石家庄铁道学院毕业设计
（6） 铁路桥梁设计规范
设计规范不仅要以理论研究为基础，而且要依据实际应用成果和经验修订。一个时期的钢桥设计规范既反映了前一个时期的钢桥发展水平，同时也对其后的钢桥设计、制造与安装起到指导作用。从1971年到1974年、1979年到1983年以及1985年到1996年这三个阶段我国铁路桥梁设计规范不断得到修改和实行，使得规范更科学合理。
1.3 钢板梁桥的介绍
钢梁桥是一种非常普遍的桥梁形式，是指由钢板或型钢等通过焊接、螺栓或铆钉等连接而成的工字形或者箱形截面的实腹式钢梁作为主要承重结构的桥梁。箱形截面钢板梁桥习惯上简称为纲箱梁桥，工字形截面钢板梁桥习惯上简称为钢板梁桥。钢板梁桥是中小跨径桥梁中最常用的钢桥形式，同时也是构成其他形式钢桥构件的一部分。钢板梁桥的构造原理和设计方法是钢桥的最基本部分，也是其他形式钢桥设计的基础，可以说钢板梁桥是钢桥形式中最重要的组成部分。
1.4钢板梁桥的特点
钢板梁桥是一种很早就被采用的桥梁形式。由于他比桁架等别的形式具有外形简单的特点，所以，他所需要的制造和架设费用都较低。譬如，在作施工设计是，由于上述特点，就可以采用自动或半自动焊接工艺。再有，就是油漆、检查等都比较简单方便，所以管理及维修费用也少。特别是箱梁结构，这些优点就更加突出。
板梁桥用作坡道桥时，可采用结合梁桥或钢板面板梁桥的形式。这些桥梁结构中，由于令桥面板参与主梁的作用而使之具有主梁上翼缘的功能，所以，这种梁桥在力学方面来讲是有利的。再者，钢桥面板梁桥和箱型梁桥，由于其翼缘板宽而薄，可以在一定板厚的条件下变化板宽而随意改变翼缘的截面积，这样，就容易使设计更加合理。当然，为了防止上翼缘板本身丧失局部稳定，需要设置适当的加劲肋。
由于板梁桥是一种需同时承受弯曲和剪切的结构，所以从力学性能上来讲，板梁结构的力学效率比其他结构如悬索桥、拱桥、桁架桥等是稍差的。因此，尽量减小腹板厚度来减少适当的用钢量的做法已经成为一种世界性的倾向。当然，为了不使腹板承载力因此而急剧下降，需设置适当的纵横加劲肋。此外，由于采用极限设计法，利用了腹板弹性屈曲后相当大的承载力，这样，将板梁桥设计得更为经济的可能性就更加明显了。再有，可按照应力种类及其分布情况，在沿桥跨度方向的不同位置，采用不同的钢种；或者是翼缘和腹板采用不同的钢材，这样也可以使设计更加经济与合理。
石家庄铁道学院毕业设计
当翼缘和腹板采用不同钢材时，一般都是翼缘钢材较腹板钢材的强度为大，这种梁称为异材梁（Hybrid girder）.还有，可以改变粱高，使梁截面所具有的抵抗弯矩和抵抗剪力与弯矩和剪力沿梁长的变化相适应。这种变截面梁桥可以跨越较大的跨度。
1.5钢板梁桥的历史
板梁桥的历史是很悠久的。近代板梁桥时代是以第二次世界大战后，1948年在西德的科隆将一架旧桥重建成三跨连续板梁桥而开始的。这座桥跨度132.13m+184.45m+120.73m。他利用了当时在战时被炸毁的旧悬索桥的桥墩，用同样长度的跨度跨越，为此成为一个轰动当时桥梁界的壮举。这座桥的实质，在出现了广泛用于飞机结构上的薄壁闭合截面结构形式的所谓箱梁桥的新桥梁形式时，才被清楚的认识到。也就是说，梁的截面是由两块很宽的上下翼缘板及两块腹板构成的箱型截面，而在上翼缘上铺设沥青兼做桥面板用。