钢结构桥梁设计及思考、设计经验总结

钢结构桥梁设计及思考、设计经验总结钢结构桥梁优势钢结构拥有轻型化、抗震性能好；工业化和装配化程度高、可循环利用等优点；随着大跨桥梁的大规模应用，大量采用钢结构是我国交通基础设施未来发展的必然趋势.钢结构桥梁劣势钢结构造价偏高；耐腐蚀性能不足等；桥梁造价应综合考虑建设成本、安全耐久、管理养护等各种因素,钢结构桥梁自重较轻，节约了下部结构造价，同时施工速度较快,工期较短钢结构耐腐蚀性能不足的问题可采取涂装长效高性能防腐涂料、与常规混凝土梁相比，波形钢腹板混凝土用量减少预应力u10%~25%,用量减少左右，钢材用量增加左右，同时下部结构总量可减15%40%少左右；20%在跨径范围内，波形钢腹板与连续刚构经济性相当；u75230m在范围内，波形钢腹板造价高约u130~160m13%;另外考虑到波形钢腹板桥梁抗扭性能较弱，对跨径范围的u90〜160m曲线桥梁，建议仍采用预应力混凝土连续刚构桥优先选用钢结桥梁的工程钢结构桥梁自重轻，尤其在特大跨径桥梁、高地震烈度区桥梁中优0势明显、应该优先选用弯坡斜等特殊形状的桥梁，受力条件复杂、适宜钢材各向同性的优0势发挥，应优先采用加强钢结构桥梁的构造设计:U钢结构桥梁断面尺寸小，构造设计对桥梁结构的安全和耐久性影响显著应针对钢结构桥梁的构造特点，重点做好细部构造设计基本构造

1.）钢箱梁由顶板、底板、腹板、中隔板（含横肋）、支点隔板、及1其相应的加劲肋组成，对于平曲线半径大的桥梁，顶板一般采用型U加劲肋，底板采用开口肋或板肋，一般对于半径小的桥梁、因T U肋加工难度较大，故一般顶底板采用开口加劲肋，钢箱梁梁高取跨径的简支梁一般取大值1/20〜1/30,）顶板的作用是直接承受荷载（第二体系和第三体系），作为钢箱2梁的上翼缘共同抵抗外力（纵向），作为支点横梁的上翼缘共同抵抗外力（横向），规范要求顶板厚大于结合参考图纸一般取14mm,16在连续梁负弯矩区存在局部加厚，根据计算确定〜20mm,）底板作为钢箱梁的下翼缘共同抵抗外力（纵向），作为支点横梁3的下翼缘共同抵抗外力（横向），板厚大于12mm）顶板加劲肋、一般采用肋或开口加劲肋，肋间距约为4U U600mm,开口肋间距约为与钢箱梁上翼缘板共同承受外力，等效顶板300mm,厚约为（也有取的），作为桥面板的弹性支撑，将荷载8mm6mm传递给横隔板，减少顶板宽厚比，增加局部稳定的容许压应力，下图列出了加劲肋开口肋与闭口肋优缺点，加劲肋构造尺寸要满足规范条、条规定

5.

1.

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1.6）底板加劲肋间距不传递车辆荷载，间距可以比顶板加劲肋大,加劲5肋构造尺寸要满足规范条、条规定

5.L

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1.6）腹板及其加劲肋连接顶底板平面形成整体断面，主要起抗剪作6用，在弯矩、剪力和集中荷载作用下，腹板受力与钢板梁类似，需要设置横向加劲肋和纵向加劲肋，抵抗腹板的弯剪失稳和局部压皱，腹板板厚一般为腹板间距为不建议大于纵14mm〜22mm3m〜6m,6m,向加劲肋一般采用板肋，布置方式参见《公路钢结构桥梁设计规范》第条的规定，横向加劲肋一般采用肋，一般在JTGD64-

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3.3T每个横隔板之间布置一道，加劲肋构造尺寸要满足规范条、

5.

1.

