|
來源：鋼結(jié)構(gòu) 如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除 根據(jù)國家發(fā)展和建設(shè)需要，貫徹落實(shí)中央“供給側(cè)改革”精神，消化過剩產(chǎn)能，應(yīng)大力發(fā)展公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁。交通運(yùn)輸部發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步做好實(shí)施綠色公路建設(shè)和推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)相關(guān)工作的通知》、《關(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》和《關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見》等文件。明確了大力推動(dòng)和發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)橋梁的政策導(dǎo)向。
鋼結(jié)構(gòu)橋梁優(yōu)勢： 鋼結(jié)構(gòu)擁有輕型化、抗震性能好; 工業(yè)化和裝配化程度高、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn); 隨著大跨橋梁的大規(guī)模應(yīng)用，大量采用鋼結(jié)構(gòu)是我國交通基礎(chǔ)設(shè)施未來發(fā)展的必然趨勢.
鋼結(jié)構(gòu)橋梁劣勢： 鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)偏高; 耐腐蝕性能不足等； 橋梁造價(jià)應(yīng)綜合考慮建設(shè)成本、安全耐久、管理養(yǎng)護(hù)等各種因素，鋼結(jié)構(gòu)橋梁自重較輕，節(jié)約了下部結(jié)構(gòu)造價(jià)，同時(shí)施工速度較快，工期較短。 鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性能不足的問題可采取涂裝長效高性能防腐涂料、采用耐候鋼等方法解決。
全鋼結(jié)構(gòu)含鋼箱梁、鋼桁梁。 鋼混組合梁結(jié)構(gòu)含：鋼板組合梁橋、鋼箱組合梁橋、波形鋼腹板橋梁。 >>>鋼桁梁橋案例 貴陽高速公路：鴨池河大橋---主跨800m鋼桁梁斜拉橋 (72+72+76+800+76+72+72)=1240m雙塔雙索面半漂浮體系的混合梁斜拉橋，邊跨為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，中跨為鋼桁梁結(jié)構(gòu)，邊中跨比為0.275。鋼桁梁結(jié)構(gòu)采用“N”型桁架，橫向兩片主桁，中心間距為27.0m，桁高7.0m，節(jié)間長度為8.0m。
湖北宜昌至張家界高速公路：白洋長江公路大橋---主跨1000m鋼桁梁懸索橋 主橋采用單跨1000m雙塔鋼桁梁懸索橋。 主桁架采用華倫式，中心距36m，桁高7.5m，小節(jié)間長度7.5m，兩節(jié)間設(shè)一吊點(diǎn)，4節(jié)間作為一節(jié)段整體吊裝，標(biāo)準(zhǔn)吊裝節(jié)段長度30m，端吊裝節(jié)段14.2m，跨中吊裝節(jié)段10.58m。
>>>鋼混組合梁橋
材料優(yōu)勢：充分利用鋼材和混凝土的材料優(yōu)勢，混凝土提高了鋼梁的穩(wěn)定性。 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢：減小結(jié)構(gòu)高度、提高結(jié)構(gòu)剛度、減小結(jié)構(gòu)在活荷載下的撓度。 施工便捷：工廠化生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝質(zhì)量高、施工費(fèi)用低、施工速度快。 環(huán)保節(jié)能：大幅減少水泥用量，減小對環(huán)境污染。 缺點(diǎn)：存在抗扭剛度較弱、適用跨度不大的缺點(diǎn)。 1、鋼板組合梁橋 云南某高速公路項(xiàng)目全長107Km，所在區(qū)域位于高烈度地震區(qū)，基本地震動(dòng)峰值加速度.3~0.4g,多座橋梁采用30m~50m鋼混組合梁通用圖設(shè)計(jì)。
?結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)選擇 ?組合小箱梁斷面存在梁高矮，鋼結(jié)構(gòu)后期養(yǎng)護(hù)不便利問題；
