日本钢桥
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日本的耐候钢桥技术2010年l2月汪磊等:日本的耐候钢桥技术2010年第6期日本的耐候钢桥技术汪磊,刘向南(云南省交通规划设计研究院,云南昆明650011)摘要:介绍日本耐候钢桥的发展背景历程和现状,基本原理,设计施工及维持管理要点,希望能对国内日益推广发展的铜桥设计和建造等方面拓宽思路.并为中国桥梁早日全面赶超世界桥梁先进水平提供一些借鉴和帮助关键词:日本公路桥梁;耐候铜桥:免涂装技术:腐蚀机理0引言耐候钢(在日本也称为免涂装钢)是随着高强钢材的出现,材质轻薄化和防腐蚀要求相应提高而发展起来的.早在20世纪初,欧美各国制钢业就已经相继发现在炼钢时掺入微量的Cu等其他金属元素,可以提高钢材在大气中的耐腐蚀性.以此为契机,大规模的钢材添加合金元素后的耐腐蚀性的调查开展起来,很快就积累了一定的经验数据.1967年美国在世界上首次将耐候钢材用于"裸桥"方式建设的钢桥.并在1977年建成了世界上最大跨度的上承式耐候钢拱桥——新河峡大桥(NewRiverGorgeBridge1.其后耐候钢桥在世界范围内得到很快推广.目前已成为发达国家钢桥的一种发展趋势.13本属于岛国,直接濒临海洋的区域占国土的绝大部分,这些地区的空气中携含有大量的海盐成分(75% 为NaC1,其他也均为金属盐类),这些盐分在空气中达到吸湿临界湿度后即会在附近固态物表面结露.促使其腐蚀反应的发生.另外13本冬季寒冷,为消融公路路面积冰而抛洒的大量融54雪剂,同样会造成公路钢构造物的腐蚀加剧,所以在日本钢桥的防腐蚀工作显得尤为重要而艰巨.1969年日本建成其国内第一座完全真正的耐候钢桥,并于1985年制定了《无涂装耐候性桥梁设计施工要领》,还在1993年进行了修订,确定了耐候钢桥适用海岸环境飞来盐分的判断标准:飞来盐分量<0.05mg/i00em? d(0.05mmd).经过四十多年的不断积累和发展,目前已经形成了耐候钢材生产加工,耐候钢桥设计建造及维护维修各方面一整套较为先进成熟的体系,在桥型上也涵盖了梁桥,桁架桥,拱桥,悬索桥,斜拉桥等,全国约70%的I形钢梁和混凝土桥面板组合梁使用了耐候钢.近年来.日本钢铁企业研发了镍系列的耐候钢.更可专门用于滨海地区空气中含盐份较多的地区,开始逐步打破耐候钢桥原来的地域禁忌.图1为目前耐候钢桥在日本的状况.柱状图为耐候钢桥各年耗用的钢材重量,折线图为耐候钢桥各年占全部钢桥的比重.两者特别是后者不断攀升的趋势非常明显.图2和图3为日本较有代表性的两座耐候钢桥.图2的吉濑田切大桥还曾获得2007~2008年度日本土木学会最高奖——田中奖.图1耐候铜桥在日本的状况图2吉濑田切大桥图3横田川桥1耐候钢的防蚀机理金属在大气环境或在水溶液中的腐蚀过程基本是相同的,均可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种.耐候钢材的防腐蚀性能.以往多数人认为在于其"表面安定化锈蚀层"的生成,从而阻止了腐蚀的进一步向内发展.而实际上,这样的笼统地说"表面安定化锈蚀层"是很片面的.将野外长期暴露于空气中处于稳定状态的耐候钢生锈的外表面取样做成深度方向的断面,在偏光显微镜下观察可以发现:其表面锈蚀层界限分明地分为内层(消光层)和外层(偏光层),(图4).由Cu,Cr和P等元素浓缩成的内层致密具有较强的环境阻断性,从而发挥了防腐蚀的性能.