根据国家发展建设需要，落实中央“供给侧改革”精神，消化过剩产能，大力发展公路钢结构桥梁。交通运输部印发《关于进一步做好绿色公路建设实施工作推动公路钢结构桥梁建设的通知》《关于实施绿色公路建设的指导意见》《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》等文件，明确了大力推广发展钢结构桥梁的政策导向。
钢结构桥梁的优点：
钢结构自重轻，抗震性好；
工业化、装配化程度高、可回收利用的优点；
随着大跨度桥梁的大规模应用，大量采用钢结构是未来我国交通基础设施发展的必然趋势。
钢结构桥梁的缺点：
钢结构成本高；
耐腐蚀性不足等
桥梁的造价要考虑建设成本、安全耐久、管理维护等多方面因素。钢结构桥梁自重较轻，节省了下部结构的造价。同时，施工速度较快，工期较短。
通过涂敷长效高性能防腐涂层和使用耐候钢可以解决钢结构耐腐蚀性能不足的问题。
全钢结构包括钢箱梁和钢桁架。
钢-混凝土组合梁结构包括：钢板组合梁桥、钢箱组合梁桥、波形钢腹板桥。
>>>钢桁梁桥案例
贵阳高速：鸭池河特大桥——主跨800米钢桁架斜拉桥
（72+72+76+800+76+72+72）=1240m双塔双索面半漂浮体系混合梁斜拉桥，边跨为预应力混凝土箱梁，中跨为钢桁梁结构，边中跨比为0.275。钢桁梁结构采用“N”型桁架，水平方向两道主桁，中心距27.0m，桁高7.0m，截面长度8.0m。
湖北宜昌至张家界高速公路：白洋长江公路大桥---主跨1000m钢桁架悬索桥
主桥为单跨1000m双塔钢桁架悬索桥。
主桁采用华伦式，中心距36m，桁高7.5m，小跨长7.5m，吊点设在两跨之间，4跨为一整节段吊装。标准吊装节段长30m，端部吊装节段14.2m，跨中吊装节段10.58m。
>>>钢-混凝土组合梁桥
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。
结构优点：降低结构高度、增加结构刚度、减少活荷载下的结构挠度。
施工便捷：工厂化生产，现场安装质量高，工程造价低，施工速度快。
环保节能：大大减少水泥消耗，减少环境污染。
缺点：扭转刚度弱，不适用于小跨度。
1.钢板组合梁桥
云南某高速公路项目全长107公里，位于高烈度地震带，基本峰值加速度为0.3～0.4g，多座桥梁采用30m～50m钢-混凝土组合梁设计。
Ø结构设计选型
Ø组合式小箱梁截面存在梁高较低的问题，给钢结构后期维护带来不便；
Ø工字钢组合截面施工时，梁的倾斜及钢腹板的稳定性问题较为突出；
Ø设计优化发挥组合箱梁与工字梁的优点，将两块工字梁合并为一块，共同预制、吊装，形成工字梁组合段。
Ø安装计划
施工：用桥式起重机将两根钢梁与桥面拼装成一体，再进行预制、吊装安装。
Ø负弯矩区结构设计关键技术
Ø抗拔不抗剪连接新技术
对于负弯矩截面钢结构桥梁，应用清华大学聂建国院士的创新技术——新型抗拉非抗剪连接技术，有效解决了负弯矩区开裂难题。
2.波形钢腹板组合梁桥
目前，公司在湖北已完成波形钢腹板组合梁桥共6座，主跨70m至110m；在甘肃、广东珠海各完成1座，主跨分别为100m、160m，组合箱梁均为变截面、悬浇形式。
Ø波形钢腹板组合梁桥设计关键技术
1、波形钢腹板的厚度和形状应根据剪切强度和剪切屈曲稳定性合理选择。
由于波形钢腹板沿纵向存在起皱效应，其纵向拉、压刚度较小，因此设计时假定波形钢腹板不承受轴力：即近似认为弯矩计算只考虑混凝土顶板、底板即可，而剪力则完全由钢腹板承担，剪应力均匀分布在腹板上。
2. 折叠腹板之间的连接
临时螺栓固定+焊接
3、波形钢腹板与混凝土顶板连接：波形钢板与混凝土顶板连接采用嵌入式连接，即在波形钢板顶面焊接一块钢板，在钢板上焊接一块穿孔板，使之与混凝土板结合在一起。
4、波形钢腹板与混凝土底板连接：目前我院采用两种设计方式：一是常规预埋式；二是底部支撑连接。
波形钢腹板与混凝土底板之间的连接-嵌入式
波形钢腹板与混凝土顶板连接
波形钢腹板与混凝土底板连接-底部支撑式
u主板块预制T梁、小箱梁指标统计：
