桥梁钢结构设计要点分析.pdf

2023年4 月江西建材规划设计与勘察桥梁钢结构设计要点分析布佐热木阿布力米提湖南新盛达交通规划设计有限公司，湖南长沙410000摘要：文中以某桥梁钢结构工程为例，从钢箱叠合梁结构设计、附属构造设计等方面对桥梁钢结构设计要点进行了分析，以推动我国交通行业实施工业化改革与产业化转型，形成内涵式、集约化、高质量经济增长方式。关键词：桥梁；钢结构；设计要点中图分类号：U448.36文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 90（2 0 2 3）0 4-0 0 8 8-0 2Key Points of Bridge Steel Structure DesignBuzuoremu AbulimitiHunan Xinshengda Transportation Planning and Design Co.Ltd.,Changsha,Hunan 410000Abstract:Taking some bridge steel structure project as an example,this paper analyzes the main points of bridge steel structure design fromthe aspects of steel box superposition girder structure design and affiliated structure design,promotes the implementation of industrializationreform and industrialization transformation in the transportation industry in our country,and forms the culvert,intensive and high-qualityeconomic growth modes.Key words:Bridge;Steel structure;Design points0引言钢结构具有抗压性能强、质量轻、适用范围广等优势。从近年来的桥梁钢结构工程实践经验看，设计施工一体化实践模式，促使以项目立项一设计招投标采购一施工试运行一收尾一维保为主的建设流程形成。当前，钢结构在高架桥、立交桥中的应用增多，应结合我国现代化转型要求，突出设计环节在此类工程中的作用。1桥梁钢结构设计原则1.1统一性原则在整体性设计理念指引下，多项设计原则得以预设，例如，统一性原则。桥梁钢结构与桥墩、箱梁、桥面、栏杆等，共同组成了桥梁，在同一系统中具有“牵一要素而动系统”的特点。此时，应梳理钢结构框架的平衡关系，对各项要素受力情况进行关联分析。例如，结构内力计算涵盖了单悬臂或简支梁模式；受力单位分析，既要做好各项编号的设置，又要在不同截面放置后，对各项数据进行关联计算，计算时应包括：项目信息；个体单元结构特征；预应力钢束位置；多次审核验算，实现对其收缩徐变和载荷的确定等 。1.2稳定性原则桥梁钢结构的稳定性决定了施工安全与质量，设计人员应严格遵循稳定性原则，做好横向抗倾覆稳定设计。例如，小半径钢结构与多车道桥梁工程，容易因钢结构设计不合理导致桥体倾覆。因而，设计人员应结合桥梁的大跨度、钢梁小半径、宽桥面等特点展开分析，认识到这种情况下桥面宽度大于钢梁可能造成的活载值不合理现象，注意活载不佳时，横梁内侧支座不受力和外侧支座受力增大的情况，合理应对横梁偏心受力情作者简介：布佐热木阿布力米提（1993-），女，新疆阿图什人，本科，助理工程师，主要研究方向为桥梁设计。况，确保桥体受力的均衡。从设计经验看，必要时可采取配套措施，提升多车道桥梁稳定性 2 1.3完整性原则桥梁钢结构连接以焊接为主，螺栓连接为辅。其中，焊接结构设计时，要求按完整性原则进行设计，确保桥体的统一性与稳定性。