而普通钢材锈蚀表面的消光和偏光两种成分没有形成明晰的两层,而是混杂在一起,故而不能防止锈蚀的深入发展.耐候钢和普通钢材表面锈蚀层区别见于图5.当然,耐候钢的锈蚀并不是形成稳定锈蚀表面就完全停止了,而只是腐蚀速度很慢,被大大延缓了.2010年12月汪磊等:日本的耐候钢桥技术2010年第6期图4耐候钢的表面锈蚀层微观图图5耐候铜和普通钢材的表面锈蚀层图示根据日本都市内高速道路耐候钢桥梁表面锈蚀情况为期15年的跟踪调查结果,耐候钢桥一般建成5年后,锈蚀层基本就会处于稳定状态,但是一些受含有冬季防冻剂的排水影响或是滨海区空气中盐分影响的部位仍会出现鱼鳞状和层状剥离的锈蚀.为将耐候钢材合理地进行使用,环境条件,细部构造和建成后维持管理,特别是特定环境条件下相应特性耐候钢材的使用等须特别留意.2耐候钢桥梁的设计施工要点耐候钢的使用方式主要有裸露使用,涂装使用和锈层稳定化处理后使用三种.目前日本的耐候钢桥梁形式以板梁桥占多数.桁架,拱桥,悬索桥和斜拉桥等也有使用.规范推荐的适宜的使用条件为非高温多湿或不受盐分硫化物影响的地区,具体使用的类型一般为SMA钢材和镍系高耐候性钢材(包括该钢材制造的高强螺栓和熔接材料).在设计中.一般认为有利于表面锈蚀层形成并发挥作用的环境是:1)雨水直接降于表面,但排水良好的部分;2)通风较好的内侧垂直面和排水较好的水平面;3)置于通风较好部位的水平部材:4)不受盐分影响的地区.而不利于表面锈蚀层形成发挥作用的环境是:1)泥土和尘埃容易堆积的构造;2)通风性差且易受潮湿的部位:3)由于桥面板,伸缩装置和排水管破损造成漏水的部位.在耐候钢桥细部构造的设计中应注意以下一些方面:2.1连接处1)下翼缘板间的连接处应设10mm~20ram间隙.这样主动地拉开间距使其易于通风保持干燥.2)腹板上的添接板只设一块板:3)螺栓最大间距(中心距离和缘端距离)应限制在一定范围内,保证板间压紧密闭:4)下翼缘下侧的添接板应断开设置,列于腹板的两侧:2.2一般部位1)水平设置的大面积平板应设置排水构造(设坡开孔),避免积水尘埃堆积长时间保持湿润状态;2)梁板桥下翼缘须设置坡度以利排水;3)主梁外侧的竖向补强钢材在与下翼缘和腹板的空间交角处应开半径为50mm的孑L,避免形成死角; 4)桁架和拱桥的杆件节点部位应采用排水,通气较好的构造;5)桁架弦杆中H型钢在弱轴方向使用的情况.须考虑排水顺畅,可设置必要的泄水孔:6)拱桥的拱内系杆等存在较大倾斜角度的结构.应注意在杆件上设置泄排水构造.避免积水;7)未完全密闭的箱式构件,内表面应进行涂装:而完全密闭的则内表面可以免涂装:8)并行的双幅桥和靠近山坡的桥考虑到喷溅腾起的防冻剂影响.受影响的外表面应涂装:9)由排泄水考虑设置的孔洞对材料疲劳有误影响应作认真考虑. 2.3梁端部梁端从桥梁各部位来看,通风性较差.由路面排水不畅或是伸缩缝装置故障导致梁端处于一种较为不利的环境中,故设计中应注意:1)梁端直至桥台前部应涂装;2)基于通气和检查考虑,腹板在梁端应设置切口;3)对于箱梁在纵坡上较高的一端端部易积水,应作适当填充(可采用混凝土设置反向纵坡以利于端部排水)或设置遮挡防水或开槽口等构造;4)下部(帽梁或盖梁)支承面和梁底面间应留足够的空间,保证通气性:5)下部结构的上顶面应设置排水的坡度.