云南、陕西等高铁结合梁指标统计：
一组高速钢板组合梁、T梁、小箱梁上部结构重量对照表：
从上表对比可以看出，30m跨度组合梁总重比T梁轻36%，40m跨度组合梁总重比T梁轻41%，50m跨度组合梁总重比T梁轻43%。
高速抗震结构内力分析对比：
从上表可以看出，在E1、E2级地震作用下，上部结构组合梁与混凝土T梁相比，可明显减小桥墩内力，减小率为11.5%~26.8%，在高烈度区，上部结构组合梁更具有优势。
u高烈度地震区高速钢-混凝土组合梁的经济性能：
从经济角度考虑，对于地震峰值加速度为0.4g的工况，由于上部组合梁支座反力的减小，使得结构在地震作用下内力大大减小，整体来看，组合梁造价低约8.2%，具有优势。
u陕西省高速钢-混凝土组合梁一般区域经济性：
考虑上部结构和下部结构，40m、50m钢-混凝土组合梁综合造价较预制T梁分别增加13.1%、18.9%。
u70~160m波形钢腹板经济性分析：
u与常规混凝土梁相比，波形钢腹板混凝土用量减少10%~25%，预应力用量减少15%左右，用钢量增加40%左右，下部结构总量可减少20%左右；
u在75~130m跨度范围内，波形钢腹板的经济性与连续刚架相当；
u在130~160m范围内，波形钢腹板造价高出13%左右；
u另外，考虑到波形钢腹板桥扭转性能相对较弱，对于跨度90～160米的曲线桥，建议采用预应力混凝土连续刚构桥。
优先考虑钢桥的项目：
Ø钢结构桥梁自重轻，尤其在大跨度桥梁和地震烈度较高的地区桥梁中，应优先采用。
Ø弯道、斜坡等特殊形状桥梁，受力情况复杂，适合各向同性钢的优势，应优先使用
u 加强钢结构桥梁的结构设计：
钢结构桥梁截面尺寸较小，结构设计对桥梁结构的安全性和耐久性有重要影响，应考虑钢结构桥梁的结构特点，注重结构细部设计。
1.基本结构
1）钢箱梁由顶板、底板、腹板、中隔板（包括横肋）、支撑隔板以及相应的加劲肋组成。对于平曲线半径较大的桥梁，顶板一般采用U型加劲肋，底板采用开口T型肋或板型肋。对于半径较小的桥梁，由于U型肋加工困难，顶、底板一般采用开口加劲肋。钢箱梁的高度为跨度的1/20～1/30，对简支梁一般取较大值。
2）顶板的作用是直接承受荷载（第二体系、第三体系），并与钢箱梁上翼缘共同抵抗外力（纵向），与支撑梁上翼缘共同抵抗外力（横向）。规范要求顶板厚度应大于14mm。结合参考图纸，一般取16-20mm。连续梁负弯矩区有局部加厚，根据计算确定。
3)底板作为钢箱梁下翼缘抵抗外力(纵向)，作为支撑梁下翼缘抵抗外力(横向)，板厚大于12mm。
4）顶板加劲肋，一般采用U型肋或开口加劲肋，U型肋间距约600mm，开口肋间距约300mm，与钢箱梁上翼缘板共同承受外力，等效顶板厚度约8mm（有时为6mm），作为桥面弹性支撑，将荷载传递给横隔板，减小顶板宽厚比，提高局部稳定许用压应力。下图列出了加劲肋、开口肋和闭口肋的优缺点。加劲肋的构造尺寸必须符合本规范5.1.5、5.1.6条的要求。
5)底板加劲肋之间的间距不传递车辆载荷，其间距可以大于顶板加劲肋之间的间距。加劲肋的结构尺寸必须满足本规范5.1.5和5.1.6条的要求。
6）腹板及其加劲肋：连接顶板、底板，构成整体截面，主要起剪切作用。在弯矩、剪力及集中荷载作用下，腹板所受力与钢板梁相似。要求设置横向和纵向加劲肋，以抵抗腹板的弯曲、剪切失稳和局部起皱。腹板厚度一般为14mm～22mm，腹板间距为3m～6m，不建议大于6m。纵向加劲肋一般为板肋，布置方式见《公路钢结构桥梁设计规范》JTGD64-2015第5.3.3条规定。横向加劲肋一般为T型肋，每条横隔板间一般布置1根肋。加劲肋的构造尺寸必须符合规范第5.1.5、5.1.6条的规定。
7）中隔板有框架式、实腹式、桁架式。隔板刚度需满足《公路钢结构桥梁设计规范》JTGD64-2015第8.5条的要求。板厚一般为10mm~20mm。小跨度桥梁一般采用实腹式隔板，间距为2~3.5m。对于高度小于2m的梁，间距可取2m。对于高度大于2m的梁，间距可取2~3.5m。根据吴冲所著《现代钢桥》（上册）中隔板的开孔率定义为
