公路常规跨径钢混组合梁结构形式对比及分析_张潮忠.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1钢混组合梁的结构类型钢混组合梁的选择与布置受其需要跨越的障碍、跨径、桥墩的位置及施工方案的可行性所决定。对于常规跨径的钢混组合梁，按其截面形式分为工字钢混组合梁、钢箱组合梁、钢桁组合梁及波形腹板钢混组合梁。2各种钢混组合桥梁的结构特点2.1工字钢混组合梁工字钢混组合梁由若干片工字形断面钢主梁通过横向联结系连接，并通过剪力键与混凝土桥面板形成整体共同受力。工字钢混组合梁可用于双向两车道、双向4车道、双向6车道以及双向8车道等多种桥梁，常用跨径为20100 m，经济跨径为3060 m。工字钢混组合梁按照桥型结构，可分为简支、结构简支桥面连续和结构连续3种类型；按钢主梁片数，可分为少梁体系和多梁体系。钢主梁间距以35 m为宜，当钢主梁间距较大时，宜在中间设置小纵梁。工字钢混组合梁常用的架设方法有顶推法、架桥机法和吊装法。1）在跨河、跨谷以及桥墩较高的建设条件下，宜采用顶推法架设。2）与顶推法建设条件相同，如桥梁跨数较多，桥长较长，宜采用架桥机架设。架设前应对架设全过程进行结构整体验算，并对梁体上架桥机支点区域进行局部复核计算。3）顶推法或架桥机法架设条件以外的其余地形条件均可采用吊装法架设。2.2钢箱组合梁钢箱组合梁是由箱形钢主梁与混凝土桥面板，通过抗剪连接件连接形成整体共同受力的桥梁结构形式。钢箱组合梁适用于25 m跨径以上简支桥或30 m跨径以上的连续梁桥，【作者简介】张潮忠（1991），男，甘肃会宁人，工程师，从事公路钢结构桥梁工程研究。公路常规跨径钢混组合梁结构形式对比及分析Comparison and Analysis of Structural Forms of Conventional SpanSteel-Concrete Composite Beams张潮忠，张飞飞（甘肃博睿交通重型装备制造有限公司，兰州 730000）ZHANG Chao-zhong,ZHANG Fei-fei(Gansu Borui Traffic Heavy Equipment Manufacturing Co.Ltd.,Lanzhou 730000,China)【摘要】阐述钢混组合梁的结构类型及适用范围，分析各种钢混组合桥梁的结构特点，如工字钢混组合梁、钢箱组合梁、钢桁组合梁、波形腹板钢混组合梁，探析桥型选择原则，包括经济性、施工效率和施工效率。【Abstract】This paper describes the structural types and application range of steel-concrete composite beams,analyzes the structuralcharacteristics of various steel-concrete composite bridges,such as I-steel composite beam,steel box composite beam,steel truss compositebeam,corrugated web composite beam,explores the selection principle of bridge type,including economy,construction efficiency andconstruction efficiency.【关键词】钢混组合梁；常规跨径；结构特点；施工方法【Keywords】steel-concrete composite beam;conventional span;structural characteristics;construction method【中图分类号】U448.21+6【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0100-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.030100常用跨径范围为30100 m，经济跨径为60100 m。相对于开口截面的工字组合梁桥，钢箱组合梁的抗扭刚度更大，承载能力更强，更适合于曲线梁。按照钢箱梁顶面是否开口，可以分为开口钢箱梁和闭口钢箱梁两种形式。开口钢箱梁结构简洁、受力明确，是箱形组合梁桥最常用的形式，如图1所示。闭口钢箱梁一般在平面曲线半径较小、抗扭要求高等情况下使用。根据桥面宽度的不同，开口钢箱梁可采取一个或多个钢箱梁与混凝土桥面板组合成整体，如图2所示。典型截面形式有单箱单室、单箱多室、多箱单室。为减小上部结松自重，以达到增加跨径、减小下部结构工程量和提高截面抗扭刚度的目的2，当桥面宽度较小时，可采用单箱单室；当桥面宽度较大时，则可考虑采用单箱多室、多箱单室截面。多箱单室截面能减小桥面板的厚度，但与单箱单室相比，腹板的用钢量偏大且制作较复杂3。横隔板腹板单元横梁底板单元图 1开口钢箱梁顶板单元挑臂单元腹板单元横隔板单元底板单元图 2闭口钢箱梁钢箱组合梁常用的架设方法有顶推法、架桥机法和吊装法。1）在跨河、跨谷以及桥墩较高的建设条件下，宜采用顶推法架设。顶推时可单箱顶推，也可组合后整体顶推。2）与顶推法建设条件相同，如桥梁跨数较多，桥长较长，宜采用架桥机架设。