钢桥作业3.doc

《钢与组合结构桥梁》课程作业3
吴琰 1151505
一、简述混凝土桥面的结构、配筋与受力特点，板厚如何确定，桥面横向坡度如何调整？
1. 结构
钢筋混凝土桥面板一般做成两端悬臂的连续板，支承于钢梁腹板处的顶板或桥面系梁格上。桥面板在腹板处的顶板或桥面系梁格上。桥面板在腹板处的顶板或桥面系梁格上设置倒梯形梗肋，梗肋之间一般做成等截面，悬臂部分做成变截面的形式。
构造要求：
(1) 为了减少桥面板截面变化处的应力集中，梗肋的坡度宜大于1:3；
(2) 梗肋的总高度满足桥面标高的需要；
(3) 梗肋的最小高度应满足相关要求。
2. 配筋
钢桥钢筋混凝土桥面板的配筋由主要受力方向的主筋、与主筋垂直或斜交的分布筋、梗肋加强筋和梁端桥面板加强筋等组成。
相关规范：
(1) 我国(GB50917)
负弯矩区钢筋混凝土桥面板受拉钢筋截面配筋率不小于1.5%
板下层钢筋截面积不宜小于截面总钢筋截面积的50%
沿梁单位长度桥面板内横向钢筋横截面面积≥ 0.5hc1ftd /fsd；hc1是组合桥梁翼缘的混凝土桥面板厚度(mm)
(2) 日本《道路桥示方书》
日本《道路桥示方书》对钢桥的钢筋混凝土桥面板配筋作了如下详细规定，可作为参考。
应该采用螺纹钢筋，钢筋直径原则上采用13，16或19mm；
钢筋保护层厚3cm以上；
钢筋中心间距10cm以上30cm以下，并且受拉主筋间距不得超过桥面板的总厚度；
截面内受压侧钢筋原则上不得少于受拉主筋的1/2；
连续板的主筋可以在距支点L/6处（L为桥面板计算跨径）弯起，跨中断面受拉主筋的80％和支点断面受拉主筋的50％以上的主筋必须连续通过不得弯起。
桥面板梗肋高度大于8cm时，需直径不小于13mm的构造钢筋，钢筋间距不得大于桥面板下缘钢筋间距的2倍；
梁端桥面板没有端横梁等支承时，从梁端到1/2桥面板跨度范围内，桥面板横桥向钢筋用量，应为同等跨径连续板或简支板所需主筋用量的2倍。
梁端悬臂部分的桥面没有端横梁或端托架等支承时，梁端悬臂板的钢筋用量，应为普通悬臂板所需钢筋用量的2倍。
3.受力特点
钢筋混凝土桥面面板是直接支承于主梁、横梁和纵梁上的板结构，根据支承条件和受理不同，可以分为单向板、双向板和悬臂板。
主梁或纵梁之间的桥面板部分，通常由主梁（或纵梁）和横梁4边支承，桥面板应该按双向受力的板，即按双向板计算，在两个支承边方向配置钢筋。然而，实际上当两个支承边的跨径之比相差较大时，荷载主要由短边承受。计算表明，双向板的长短边之比大于2时，荷载值的绝大部分将沿短跨方向传递，沿长边方向传递的荷载将不足6%。而且，两个方向的跨径比越大，沿长边方向传递的荷载将越小。长短边跨径之比大于2时，4边支承的桥面板通常也近似地按单向板计算。
主梁外侧或梁端的钢筋混凝土桥面板悬臂部分，荷载作用下班的上缘受拉下缘受压，桥面板可以近似按悬臂板设计计算。
4.横坡调整方法
(1) 调整墩台顶面标高：该方法结构简单，比较适合于桥面横坡不变的情况，但采用这种方法时，主梁腹板与横梁的连接会出现倾斜或各主梁的横梁设置位置高度不同，会给钢结构的
制作和安装带来一定的困难。
(2) 钢梁腹板采用不同的截面高度：该方法钢结构构造复杂，制作和安装都有较大的困难，一般较少采用。
(3) 采用变厚度桥面板或设置三角垫层：该方法钢桥的自重增加较多，一般也很少采用。
(4) 根据桥面标高需要桥面板设置不同高度的倒梯形梗肋：该方法构造简单，桥面板可以做成等厚度结构，自重增加较小，同时可以适应翼缘板顶面不平整和桥面横坡或超高的变化，
该方法还可以增加桥面板支承处的截面高度和满足梁端桥面板变厚度的需要，是钢筋混凝土桥面板中采用最多的结构形式。