，隔板可视为实体腹板类型，主要考虑剪应力；
，可以简化为仅受到轴向力作用的杆；
横隔板受力性质介于实腹式和桁架式之间，按框架处理，同时考虑轴力和抗弯性能。实腹式横隔板适用于截面较小的钢箱梁，制作简单，应用最为广泛。桁架式适用于截面较大的箱梁，可减轻横隔板自重。
8）支撑隔板主要用于将荷载横向传递到支撑上，支撑隔板必须是连续的，在边支撑处布置2～3块支撑隔板，在中支撑处布置3～4块横向隔板，板厚一般为24mm～30mm。
9）悬挑梁钢结构桥梁，当横隔板间距为3m时，在1.5m处加设一道，当横隔板间距为2m时，悬挑梁间距与隔板间距相同。有的设计院采用装饰板封住悬挑梁，但多数桥梁是外露的。
10) 支撑加劲肋需满足15标准中5.3.4条的要求。
2. 力的传递路径
力量体系划分：
第一体系：整体结构体系，力的传递路径为4、5，变形所对应的应力称为第一体系应力。
第二系统：对应的力的传递路径为2和3，与此变形相对应的应力称为第二系统应力。
第三系统：对应力的传递路径1，即支撑在相邻两顶板纵肋之间的桥面板侧向变形，此变形对应的应力称为第三系统应力。
力传递路径1：即第三个系统。由于薄膜应力效应，此系统的应力一般不考虑。
传力路径2：属于第二体系，忽略横隔板对纵肋角部约束的影响，按简支梁、多跨连续梁包络线计算，局部加载冲击系数取1.4，本体系应力不宜超过60Mpa。
传力路径3：属于第二体系，分别按横肋模型和横隔板模型计算，局部加载冲击系数取1.4，此传力路径应力计算一般较小，可忽略。
传力路径4：主梁纵向力系统为第一系统，顶板、底板有效宽度按《钢结构规范》第15条5.1.8计算，根据固有频率计算冲击系数，本系统顶板应力需考虑路径2应力，将二者合并相加（出于安全考虑）。如顶板第一系统应力为87MPa，第二系统应力为49MPa，二者叠加为1.1×（87+49×1.8）=175MPa（出于保守考虑）。底板应力为100MPa，根据综合设计经验，组合应力一般不超过240MPa（规范要求16mm以下钢板为275MPa，16mm~40mm钢板为270MPa）。对于曲线半径较小的桥梁，需要考虑扭转剪应力和弯曲应力的组合。
传力路径5：主梁横向力体系为第一体系，顶、底板有效宽度按《钢结构规范》第15条5.1.8计算，支座应进行横梁校核及顶部加劲肋局部计算。
3.钢箱梁详细设计
1）U肋的选用。目前，我国钢结构规范中还没有关于U肋选用的相关参数，可以参考的行业标准是《桥梁钢结构用U肋冷弯型钢》（中华人民共和国黑色冶金行业标准YB/T 4624-2017）。U肋为现场板材机组加工件，也可自行设计。
焊孔参考欧洲标准，与美标、日标稍有不同，这里不再赘述。
图5 U型肋焊接孔示意图
2）连接方法
钢箱梁目前主要采用焊接和螺栓连接两种工艺，目前焊接相对比较普遍，但焊接质量控制是个问题。焊接参照《焊缝符号表示方法》GB/T 324-2008要求，同时满足第15版桥梁钢结构设计规范第6章连接构造与计算章节要求。螺栓连接一般用于U肋段处，防止桥面疲劳破坏。螺栓数量需计算，一般采用等强度理论计算，可参考第86版钢结构与木结构规范。
3）检修人孔布置
为了保证后期维护方便，保证能到达钢箱梁各个位置，一般需要设置维护人孔，维护人孔设置在受力较小的位置，底板人孔尽可能设置在梁端，腹板人孔尽可能设置在跨中。
4）桥面铺装规范要求不得超过8cm，考虑到桥面的耐久性，目前普遍做法是采用现浇混凝土层+沥青铺装，现浇层通过剪力钉与钢箱梁顶板连接。
5）疲劳细节设计
疲劳细节设计相对复杂，参照15规范附录C表C.0.2至表C.0.4选取参数，结合不同部位的焊接方法及规范第5.5条（P28至P32页及P117至P118页）进行计算。
6）钢箱梁节段划分
一般情况下，分段宽度不宜超过13m，宽度不宜超过一车道宽度3.75m，分段线应避开受力最大的位置，水平分段应尽量避开车轮轨迹线。
5. 桥梁涂层设计
桥梁涂层设计参考《公路桥梁钢结构防腐涂层技术条件》的要求。
竹龙路桥市政工程