例如，钢结构焊接设计时，焊接接头形式存在差异，接头部位应力会对材料受力产生不同影响，很难完全消除应力。因而，为了预防焊接接头变形问题，要对焊接结构中的接头形式进行完整性设计。以往的设计经验表明，一方面，应根据具体项目合理选择焊接连接形式，并在确定疲劳等的情况下，采取配套的焊接检测措施；另一方面，应在设计施工一体化实践模式下，对施焊时的焊缝质量进行有效控制 3 。2桥梁钢结构设计要点2.1项目概况本文以某桥梁钢结构工程为例，该工程属于高速公路与跨高速次干道路线交又段项目，采用钢结构设计方案，以15m正交简支钢箱叠合梁为准。其中，高速公路运营桩号为K1692+700，交叉中心桩号为K0+461.055，全长为6 0.56 m，双向四车道，路基宽度为2 4.5m，交叉角度为8 5.53 6，最大桥高为11.1m，0 桥台与1桥台间伸缩缝为50 型。从总体设计看，全桥桩基础设计时，均采用嵌岩桩，其中应用柱式桥台的部分，桩基础选用1.8 m直径桩基。应用重力式桥台的部分，承台接群桩基础选择直径为1.5m的桩基。该项目设计要点主要集中在钢箱叠合梁结构设计与附属构造设计方面。2.2钢箱叠合梁结构设计要点2.2.1总体布置与构造该项目钢箱叠合梁为钢一混组合梁，由预制厂商预制主箱纵向构件，并通过高强螺栓完成各箱室连接。设计文件要求，以桥梁设计线的长度为准，设计孔径与分段长度，并在设计线位89：江西建材2023年4 月规划设计与勘察置按照纵向尺寸设置纵桥向长度，横桥向长度以设计线垂直的横向尺寸为准。确定平纵要素后，要求根据横向坡度完成具体的下料与钢构件加工。构造设计方面，钢箱叠合梁横向以4 片/幅，采用横隔板进行连接。相关参数如下：（1）钢箱叠合梁高度为2.5m，包括铺装的10 cm厚沥青混凝土；（2）钢结构梁高度为2.15m；（3）边梁悬臂长度为0.8 5m；（4）混凝土桥面板高度为0.15m，预制厂商根据设计要求进行整体预制生产。钢箱叠合梁顶板、腹板、底板设计如下：（1）选择8 mm厚钢板，通过钢纤混凝土浇筑设计，使其与钢纤混凝土、剪力钉、开孔板（PBL材料，高度与厚度分别为10 0 mm、8 m m）共同构成组合板。（2）腹板选用厚12 mm的钢板，设置横隔板时，3 m/道，将其设置于每片钢箱叠合梁箱之内，其中，支承位置以2 m/道进行具体布置。（3）长度为19m的主跨跨中部分选用厚度为2 4 mm的钢板作为梁底板，其余长度范围内应用的底板厚度为2 0 mm。其中，在支承位置设置横隔板时，配套设置有2 道竖向加劲肋，厚度为2 0 mm。纵向加戏肋设置在底板、腹板、顶板纵向方向。考虑到该项目设计要求较高，设计人员在选择钢箱主体材料时，经过对比分析，确定选用13 4 5C钢板与配套焊材。（1）箱梁顶板浇筑方面，使用的钢纤维混凝土强度为C40，铺装时要求应用沥青混凝土。4 片钢箱叠合梁连接时，每2 片之间采用横向连接方式。其中，横联顶板、腹板、底板均以钢板为准，设计厚度分别为2 0 mm、12 m m、16 m m。（2）悬臂挑梁的顶板、腹板、底板选择同类钢板，设计厚度同上。（3）连接设计方面，钢箱叠合梁的横隔板和横梁间距相对应。在桥跨位置设置加强横隔板，要求其与底板齐平，具体位置包括主跨1/4 L位置、跨中位置、支点位置。（4）施工图设计方面，要求在装配现场采用焊接连接完成顶板横向连接，选择V130高强螺栓完成底板、横向块件、腹板连接。2.2.2防腐涂装除顶板外，该项目的钢箱梁叠合梁外表面与内表面，均要求进行防腐涂装设计并对高强螺栓摩擦面进行涂层设计。其中，外表面涂层设计包括桥面车道铺装、梁体外表面两大部分，内表面涂层设计涉及箱内所有部分的焊前涂装，高强螺栓摩擦面涂装以选用的螺栓为准。具体设计时，设计人员根据TB/T1527一2 0 0 4 铁路钢桥保护涂装中的标准要求，对比了C2、C3、C 4、C 5-I、C 5-M防腐条件下的涂层厚度、防腐年限及防腐涂料类型。