二、简述钢桥面的结构与受力特点？
1. 结构
钢桥面由顶板和焊接于顶板上的纵向及横向加劲肋组成，作为主梁的一部分参与主梁的共同受力。
对于箱型截面，箱内往往用横隔板将箱梁封闭。
公路钢桥采用的钢桥面板，一般纵肋布置较密，横肋布置较疏。
横肋一般采用倒T形截面。
纵肋有开口截面加劲肋和闭口截面加劲肋两种结构形式。
2. 受力
钢桥面板作为主梁上翼板的一部分参与主梁共同工作的同时，还要直接承受车轮荷载的作用，受力比较复杂。
钢桥面板的力学特性可分为三个结构系：
(1) 在结构系I中的钢桥面板，通过顶板与腹板的焊接使桥面板成为主梁的一部分而共同工作。如果把参与主梁共同工作的有效宽范围内的加劲板看作主梁截面中的一部分，钢桥面板的内力计算与一般梁桥结构的内力计算相同。因而，结构系I中要解决的仅仅是钢桥面板有效宽度如何确定的问题。
(2) 对于结构系II，钢桥面板可以看成为支承于主梁和横梁上的桥面系结构，它把桥面板自重和桥面板上的外力传递到主梁和横梁。结构系II的计算转化为桥面系结构的计算。
(3) 结构系III指的就是直接承受轮重并将轮重传递到加劲肋上的顶板。当顶板上的轮重逐渐加大时，顶板的弯曲应力便逐步地进入薄膜应力状态，平板的承载力变得比用一次弯曲理论求出的计算值大得多，这个问题已被实验所证实。所以，在设计钢桥面板时，结构系III的应力可以忽略不计。

三、简述钢桥面常见的疲劳破坏特点？
钢桥面结构复杂，有大量纵肋、横肋，焊缝连接多，刚度突变和应力集中处较多，疲劳问题显著。正交异性钢桥面板的典型疲劳裂缝有：
F A:顶板的裂缝
F B:纵向加劲肋与横隔板焊缝的裂缝
F C:下过焊孔处横隔板的裂缝
F D:纵向加劲肋与桥面板连接焊缝的裂缝
F E:纵向加劲肋的连接焊缝的裂缝
F F:腹板加劲肋与顶板焊缝处的裂缝
F G:上过焊孔处纵向加劲肋的裂缝

四、钢桥面设计与施工应注意哪些问题？
应特别注意以下问题：
(1) 冲击荷载的影响；
(2) 桥面板温差的影响；
(3) 钢桥面板的疲劳；
(4) 钢桥面板的疲劳；
(5) 闭口加劲肋的防腐。

五、桥面板有效宽度如何计算？

六、计算题
跨径（40+60+40）m连续梁桥的断面如图所示（单位：mm），桥宽9250mm、梁高2500mm、箱梁宽4800mm，顶板和腹板板厚14mm、底板厚20mm，顶板、底板和腹板加劲肋为165×14。箱梁内每隔6000mm设一道横隔板，各横隔板之间顶板个设置2道横向加劲肋。已知钢材屈服强度fy=345MPa，钢材设计强度：板厚t≦16mm时；fd=275MPa，板厚16<t≦30mm时；fd=260MPa，E=2.0×105MPa，v=0.3，试计算考虑剪力滞影响的中间支点和中跨跨中断面翼缘有效截面。

由题意，采用日本规范中结构系I来计算。
跨中断面：
b=2.4m, l=0.6L2=0.6×60=36m
b/l=2.4/36=1/15=0.067, 0.05<b/l<0.3
cL=[1.1-2(b/l)]b=2.320m

中间支点：
b=2.4m, l=0.2(L1+L2) =0.2×(40+60)=20m
b/l=2.4/20=0.12, 0.05<b/l<0.3
cS =[1.06-3.2(b/l)+4.5(b/l)2]b=1.778m