浅谈钢桁架桥与其极限承载力的研究

2013-08-15姜雁凌

河南科技 2013年1期

姜雁凌

(沈阳硕泰工程机械有限公司，辽宁沈阳 110141)

随着我国冶钢技术和防腐技术的发展与进步，我国开始越来越多的采用钢结构桥的桥梁设计方案，钢桁架桥就是钢结构桥的一种，它以其结构稳定、架设灵活等优点成为桥梁选型的首选桥型之一。下面我们主要通过对其结构和性能以及在其极限承载力和设计要点对其进行介绍。

1.钢桁架桥

钢桁架桥就是以钢桁架形式建造的桥。桁架一般是用钢铁材质焊接成的框架式结构，由主管、副管、斜管等构件焊接而成，这种桥可以充分利用材料强度和三角形结构的优势，且布置灵活，下面我们就从这类桥的使用环境和特点出发，对其做以简要的介绍。

1.1 钢桁架桥的使用环境

钢桁架桥以其优点可在许多方面作为首选建设桥型，下面我们就从以下三个方面来介绍其使用环境。

(1)可以用在对建设高度有要求的环境中

由于钢桁架桥的结构中，主桁主要由拉杆和压杆构成，故其对杆件截面的抗弯刚度要求不高，桥的建筑高度可由其横梁控制。当桥的宽度适中时，采用钢桁架桥可极大的降低桥梁的建设高度，故可以用在对建设高度有要求的环境中。

(2)可以用在对桥梁施工周期和速度有要求的环境中

由于钢桁架桥的主要结构是钢架，所以可在工厂进行成品杆件制作，之后运到现场进行拼装焊接，这可以很大程度上缩短桥梁的建设周期，这使它比较适合工程工期较紧的桥型选择。

(3)可以用在对结构安全性较高的环境中

由于钢桁架桥的主材为钢，是延性较好的材料，且其结构安全性高于混凝土。加之钢结构防腐技术的提高，使钢桁架桥的耐久性也大为提高，成为结构安全性较高的桥型选择之一。正因为钢桁架桥梁的这几方面的优点，桁架桥梁成为特定条件下的经济而合理的桥型选择。

1.2 钢桁桥的特点

与非钢结构的桥梁相比，钢桁架桥具有与钢结构桥相同的优点，即具有桥梁跨越能力强、承载能力强、耐久性好、施工速度快的优点，常被作为很多情况下的首选桥型。但是，由于过去钢材及其成品的养护费用价格较高，钢桁架桥那时在我国公路领域使用得较少。而随着我国炼钢水平的提高进步，国产钢材的品质已经可以满足桥梁结构安全的需要，这使得钢桁架桥越来越多的出现在公路工程领域。

与其他钢结构桥梁相比，钢桁架桥与连续梁、系杆拱、矮塔斜拉桥等钢结构桥梁进行比较，它虽然建筑成本略高，但却具有刚度大、稳定性和抗震性好的优点。

2.钢桁架桥的极限承载力

2.1 极限承载力

极限承载力就是结构完全崩溃时或结构所能承受的最大载荷。极限承载力的大小与许多因素相关，如：结构的材料特性(材料的极限强度、应力应变关系等)、结构和构件的刚度及几何尺寸(结构的面积、惯矩等)、结构所处的状态(施工阶段、运营阶段等)、结构承受的载荷形式(恒定载荷、组合载荷等)等。

2.2 钢桁桥的极限承载力

研究钢桁桥的极限承载力，我们就以其结构特点结合极限承载力的影响要素来进行分析。通过现有的钢桁架桥经验分析我们不难发现，钢桁架桥的极限承载力与以下几个因素相关。

(1)边界条件

不同的边界条件直接影响着桥肋的力学性能。以钢桁拱桥为例，我们取三种不同的边界条件来研究钢桁架拱桥的极限承载力。边界条件I：两侧拱脚固接;边界条件II：两侧拱脚铰接;边界条件III：拱脚一侧铰接，另一侧滑动。不同的边界条件导致了桥梁极限承载力的不同，当采用上承式拱桥时，采用拱脚固接的边界条件可使桥梁的极限承载力较大;当采用中承式连续拱梁组合体系时，采用拱脚一侧铰接，另一侧滑动的形式可使桥梁的极限承载力较大。由此可见边界条件影响着钢桁架桥的极限承载力。

(2)结构拼装的几何缺陷

钢桁架桥在架设过程中，多采用拼装的施工方法，拼接节点较多，使其容易产生几何误差，使结构刚度发生变化，影响桥梁的承载能力和极限承载力。经研究发现相对较小的初始几何缺陷对结构承载力影响较小，可以忽略不计，所以在拼装设计桥梁的过程中要将几何缺陷控制到一定范围内，以减小对极限承载力的影响。

(3)荷载要素

在实际结构施工过程中还需要考虑均布荷载、温度荷载和横向风荷载等荷载要素对承载力的影响。

①均布荷载。无论是结构面内还是面外，非对称荷载相对于对称荷载，都会使桥梁的极限承载能力降低。

②温度荷载。温度荷载对极限承载力的作用与对结构施加一定的初应力及初始变形相类似，都是导致结构的刚度发生变化，从而对桥梁的极限承载能力产生影响。

③横向风荷载。横向风荷载易使桥梁面外的梁柱效应特别显著，进而易发生相互耦合的空间失稳，造成了结构承载能力的降低。