?工字梁組合斷面施工過程中梁的側(cè)傾及鋼腹板的穩(wěn)定問題較為突出；
?設(shè)計(jì)優(yōu)化組合箱梁和工字梁的優(yōu)勢，將工字鋼梁兩片組合為一榀一起預(yù)制吊裝，形成工字梁組合斷面。
?架設(shè)方案 施工：采用橋面吊機(jī)將兩片鋼梁和橋面板組成一榀后，整體預(yù)制吊裝架設(shè)。
?負(fù)彎矩區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)
?抗拔不抗剪連接新技術(shù) 對于負(fù)彎矩區(qū)段，應(yīng)用清華大學(xué)聶建國院士的創(chuàng)新技術(shù)---抗拔不抗剪連接新技術(shù)，有效解決負(fù)彎矩區(qū)開裂的難題。
2、波形鋼腹板組合梁橋 目前，湖北境內(nèi)公司已完成波形鋼腹板組合梁橋共計(jì)6座，主跨跨徑范圍為70m~110m，在甘肅、廣東珠海分別完成各一座，主跨跨徑分別為100m和160m，組合箱梁均為變截面，懸臂澆筑施工。 ?波形鋼腹板組合梁橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 1、根據(jù)抗剪強(qiáng)度與剪切屈曲穩(wěn)定性合理選擇波形鋼腹板的厚度與形狀。 波形鋼腹板在縱向由于折皺效應(yīng)，其縱向抗拉壓剛度小，故設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為波形鋼腹板不承受軸向力：即近似認(rèn)為抗彎慣矩計(jì)算可僅考慮混凝土頂、底板，而剪力則完全由鋼腹板承擔(dān)，且剪應(yīng)力在腹板上作均勻分布。 2、折形腹板間的連接 臨時(shí)栓接+焊接形式
3、波形鋼腹板與混凝土頂板的連接：波形鋼板與混凝土頂板的連接采用埋入式連接，即在波形鋼板的頂端焊接鋼板，鋼板上焊接穿孔板，使之與混凝土板結(jié)合在一起。 4、波形鋼腹板與混凝土底板的連接：目前我院設(shè)計(jì)采用了兩種方式：一是常規(guī)的埋入式；另一種為托底式連接。
波形鋼腹板與混凝土底板的連接-埋入式
波形鋼腹板與混凝土頂板的連接
波形鋼腹板與混凝土底板連接-托底式 u對部版預(yù)制T梁和小箱梁指標(biāo)統(tǒng)計(jì)：
云南、陜西等高速組合梁指標(biāo)統(tǒng)計(jì)：
一組高速鋼板組合梁與T梁、小箱梁上部結(jié)構(gòu)重量比較表：
通過以上表對比可看出：30m跨組合梁總重相比T梁減輕36%，40m跨組合梁總重相比T梁減輕41%，50m跨組合梁總重相比T梁減輕43%。 同時(shí)高速抗震結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析對比：
由上表可知，相比混凝土T梁，上構(gòu)采用組合梁,E1、E2地震作用下橋墩內(nèi)力大幅降低，降低比例為11.5%~26.8%。因此,在高烈度地區(qū)，上部結(jié)構(gòu)采用組合梁形式更具優(yōu)勢。 u高烈度地震區(qū)高速鋼混組合梁經(jīng)濟(jì)性： 從經(jīng)濟(jì)性上看，對于地震動(dòng)峰值加速度0.4g的情況，由于上部組合梁支承反力的減小，地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力大幅減少，總體上組合梁造價(jià)低約8.2%左右，具有優(yōu)勢。
u一般地區(qū)陜西高速鋼混組合梁經(jīng)濟(jì)性： 綜合上、下部結(jié)構(gòu)后，總體上40m、50m鋼混組合梁較預(yù)制T梁造價(jià)分別增加了13.1%、18.9%。 u70~160m波形鋼腹板經(jīng)濟(jì)性分析：
u與常規(guī)混凝土梁相比，波形鋼腹板混凝土用量減少10%~25%，預(yù)應(yīng)力用量減少15%左右，鋼材用量增加40%左右，同時(shí)下部結(jié)構(gòu)總量可減少20%左右; u在75~130m跨徑范圍內(nèi)，波形鋼腹板與連續(xù)剛構(gòu)經(jīng)濟(jì)性相當(dāng); u在130~160m范圍內(nèi)，波形鋼腹板造價(jià)高約13%; u另外考慮到波形鋼腹板橋梁抗扭性能較弱，對跨徑90～160m范圍的曲線橋梁，建議仍采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。
優(yōu)先選用鋼結(jié)橋梁的工程： ?鋼結(jié)構(gòu)橋梁自重輕，尤其在特大跨徑橋梁、高地震烈度區(qū)橋梁中優(yōu)勢明顯、應(yīng)該優(yōu)先選用 ?彎坡斜等特殊形狀的橋梁，受力條件復(fù)雜、適宜鋼材各向同性的優(yōu)勢發(fā)揮，應(yīng)優(yōu)先采用