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1.6条规定）中横隔板有框架式、实腹式横隔板及桁架式横隔板，隔板刚度需7满足《公路钢结构桥梁设计规范》第条的规定，板JTGD64-

20158.5厚一般为对于小跨桥梁，一般多采用实腹式横隔板，10mm〜20mm,间距为梁高小于的间距可以采用梁高大于间距2〜

3.5m,2m2m,2m,可以采用根据《现代钢桥》（上册）吴冲著）参考书籍得知2〜

3.5m,横隔板定义开口率,横隔板可视为实腹式，主要考虑剪应力;,可简化为仅受轴力的杆件;横隔板受力性质介于实腹式和桁架式之间，作为框架处理，考虑轴力和抗弯实腹式横隔板适用于尺寸较小的钢箱梁，制作简单,应用最广桁架式适用于截面较大的箱梁，可以减轻横隔板的自重）支点隔板主要是横向传递荷载给支座，支点隔板须连续，边支点8布置道支点隔板、中支点布置道横隔板，板厚一般取2〜33〜424mm~30mm）悬臂挑梁，当横隔板间距为时，在处增加一道，当横隔93m

1.5m板间距为时，悬臂挑梁间距同隔板间距，有些设计院的将悬臂挑2m梁之间采用装饰板密封，不过大部分桥，都是外露出来）支撑加劲肋需要满足规范条规定

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3.

4.传力途径2受力体系划分第一体系结构整体体系，传力途径为和与该变形对应的应力称45,之为第一体系应力第二体系对应的传力途径为和与该变形对应的应力称之为第二23,体系应力第三体系对应传力途径即支撑在两邻顶板纵肋之间的桥面板的横1,向变形，与该变形对应的应力称之为第三体系应力传力路径1即第三体系，由于薄膜应力效应，本体系应力一般不考虑传力路径2属于第二体系，忽略横隔板对纵肋的转角约束影响，按简支梁和多跨连续梁包络计算，局部加载冲击系数取本体系应力

1.4,不应超过60Mpa传力路径3属于第二体系，按横肋模型和横隔板模型分别计算，局部加载冲击系数取本传力途径应力计算一般较小，可忽略

1.4,传力路径4主梁纵向受力体系，为第一体系，顶底板有效宽度根据钢结构规范条计算，冲击系数根据自振频率计算,顶板本体

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1.8系顶板应力需要考虑号途径应力,将两者进行组合相加（偏安全26考虑），如顶板第一体系应力为第二体系应力为两者87Mpa,49MPa,叠加为（）（偏保守考虑），底板应力为

1.1X87+49X

1.8=175MPa综合设计经验组合应力一般不超过（规范要求对于lOOMpa,240MPa以下的钢板是是）对于小曲16mm275Mpa,16mm〜40mm270Mpa,线半径桥梁需要考虑扭转剪应力与弯曲应力的组合传力路径5主梁横向受力体系，为第一体系，顶底板有效宽度根据钢结构规范条计算，应进行横隔梁的验算及支座顶加劲板局

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1.8部计算.钢箱梁部分细节设计3）肋的选取，目前中国钢结构规范对肋的选取没有相关参数,可1U U以参考的是《桥梁钢结构用形肋冷弯型钢》（中华人民共和国黑色u冶金行业标准）的行业标准，肋为现场板单元加工YB/T4624-2017U构件，也可以自行设计过焊孔参考欧标，其与美国标准和日本标准有点区别，这里不再阐述图形肋过焊孔

5.U）连接方式2钢箱梁目前主要是焊接与栓接两种工艺，目前而言，焊接相对多些，但是焊接质量控制是个问题，焊接参考《焊缝符号表示法》GB/T要求，同时满足版桥梁钢结构设计规范第章连接的构324-2008156造与计算章节要求，栓接一般在肋分段处采用，防止桥面疲劳破坏，U需要计算螺栓个数，一般采用等强度理论计算,可参考版钢结构及86木结构规范）检修人孔的布置3为保证后期维修方便，确保钢箱梁每个位置都能达到，一般需要设置检修人孔，检修人孔设置在受力较小处，底板人孔尽量设置在梁端，腹板人孔尽量设置在跨中）桥面铺装规范要求不宜超过考虑桥面板的耐久性，目前普遍48cm,的做法是采用混凝土现浇层+沥青铺装，现浇层与钢箱梁顶板通过剪力钉连接）疲劳细节设计5疲劳细节设计，比较复杂，参考规范附录表表选取15C C.

0.2〜C.