确定使用高防腐方案，选用无机富锌防锈防滑涂料，涂层厚度以涂料干膜为准进行设定，具体数据为12 0 mm，防腐年限在15年以上。按设计施工一体化实践要求，设计人员设置了配套涂层体系工艺流程：处理底材配制涂料一静置熟化喷涂、刷涂第一道涂装一下一道涂装环评分析一修补涂膜。2.2.3预拱度现桥面系主梁中，1/2 活载与恒载叠加后形成预拱度。考虑到本项目桥梁工程跨径较大，在实际设计钢箱叠合梁跨中预拱度时选择了14 cm，支座位置预拱度设置为0。分配预拱度值时，以跨径范围为准，采用了二次抛物线方法。桥面系主要包括桥面铺装、人行道、防水层三部分。其中，第一部分主要是在C40钢纤混凝土基础上，按照设计的10 cm厚度铺装沥青砼。第二部分则以全线通用图为参考，在保持人行道与其一致的情况下，按照预埋设计要求进行人行道缘石钢筋预埋与浇筑设计等。第三部分严格按照JC/T9752005道桥用防水涂料中的要求，设计铺装层与基础层之间的防水层。2.3附属构造设计要点2.3.1支座支座设计分为盆式支座和活动支座两种。其中，盆式支座设计要求在保障相对滑移面和其他部分精准连接的情况下，保障四角水平，并将高差控制在1mm以内。与之相比，活动支座设计要求四氟滑板与盆式支座内部完全吻合，配套的设计包括盆式橡胶支座地脚螺栓安装孔与灌实材料。在处理纵横坡与支座方面，应包括楔形调平块，借其调节箱梁底部支座位置等4 。2.3.2伸缩装置伸缩装置设计方面，设计人员认为该环节具有一定的脆弱性，属于薄弱环节设计范围。为了预防冲击和振动对其造成的损坏，在桥台位置设置了50 型伸缩缝，以连续设计为主，以满足车辆运行与减小徐变后产生的位移及转角的影响。考虑到温度变化与砼收缩造成的影响，在设计伸缩缝装置方面，选择了浅埋式型钢伸缩缝。具体设计时，严格按现行中华人民共和国交通行业标准要求，应用50 型异型钢单缝式伸缩装置，并通过标注方式，做好施工环节对错台现象的控制等 5。2.3.3疲劳度设计除以上设计外，设计人员在该项目桥梁钢结构设计过程中，通过分析综合因素对钢结构使用寿命造成的影响，根据无限寿命设计、安全寿命设计、损伤容限设计要求，进行了疲劳度设计。具体设计时，一方面，根据预计的车辆通行量，对钢结构桥梁疲劳损伤和标准疲劳车辆实施了“等效折算”；另一方面，对钢结构相应疲劳结构点进行了验算与分析，并在等效计算原则指导下，计算一次加载次数、疲劳车辆影响、疲劳车轴距等6 。另外，损伤容限设计应做好探测裂纹长度计算。表面裂缝检测情况如表1所示。表1表表面裂缝检测情况粗糙表面（焊接表面）光滑表面尖脚观察、利用辅助放大流体渗透参数/mms302050105153结语桥梁工程应用钢结构，有利于提高施工效率，缩短施工周期。为促进桥梁工程高质量发展，桥梁钢结构设计质量需要提高。结合本文分析可以看出，此类工程以整体设计理念为主，设计内容比较丰富。在具体设计时，一方面应根据实际项目制定适配性较高的策略；另一方面应在做好横向抗倾覆稳定设计、焊接结构完整性设计、钢箱横梁设计等工作的基础上，做好钢结构疲劳度设计、涂层设计，完成配套的加劲筋设置与结构内力计算等，确保初步设计与施工图设计合理可靠，为后续施工提供指导，全面提高设计环节全要素生产效率。参考文献1】李璐.钢结构桥梁完整性设计分析J】.交通世界（中旬刊），2022,7（8）:17 2-17 4.2李承宇.桥梁钢结构涂装维修关键技术设计研究J】.现代涂料与涂装，2 0 2 2，2 5（2）：18-2 1.3 尹梦祥.钢结构桥梁建设中的BIM正向设计J】.中国公路，2022(11):130-131.4刘凡.现代桥梁设计中钢箱梁的完整性设计分析【J】工程与建设，2 0 2 2，3 6（4)：997-998.5惠记庄，樊博涵，丁凯，等.基于虚拟现实的钢结构桥梁装配化施工仿真系统J】.建筑科学与工程学报，2 0 2 2，3 9（4）：10 8-116.6徐金生，裴健.BIM技术在复杂钢结构逆作安装施工中的应用研究J】.建筑施工.2 0 17（3）：11.