中间跨的跨中截面粱高为跨长的1/56，十分纤细，而在中间墩上方粱高却增至8m，因此，截面变化是十分明显的。采用了这种新形式后，每平方米用钢量为630kg，约为旧桥的2/3，可以说做到了轻型化。这用战前设计梁桥的理论是不可能做到的。在此之后，1956年西德的技术人员在贝尔格莱德架设了跨度为75m+261m+75m的Save桥。这座桥是在两个板梁上方设置钢桥面板而成的，它参与了主梁工作从而组成一个形的截面构造形式，这种形式就称为双主梁桥，双主梁桥的特点是（1）板梁在荷载作用下，腹板的应力状态是按三角形分布的，这样，在设计时对容许应力而言往往有相当大的敷余量。因此，仅具有最低限度的两个腹板的双主梁桥在用钢量上，较之具有多腹板的多主梁桥就有相当大的节省。（2）双主梁桥的翼缘板宽度小而厚，所以，容易根据弯矩分布来改变翼缘的截面积。（3）翼缘板不用设置加劲肋，而腹板加劲肋的总数也较少，所以总用钢量也较省。（4）双主梁的构件数，组成构件的零件数，构件种类，焊接长度，螺栓个数等都较少，构件形状也较简单，所以优点是制造及架设费用都较低，由此可见，在板梁桥中，双主梁是实现长大、轻型以及经济化的最有前途的桥梁形式。
1.6钢板梁桥的结构形式与组成
1.6.1钢板梁桥的结构形式
钢板梁桥的主梁，通常采用工字钢、H形钢、焊接工形梁等结构形式，主梁与主梁之间采用横梁和纵梁相连形成整体受力结构。主要受力结构的主梁和横梁在平面上形成格子形状的梁格，因此钢板梁桥也被称为格子梁桥。
石家庄铁道学院毕业设计
工字钢和H形钢是由工厂轧制而成，通常为等截面形式，与焊接钢梁相比，具有结构简单、造价低的特点。但是，采用工字钢和H形钢作为钢板梁桥的主梁，截面尺寸往往会受到工厂的轧制能力的限制，跨越能力较小，通常在20m以下，这种由工字钢或H形钢作为主梁的钢梁桥统称为“beam bridge”，为了提高工字钢和H形钢的跨越能力，可在上下翼缘板上增加盖板，盖板通常采用焊接形式与型钢连接。
焊接工形钢是由上下翼板和腹板焊接而成，具有结构灵活、构造简单、受力明确、工地连接方便、单个构件重量轻等优点，使用跨径可达到60m，是中小跨径钢梁桥最为经济和采用最多的结构形式。但是，焊接工形梁的抗扭刚度和横向抗弯刚度较小，在运输和安装过程中或者桥梁的宽跨比较小时，必须充分注意横向失稳问题。焊接工形梁桥称为“I-girder bridge”。
钢板梁桥根据支承条件和受力特点可以分为：简支钢板梁桥、连续钢板梁桥和悬臂钢板梁桥。简支钢板梁桥是最为简单的结构形式，经济跨径一般在40m以下，当跨径较大时，采用连续钢板梁桥的结构形式，它的经济跨径可以达到60m，与简支梁桥相比，连续钢板梁桥有伸缩缝少、噪音小、行车平稳、挠度小、截面经济等优点，又逐渐取代简支梁的趋势，但是，连续梁对地基和支座的不均匀沉降较为敏感，软土地基的连续梁桥附加弯矩较大。悬臂钢板梁桥是静定结构，弯矩却与连续梁桥比较接近，截面比简支梁经济，对地基不均匀沉降不会产生附加弯矩，但是它的伸缩缝多、悬臂的挠度大、有折角现象，对于行车不利，而且牛腿结构复杂，容易引起疲劳破坏等，目前已经很少被采用，只用于不适合修建其他桥型的特殊情况。
按桥面板形式还可以分为钢筋混凝土桥面板钢板梁桥和钢板面板梁桥。其中根据桥面板与主梁的受力情况又分为结合梁桥和非结合梁桥。结合梁桥的桥面板参与主梁共同工作，钢板梁与桥面板结合后由组合截面承受外荷载，非结合梁桥的桥面板不参与主梁共同受力，外荷载由钢板梁单独承担。对于钢筋混凝土桥面板结合梁桥，桥面板与钢板梁间用剪力连接构件连接。
