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《关于进一步实施绿色公路建设推进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。 文档。明确了大力推广和发展钢结构桥梁的政策导向。
钢结构桥梁的优点:
钢结构重量轻,抗震性能好;
具有工业化组装程度高、可回收利用等优点;
随着大跨桥梁的大规模应用,钢结构的大量使用是我国交通基础设施未来发展的必然趋势。
钢结构桥梁的缺点:
钢结构造价高;
耐腐蚀性不够等;
桥梁建设造价应综合考虑建设成本、安全耐久性、管理维护等多种因素。钢结构桥梁重量较轻,从而节省了下部结构的成本。同时,施工速度更快,工期更短。
钢结构耐腐蚀性不足的问题可以通过应用长效高性能防腐涂料和使用耐候钢来解决。
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。
>>>钢桁架桥案例
贵阳高速:鸭池河大桥——主跨800m钢桁架斜拉桥
(72+72+76+800+76+72+72)=1240m半浮式双塔双索面混合梁斜拉桥。边跨为预应力混凝土箱梁,中跨为钢桁梁结构,边跨为预应力混凝土箱梁。中跨比为0.275。钢桁架梁结构采用“N”型桁架,横向有两个主桁架,中心距27.0m,桁架高度7.0m,节点间长度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
主桥采用单跨1000m双塔钢桁架悬索桥。
主桁架采用Warren型,中心距36m,桁架高度7.5m,小节间长度7.5m。两段之间设置吊点。四个节段作为一个整体节段吊装。标准提升段长度为30m,端部提升段长度为14.2m,跨中提升段长度为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,提高结构刚度,减少活载作用下的结构挠度。
施工便捷:工厂化生产,现场安装质量高,施工成本低,施工速度快。
环保节能:大幅减少水泥消耗,减少环境污染。
缺点:具有扭转刚度弱、适用跨度小的缺点。
1、钢板组合梁桥
云南某高速公路项目全长107公里。该地区地处高烈度地震区,基本峰值地震加速度为0.3~0.4g。许多桥梁采用30m~50m钢-混凝土组合梁的总图设计。
Ø结构形式设计选择
Ø组合小箱梁截面存在梁高短、钢结构后期维护不方便的问题;
Ø工字梁组合截面施工时,梁的侧倾和钢腹板的稳定性问题较为突出;
Ø设计优化了组合箱梁和工字钢的优点。将两根工字钢梁合二为一,预制吊装在一起,形成组合工字钢截面。
Ø安装方案
施工:采用桥面起重机将两根钢梁与桥面组装成一个框架,然后整体预制并吊装架设。
Ø负弯矩区结构设计关键技术
Ø拉拔、无剪连接新技术
针对负弯矩区,采用清华大学聂建国院士的创新技术——新型拉拔无剪连接技术,有效解决负弯矩区开裂问题。
2、波形钢腹板组合梁桥
目前,该公司在湖北已累计建成6座波形钢腹板组合梁桥,主跨70m至110m。已在甘肃、广东珠海各建成一座,主跨分别为100m、160m。梁均为变截面悬臂梁。
Ø波形钢腹板组合梁桥设计关键技术
1、根据剪切强度和剪切屈曲稳定性合理选择波形钢腹板的厚度和形状。
由于纵向起皱效应,波形钢腹板的纵向拉压刚度较小,因此设计时考虑波形钢腹板不承受轴向力:即近似考虑弯矩惯性计算可以只考虑混凝土顶板和底板,剪力完全由钢腹板承受,剪应力均匀分布在腹板上。
2、折叠腹板之间的连接
临时螺栓连接+焊接形式
3、波形钢腹板与混凝土屋面的连接:波形钢板与混凝土屋面的连接采用嵌入式连接,即在波形钢板的顶部焊接钢板,在钢板上焊接穿孔板板将其与混凝土板结合起来。
4、波形钢腹板与混凝土楼板的连接:我院目前在设计上采用两种方式:一是常规预埋式;二是采用预埋式。另一种是托换式连接。
波形钢腹板与混凝土楼板连接——预埋式
波纹钢腹板与混凝土屋顶的连接
波形钢腹板与混凝土底板连接-支撑式
u预制T梁和小箱梁指标统计:
云南、陕西等地区高速组合梁指标统计:
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跨组合梁的总重量比T梁减轻了36%,40m跨组合梁的总重量减轻了41%与T梁相比桥梁钢结构细节设计,50m跨组合梁总重量较T梁减轻43%。
同时,对高速抗震结构的内力进行分析比较:
从上表可以看出,与混凝土T梁相比,上部结构采用组合梁。桥墩内力在E1、E2级地震作用下大幅减小,减小比例为11.5%~26.8%。因此,在高强度区域,上部结构采用组合梁的形式更为有利。
u高震区高速钢-混凝土组合梁的经济性:
从经济角度来看,对于峰值地震加速度为0.4g的情况,由于上部组合梁支撑反力的减小,结构在地震作用下的内力大大减小,整体组合梁的成本降低约8.2%,具有优势。
u陕西高速钢-混凝土组合梁在一般地区的经济性:
上下结构结合后,40m和50m钢-混凝土组合梁的综合造价比预制T梁分别增加13.1%和18.9%。
u70~160m波形钢腹板经济分析:
u 与常规混凝土梁相比,波形钢腹板混凝土用量减少10%~25%,预应力钢筋用量减少15%左右,钢材用量增加40%左右,下部结构总量可减少20%左右;
u在75~130m跨度范围内,波形钢腹板与连续刚架一样经济;
u在130~160m范围内,波形钢腹板成本高出13%左右;
u 另外,考虑到波形钢腹板桥抗扭性能较弱,跨度90~160m的曲线桥建议采用预应力混凝土连续刚构桥。
优先考虑使用钢桥的项目:
Ø钢结构桥梁自重轻,特别是特大跨度桥梁和地震高烈度地区桥梁,优势明显桥梁钢结构细节设计,应优先选用。
Ø 曲线、斜坡等特殊形状的桥梁受力条件复杂,适合利用钢材的各向同性,应优先使用。
u钢筋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影响重大。详细结构设计应针对钢结构桥梁的结构特点。