u加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)：
鋼結(jié)構(gòu)橋梁斷面尺寸小，構(gòu)造設(shè)計(jì)對橋梁結(jié)構(gòu)的安全和耐久性影響顯著。應(yīng)針對鋼結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)造特點(diǎn)，重點(diǎn)做好細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。
1. 基本構(gòu)造
1)鋼箱梁由頂板、底板、腹板、中隔板（含橫肋）、支點(diǎn)隔板、及其相應(yīng)的加勁肋組成，對于平曲線半徑大的橋梁，頂板一般采用U型加勁肋，底板采用開口T肋或板肋，一般對于半徑小的橋梁、因U肋加工難度較大，故一般頂?shù)装宀捎瞄_口加勁肋，鋼箱梁梁高取跨徑的1/20～1/30，簡支梁一般取大值。 2)頂板的作用是直接承受荷載（第二體系和第三體系），作為鋼箱梁的上翼緣共同抵抗外力（縱向），作為支點(diǎn)橫梁的上翼緣共同抵抗外力（橫向），規(guī)范要求頂板厚大于14mm，結(jié)合參考圖紙一般取16～20mm，在連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)存在局部加厚，根據(jù)計(jì)算確定。 3) 底板作為鋼箱梁的下翼緣共同抵抗外力（縱向），作為支點(diǎn)橫梁的下翼緣共同抵抗外力（橫向），板厚大于12mm。 4) 頂板加勁肋、一般采用U肋或開口加勁肋，U肋間距約為600mm，開口肋間距約為300mm，與鋼箱梁上翼緣板共同承受外力，等效頂板厚約為8mm（也有取6mm的），作為橋面板的彈性支撐，將荷載傳遞給橫隔板，減少頂板寬厚比，增加局部穩(wěn)定的容許壓應(yīng)力，下圖列出了加勁肋開口肋與閉口肋優(yōu)缺點(diǎn)，加勁肋構(gòu)造尺寸要滿足規(guī)范5.1.5條、5.1.6條規(guī)定。
5)底板加勁肋間距不傳遞車輛荷載，間距可以比頂板加勁肋大，加勁肋構(gòu)造尺寸要滿足規(guī)范5.1.5條、5.1.6條規(guī)定。 6)腹板及其加勁肋：連接頂?shù)装迤矫嫘纬烧w斷面，主要起抗剪作用，在彎矩、剪力和集中荷載作用下，腹板受力與鋼板梁類似，需要設(shè)置橫向加勁肋和縱向加勁肋，抵抗腹板的彎剪失穩(wěn)和局部壓皺，腹板板厚一般為14mm～22mm腹板間距為3m～6m，不建議大于6m，縱向加勁肋一般采用板肋，布置方式參見《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD64-2015第5.3.3條的規(guī)定，橫向加勁肋一般采用T肋，一般在每個(gè)橫隔板之間布置一道，加勁肋構(gòu)造尺寸要滿足規(guī)范5.1.5條、5.1.6條規(guī)定。
7)中橫隔板有框架式、實(shí)腹式橫隔板及桁架式橫隔板，隔板剛度需滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD64-2015第8.5條的規(guī)定，板厚一般為10mm～20mm，對于小跨橋梁，一般多采用實(shí)腹式橫隔板，間距為2～3.5m，梁高小于2m的間距可以采用2m，梁高大于2m，間距可以采用2～3.5m，根據(jù)《現(xiàn)代鋼橋》（上冊）吳沖著）參考書籍得知橫隔板定義開口率
8)支點(diǎn)隔板主要是橫向傳遞荷載給支座，支點(diǎn)隔板須連續(xù)，邊支點(diǎn)布置2～3道支點(diǎn)隔板、中支點(diǎn)布置3～4道橫隔板，板厚一般取24mm～30mm。 9)懸臂挑梁，當(dāng)橫隔板間距為3m時(shí)，在1.5m處增加一道，當(dāng)橫隔板間距為2m時(shí)，懸臂挑梁間距同隔板間距，有些設(shè)計(jì)院的將懸臂挑梁之間采用裝飾板密封，不過大部分橋，都是外露出來。
10)支撐加勁肋需要滿足15規(guī)范5.3.4條規(guī)定。 2.傳力途徑
受力體系劃分： 第一體系：結(jié)構(gòu)整體體系，傳力途徑為4和5，與該變形對應(yīng)的應(yīng)力稱之為第一體系應(yīng)力。 第二體系：對應(yīng)的傳力途徑為2和3，與該變形對應(yīng)的應(yīng)力稱之為第二體系應(yīng)力。 第三體系：對應(yīng)傳力途徑1，即支撐在兩鄰頂板縱肋之間的橋面板的橫向變形，與該變形對應(yīng)的應(yīng)力稱之為第三體系應(yīng)力。 傳力路徑1：即第三體系，由于薄膜應(yīng)力效應(yīng)，本體系應(yīng)力一般不考慮。 傳力路徑2：屬于第二體系，忽略橫隔板對縱肋的轉(zhuǎn)角約束影響，按簡支梁和多跨連續(xù)梁包絡(luò)計(jì)算，局部加載沖擊系數(shù)取1.4，本體系應(yīng)力不應(yīng)超過60Mpa。 