钢桥面由顶板和焊接于顶板上的纵向及横向加劲肋组成，它具有自重轻、极限承载力大、钢桥面建筑高度小等特点，是大跨度钢桥和建筑高度受到限制时最常用的结构形式。
桥梁按平面形状又分为直桥、斜桥和曲线桥等。直桥的桥轴线为直线，并且与支承边垂直；斜桥的桥轴线为直线但是不与支承边垂直，支承边垂线与桥轴线的夹角称为斜交角；当桥轴线为曲线时称为曲线桥。
1.6.2钢板梁桥的组成
石家庄铁道学院毕业设计
钢板梁上部结构主要由主梁、横向联接系、纵向联接系和桥面系组成。主梁起到整个桥梁的承重作用，把由横向联接系和纵向联接系和桥面系传来的荷载传递到支座。横向联接系有实腹式梁和空腹式桁架形式，前者称为横梁，后者称为横联。横向联接系的作用是为了把各个主梁连接成整体，起到荷载横向分布、防止主梁倾侧失稳的作用。纵向联接系通常采用桁架式结构，其作用主要是加强桥梁的整体稳定性、与横梁共同承担横向力和扭矩的作用。桥面系主要是为了提供桥梁的行车部分，把桥面荷载传递到主梁和横梁。
铁路钢板梁桥的桥宽较窄，多数采用双主梁的结构形式。在两片主梁之间设置横向联接系结构，使它成为一个稳定的空间结构。根据桥面结构的位置不同，铁路钢板梁桥可以分为上承式钢板梁桥和下承式钢板梁桥两种。上承式钢板梁桥桥面设置在主梁顶上；下承式钢板梁桥桥面则是布置在两片主梁之间，列车在两片主梁之间通过。对于明桥面，桥枕直接放在主梁上，主梁中心距就是桥枕跨度，若其跨度太小，则钢轨几乎为与主梁上方，很难利用桥枕受载时发生的弹性挠曲来减轻列车的冲击作用；若桥枕跨度太大，则将使所需的桥枕截面过大，也不合适。桥枕的合理跨度大致1.8~2.5m。
石家庄铁道学院毕业设计
第2章主梁设计与内力计算
2.1设计简介
桥梁类型：单线铁路上承式简钢板梁桥。设计依据：《铁路桥梁钢结构设计基本规范（TB 10002D2—2005），《铁路桥涵设计基本规范》。桥梁跨度：20m。主梁数目：2。从强度角度考虑选用钢材材料为：Q345钢（16Mnq）。荷载考虑恒载、车辆荷载、横向风载及冲击荷载。冲击荷载即列车竖向活载，等于列车竖向静活载乘以动力系数（1+?）。主梁中心距：决定主梁中心距考虑以下几个方面：
1.桥枕的合理跨度。桥枕直接放在主梁上，主梁中心距就是桥枕跨度，桥枕的合理跨度一般在1.8~2.5m之间。
2.为避免桥跨结构在水平力作用下发生横向倾覆，因此主梁中心距不能太小。 3.为使桥跨结构具有必要的横向刚度，《桥规》要求主梁中心距不得小于计算跨度的1/15,且不小于2.2m。根据这几点此处上承式板梁桥的主梁中心距采用2.4m。 桥枕尺寸：20cm?24cm?300cm。 桥面宽度：5m。
桥面布置双侧人行道木步板。
2.2主梁截面尺寸选择原则及相关公式：
根据主要拟定原则，腹板高度大约比梁高小8~12cm，腹板厚度?f一般可选用10~12mm，对跨度等于或大于16m的焊接板梁，腹板厚度不宜小于12mm，以减小焊接所引起的对腹板的削弱。
2.2.1主梁经济高度：
h?aM(2-1) ??w???f式中，a——系数，取2.5~2.7
?w——弯曲容许应力(Mpa)
M——设计弯矩值（KN ? m）
?f——腹板厚度（mm）
2.2.2主梁最小高度：