0.4参数，结合不同部位焊接方式的及规范5・5条（P28〜P32页及P117页）进行计算〜P118）钢箱梁的节段划分6一般节段划分不大于宽度不大于一个车道宽度且节段线13m,

3.75m,要避开受力最大位置，横向分块尽量避开车轮轮迹线.桥梁涂装设计5采用耐候钢等方法解决全钢结构含钢箱梁、钢桁梁钢混组合梁结构含钢板组合梁桥、钢箱组合梁桥、波形钢腹板桥梁钢桁梁桥案例贵阳高速公路鸭池河大桥一主跨钢桁梁斜拉桥800m双塔双索面半漂浮体系的混合梁72+72+76+800+76+72+72=1240m斜拉桥，边跨为预应力混凝土箱梁，中跨为钢桁梁结构，边中跨比为钢桁梁结构采用型桁架，横向两片主桁，中心间距为

0.275“N”桁高节间长度为

27.0m,

7.0m,

8.0m湖北宜昌至张家界高速公路白洋长江公路大桥一主跨钢桁梁1000m悬索桥主桥采用单跨双塔钢桁梁悬索桥1000m主桁架采用华伦式，中心距桁高小节间长度两节间36m,

7.5m,

7.5m,设一吊点，节间作为一节段整体吊装，标准吊装节段长度端吊430m,装节段跨中吊装节段

14.2m,

10.58m钢混组合梁桥材料优势充分利用钢材和混凝土的材料优势，混凝土提高了钢梁的稳定性结构优势减小结构高度、提高结构刚度、减小结构在活荷载下的挠度施工便捷工厂化生产、现场安装质量高、施工费用低、施工速度快环保节能大幅减少水泥用量，减小对环境污染缺点存在抗扭刚度较弱、适用跨度不大的缺点工、钢板组合梁桥云南某高速公路项目全长所在区域位于高烈度地震区,基本地107Km,震动峰值加速度多座桥梁采用钢混组合梁通用图设.3~

0.4g,30m-50m计结构形式设计选择0组合小箱梁断面存在梁高矮，钢结构后期养护不便利问题；0工字梁组合断面施工过程中梁的侧倾及钢腹板的稳定问题较为突出；0设计优化组合箱梁和工字梁的优势，将工字钢梁两片组合为一根一0起预制吊装，形成工字梁组合断面架设方案施工采用桥面吊机将两片钢梁和桥面板组成一根后，整体预制吊装架设负弯矩区结构设计关键技术0抗拔不抗剪连接新技术0对于负弯矩区段，应用清华大学聂建国院士的创新技术一抗拔不抗剪连接新技术，有效解决负弯矩区开裂的难题、波形钢腹板组合梁桥2目前，湖北境内公司已完成波形钢腹板组合梁桥共计座，主跨跨径6范围为在甘肃、广东珠海分别完成各一座，主跨跨径分别70m~110m,为和组合箱梁均为变截面，悬臂浇筑施工100m160m,波形钢腹板组合梁桥设计关键技术

0、根据抗剪强度与剪切屈曲稳定性合理选择波形钢腹板的厚度与形1状波形钢腹板在纵向由于折皱效应，其纵向抗拉压刚度小，故设计时认为波形钢腹板不承受轴向力即近似认为抗弯惯矩计算可仅考虑混凝土顶、底板，而剪力则完全由钢腹板承担，且剪应力在腹板上作均匀分布、折形腹板间的连接2临时栓接+焊接形式、波形钢腹板与混凝土顶板的连接波形钢板与混凝土顶板的连接3采用埋入式连接，即在波形钢板的顶端焊接钢板，钢板上焊接穿孔板，使之与混凝土板结合在一起、波形钢腹板与混凝土底板的连接目前我院设计采用了两种方式4一是常规的埋入式；另一种为托底式连接波形钢腹板与混凝土底板的连接-埋入式波形钢腹板与混凝土顶板的连接波形钢腹板与混凝土底板连接-托底式对部版预制梁和小箱梁指标统计:U T云南、陕西等高速组合梁指标统计:一组高速钢板组合梁与梁、小箱梁上部结构重量比较表T通过以上表对比可看出跨组合梁总重相比梁减轻跨30m T36%,40m组合梁总重相比梁减轻跨组合梁总重相比梁减轻T41%,50m T43%同时高速抗震结构内力分析对比由上表可知，相比混凝土梁，上构米用组合梁、地震作用T,E1E2下桥墩内力大幅降低，降低比例为因此,在高烈度地1L5%~

26.8%区，上部结构采用组合梁形式更具优势高烈度地震区高速钢混组合梁经济性U从经济性上看，对于地震动峰值加速度的情况，由于上部组合梁

0.4g支承反力的减小，地震作用下结构内力大幅减少，总体上组合梁造价低约左右，具有优势

8.2%一般地区陕西高速钢混组合梁经济性u综合上、下部结构后，总体上、钢混组合梁较预制梁造价40m50m T分别增加了、波形钢腹板经济性分析:

13.1%

18.9%o u70-160m。