傳力路徑3：屬于第二體系，按橫肋模型和橫隔板模型分別計(jì)算，局部加載沖擊系數(shù)取1.4，本傳力途徑應(yīng)力計(jì)算一般較小，可忽略。 傳力路徑4：主梁縱向受力體系，為第一體系，頂?shù)装逵行挾雀鶕?jù)15鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范5.1.8條計(jì)算，沖擊系數(shù)根據(jù)自振頻率計(jì)算，頂板本體系頂板應(yīng)力需要考慮2號途徑應(yīng)力б，將兩者進(jìn)行組合相加（偏安全考慮），如頂板第一體系應(yīng)力為87Mpa，第二體系應(yīng)力為49MPa，兩者疊加為1.1×（87+49×1.8）=175MPa（偏保守考慮），底板應(yīng)力為100Mpa，綜合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)組合應(yīng)力一般不超過240MPa（規(guī)范要求對于16mm以下的鋼板是275Mpa，16mm～40mm是270Mpa），對于小曲線半徑橋梁需要考慮扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力與彎曲應(yīng)力的組合。 傳力路徑5：主梁橫向受力體系，為第一體系，頂?shù)装逵行挾雀鶕?jù)15鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范5.1.8條計(jì)算，應(yīng)進(jìn)行橫隔梁的驗(yàn)算及支座頂加勁板局部計(jì)算。 3.鋼箱梁部分細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 1)U肋的選取，目前中國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范對U肋的選取沒有相關(guān)參數(shù)，可以參考的是《橋梁鋼結(jié)構(gòu)用U形肋冷彎型鋼》（中華人民共和國黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 4624-2017）的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， U肋為現(xiàn)場板單元加工構(gòu)件，也可以自行設(shè)計(jì)。
過焊孔參考?xì)W標(biāo)，其與美國標(biāo)準(zhǔn)和日本標(biāo)準(zhǔn)有點(diǎn)區(qū)別，這里不再闡述。
圖5. U形肋過焊孔示意圖 2)連接方式 鋼箱梁目前主要是焊接與栓接兩種工藝，目前而言，焊接相對多些，但是焊接質(zhì)量控制是個(gè)問題，焊接參考《焊縫符號表示法》GB/T 324-2008要求，同時(shí)滿足15版橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第6章 連接的構(gòu)造與計(jì)算章節(jié)要求，栓接一般在U肋分段處采用，防止橋面疲勞破壞，需要計(jì)算螺栓個(gè)數(shù)，一般采用等強(qiáng)度理論計(jì)算，可參考86版鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)規(guī)范。 3)檢修人孔的布置 為保證后期維修方便，確保鋼箱梁每個(gè)位置都能達(dá)到，一般需要設(shè)置檢修人孔，檢修人孔設(shè)置在受力較小處，底板人孔盡量設(shè)置在梁端，腹板人孔盡量設(shè)置在跨中。 4)橋面鋪裝規(guī)范要求不宜超過8cm，考慮橋面板的耐久性，目前普遍的做法是采用混凝土現(xiàn)澆層+瀝青鋪裝，現(xiàn)澆層與鋼箱梁頂板通過剪力釘連接。 5)疲勞細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 疲勞細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，比較復(fù)雜，參考15規(guī)范附錄C表C.0.2～表C.0.4選取參數(shù)，結(jié)合不同部位焊接方式的及規(guī)范5.5條（P28～P32頁及P117～P118頁）進(jìn)行計(jì)算。 6)鋼箱梁的節(jié)段劃分 一般節(jié)段劃分不大于13m，寬度不大于一個(gè)車道寬度3.75m，且節(jié)段線要避開受力最大位置，橫向分塊盡量避開車輪輪跡線。 5.橋梁涂裝設(shè)計(jì) 橋梁涂裝設(shè)計(jì)參考《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》的要求。
 |
|
|
