江长江大桥
钢拱桥
芦浦大桥
钢拱桥
悉尼桥
钢拱桥
美国新河桥
钢斜拉桥
法国塞纳河上诺曼底(Normandy) 桥
钢斜拉桥
日本横滨港湾桥
钢斜拉桥
上海徐浦大桥
钢悬索桥
广东虎门大桥
钢悬索桥
西陵长江大桥
1.3 钢桥的主要类型 梁式体系 拱式体系 组合体系
1.3 钢桥的主要类型 梁式体系
• 按力学图式分
– 简支梁桥
– 连续梁桥
– 悬臂梁桥
1.3 钢桥的主要类型 梁式体系
• 按柱梁的构造形式分
– 板梁梁
– 桁架梁
– 箱梁桥
– 结合梁桥
1.3 钢桥的主要类型 拱式体系
• 按力学图式分
1.1 我国钢桥的发展概况 现代钢桥技术比国外起步晚150多年，但发展 进步很快。
目前多采用大跨度悬索桥、斜拉桥及梁-拱组合。 由栓焊向全焊工艺过渡。 由空间计算代替平面计算。 铁路钢桥主要采用容许应力理论 公路钢桥已经采用极限强度理论。 基于可靠度理论的多系数极限状态设计表达式。
1.2 钢桥的主要特点及发展 1.2.1 钢桥的主要特点
• 21世纪初 14MnNbq 钢
– 屈服强度 340MPa，可焊接最大板厚 50 mm
1.4 钢桥所用材料 <<桥梁钢结构设计规范>>(TB1002.2-2005)
• 国标钢号以屈服点命名 例如 Q235qD
– Q 汉语拼音屈服点手写字母 – 板厚16 mm的屈服点大小 (MPa) – q 为汉语拼音桥梁用钢首写字母 – D是钢材等级
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钢桥设计
天津大学 土木工程系
本章内容: 我国钢桥的发展概况，钢桥的主要 类型、钢桥所用材料，大跨度钢桥连接和疲 劳问题。
1.1 我国钢桥的发展概况 解放前 钢桥建设发展极为缓慢
• 跨度小 • 钢材进口 • 结构铆接 • 跨度大一些的多为外国商人设计和监造 • 1937年浙赣铁路钱塘江大桥中国自主设计建造
4 1991 上海南浦大桥 公路 斜拉 结合梁 423 StE355 焊接 栓接
5 九江长江大桥 公铁 系杆拱 三跨连续 216 15MnVNq 焊接 栓接
6 1993 上海杨浦大桥 公路 斜拉 结合梁 602 StE355 焊接 栓接
7 1995 孙口黄河大桥 铁路 桁梁 四跨连续 108 SM490C 焊接 栓接
1.1 我国钢桥的发展概况 解放初期 钢桥技术得到发展
• 1956年 武汉长江大桥 • 1968年 南京长江大桥 • 1969年 金沙江桥、大渡河桥、雅砻江大桥
各种体系及新钢材的钢桥不断建成
• 1977年 密云水库白河桥 （连续栓焊钢桁桥） • 1982年 安康汉江桥 （斜腿钢构箱型梁桥） • 1993年 九江长江公、铁路两用桥 （15MnVN钢厚板） • 2000年 芜湖长江公、铁路桥 （钢斜拉桥）
年代 桥名 类别 桥型 结构 跨径/m 钢材 制造 安装
1 1957 武汉长江大桥 公铁 桁梁 三跨连续 128 相当Q235 铆接 铆接
2 1968 南京长江大桥 公铁 桁梁 三跨连续 160 16Mnq 铆接 铆接
3 1970 迎水河桥大桥 铁路 系杆拱 刚性梁 112 16Mnq 焊接 栓接（成昆铁路）