架设前应对架设全过程进行结构整体验算，并对梁体上架桥机支点区域进行局部复核计算。3）顶推法或架桥机法架设条件以外的其余地形条件均可采用吊装法架设。2.3钢桁组合梁钢桁组合梁由主桁、联结系、桥面系组成，具有自重轻、刚度大、制作安装简便、运输方便的特点。钢桁组合梁具有足够的刚度，受力明确，能减少应力集中，便于施工。公路常规跨径钢桁组合梁常用跨径为70150 m。钢桁组合梁可采用变高梁或等高梁，变高梁多应用于大跨径连续梁或连续刚构，等高梁多应用于150 m以内常规跨径。钢桁组合梁的构造设计应便于后期维护，对需要更换的构件应有必要的操作空间和构造措施。如图3所示。顶板单元上弦杆下弦杆腹杆下平联图 3钢桁组合梁根据桥面位置不同钢桁梁分为上承式钢桁梁和下承式钢桁梁。上承式钢桁梁的主桁间距比下承式的小，从而墩台宽度也小，相应节省用钢量，行车视野好，驾驶舒适度高。下承式钢桁梁需加宽桁架宽度，增加用钢量，视野有一定遮挡，影响行驶舒适度。当桥下净空不受限时宜采用上承式钢桁梁，桥下净空受限时宜采用下承式钢桁梁。按桥面系与桁架的结合方式，钢桁梁分为分离式和整体式。整体式采用正交异性板钢桥面，板桁结合形成全钢结构；分离式桥面系仅传递车辆等荷载，不参与主桁受力。钢桁组合梁通常采用顶推、拖拉、悬臂拼装、运输吊装等施工方法。2.4波形腹板钢混组合梁波形腹板钢混组合梁是由采用波形钢腹板的工字形钢主梁或开口箱形钢主梁，与桥面混凝土板组合而成的梁式承载结构。波形腹板钢混组合梁的设计，应保证结构具有足够的刚度，同时使内力传递顺畅，减少应力集中，便于施工。波形腹板钢混组合梁可采用变高梁或等高梁，变高梁多应用于大跨径连续梁或连续刚构，等高梁多应用于4080 m常规跨径。公路常规跨径桥梁采用波形腹板钢混组合梁，当具备钢主梁运输MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计101Construction&DesignForProject工程建设与设计和架设条件时，跨径可采用4060 m；当具备钢主梁与混凝土板一次组合、整孔运输吊装条件时，跨径可采用4080 m。波形腹板钢混组合梁的构造设计应便于后期维护，对需要更换的构件应有必要的操作空间和构造措施。波形腹板钢混组合梁按照组合截面的类型，可分为混凝土底板波形钢腹板混凝土梁，如图4所示；钢底板波形钢腹板组合梁，如图5所示。按照组合截面的构成，可以分为多主梁、单主梁。4060 m跨径推荐采用多主梁；6080 m跨径推荐采用单主梁。按照结构体系，可分为简支、先简支后桥面连续、先简支后结构连续。体内束混凝土顶板波形钢腹板混凝土底板预应力钢索图 4传统波形腹板钢混组合梁图 5开口波形腹板钢混组合梁3桥型选择原则钢结构桥梁的选择，必须根据自然和技术条件，在综合应用专业知识，了解掌握国内外钢结构领域新技术、新材料、新工艺的基础上，根据国家与行业发展导向，进行深入细致的分析对比，科学得出最优的设计方案。桥型选择需要考虑的因素很多，除结构安全以外，主要包括经济性、施工效率、耐久性和易维护性等，有必要通过方案比选得到最佳方案。3.1经济性不同的桥型具有不同的经济技术指标，且其指标随着建桥条件的变化而变化。不同的跨径布置、主梁截面形式、结构体系、基础类型和施工方法，会表现出不同的经济性。跨径布置是整个桥梁方案经济性的控制因素，常规跨径一般可用工字组合梁、箱形组合梁、钢箱梁，大跨径可用桁架组合梁、钢桁梁。3.2施工效率施工效率取决于桥址处地形和水文环境、运输条件、施工设备和施工经验。采用装配化制造的钢桥效率相对较高钢主梁部分或整跨在工厂加工制造后，运输到桥址进行现场组装采用吊装、顶推等方案进行安装。对于建设工期较紧的工程或桥下交通量密集的区域，宜采用装配化结构形式，即钢主梁运到现场组装的方式为螺栓连接，不进行现场焊接。构件尺寸设计应考虑运输方式和设备要求。3.3耐久性钢桥在运营期间容易受到环境中各种腐蚀物的侵蚀，导致其耐久性和安全性降低，影响行车安全。结构耐久性与细部构件的设计使用寿命有关，选择时需要区分不需要维修构件和需要定期维护更换的构件，对需要更换的构件要预留更换空间和必要设施；对于条件适宜的桥梁可采用耐候钢结构。4结语每一种钢混组合梁结构，根据结构不同分为多种类型，每种类型有其各自的特点和适用环境范围。合理选型对更好地适应桥梁结构所处自然环境，提高结构的安全耐久性，降低全寿命周期成本影响重大。应结合项目的实际情况，选择最适合的桥梁结构形式，充分发挥结构特性，扬长避短，取得最佳效果4。钢混组合梁的选择和布置主要受其所跨越的障碍、桥梁跨径、桥墩位置以及方案的可行性决定，在选择过程中应认真汲取国内外钢结构桥梁设计、建造、养护经验，结合项目实际，合理选择桥梁结构形式。【参考文献】1中华人民共和国交通运输部.公路钢结构桥梁设计规范：JTGD642015S.北京：人民交通出版社，2015.2中华人民共和国交通运输部.公路钢混组合桥梁设计与施工规范:JTG/TD64-012015S.北京：人民交通出版社，2015.3交通运输部公路局.公路常规跨径钢结构桥梁建造技术指南M.北京：人民交通出版社，2019.4交通运输部.关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见M.北京：人民交通出版社，2016.【收稿日期】2022-06-25102