设置了排水沟等专门构造的情况下应加大纵坡坡度.2.4桥面板1)桥面板须设置防水层,特别是带有人行道的情况下,防水层应满铺包括人行道的整个桥面(人行道未设防水层,桥面汇水通过人行道下渗, 由添接板的间隙进入梁内的例子很多);2)泄水管应伸出主粱下翼缘之外,注意防止水流飞散溅回;3)悬臂的桥面板下应设置水滴构造.2.5附属物1)泄水管横向引流应充分保证坡度,并在钢结构表面避免设置接头;2)栏杆等由于考虑会弄脏行人衣服,故避免使用耐候钢;3)水管管道付挂于桥上时由于水管管壁由于内外温差容易结露弄湿钢结构.对此应加以考虑:4)一些非常容易潮湿的金属部件可以考虑涂装或电镀;5)伸缩缝并非标准的桥梁排水构造.大变形无法避免的情况下必须充分重视其排水措施.在耐候钢桥细部构造的施工中应注意以下一些方面:1)工场制作及运输(1)钢材的表面处理,主要是避免表面锈蚀层的不均匀,对外观造成552010年l2月云南建筑2010年第6期表1耐候钢锈层目测外观评点标准状态评点目视外观锈蚀厚度5没有进一步的腐蚀.锈蚀层薄不到200~m正常4平均外观锈蚀颗粒直径1mm以下,且较为均匀不到400~m3平均外观锈蚀颗粒直径1N5ram需观察2平均外观颗粒直径5-25mm的鱼鳞状剥离现象的锈蚀400~m以上不到800~m异常1出现层状剥离现象的锈蚀800~m以上不利的影响a,表面不处理,带锈制作;b,原材料钢板表面除锈后制作;c,原材料表面不做处理,待制作完成后表面除锈处理;d,原材料钢板表面除锈后制作,制作完成后表面再做除锈处理.(2)临时保管a,制作工厂位于滨海地区,应注意空气中携带的盐分的腐蚀,必要时在发货前可以用水冲洗;b,钢材等堆放时应表面排水顺畅,并置于较高台架处,避免雨水溅起打湿:c,材料无法避免密封时,可以置于通风良好地方保管:d,对添接部摩擦结合面处的高强螺栓,应充分保证其品质;e,施工中和制作中表面沾染的尘埃或油脂污物应及时擦去,否则会造成表面锈迹不均,影响景观.2)施工操作除了同L尽量不要沾染污物外,梁体架设完成到桥面板开始施工之间的时间应尽量缩短.因为梁体结构并没有考虑上述构造注意事项.3耐候钢桥梁的维护管理3.1耐候钢桥的腐蚀监控腐蚀仍然是对耐候钢耐久性影响最大的因素.腐蚀最严重的后果是造成钢材板厚减小使得耐力不足,故其腐蚀减耗量必须被控制管理.耐候钢锈蚀的评价目前仍以外观目视调查为主,以板厚测定为参考.一般的腐蚀减耗量控制界线为50年o.3ram以下.56100年以内0.5mm以下.表1为日本1980年以来进行的大规模钢桥(包括耐候钢桥)的调查经验总结.根据评点对耐候钢材腐蚀程度的预测:1)暴露3年的程度,外观评点为1或2的.100年后单面平均腐蚀减耗量超过lmm的可能性很高:2)暴露3年的程度,外观评点为3~5的,未来锈蚀层是否能趋于稳定还很难判断;3)暴露9年的程度,外观评点为35的,100年后单面平均腐蚀减耗量不超过0.5mm的可能性很高.只要外部环境不发生大的变化,锈蚀层稳定的判断是可以做出的:4)外部环境趋于不利则锈蚀层外观变化的速度也将加速.3.2耐候铜桥的维护和日常养护对于耐候钢桥表面已发生比较严重的腐蚀——层状剥离的情况,应及时进行维护.首先,应排除造成异常的原因.脱离或隔绝今后继续造成腐蚀的外部环境:其次,可除去附着的盐分: 可用清水冲洗来降低表面可溶性盐分的分量,且要定期清洗,以改善锈层状况:第三以异常部位为中心包含周边部分进行涂装,对一些诸如梁端部等预防性的涂装部位也应及时清除污物堆积,定期进行涂装修补.由于无需定期涂装,耐候钢桥的日常维护较为简便:由于灰尘和碎屑造成的表面污染,可用低压水冲洗——注意不要破坏保护锈层.受融雪剂沾染的,待冰雪融化后应及时清洗.经常检查清理排水系统,任何排水通路的泄露都应彻底排除.4结语即使是在耐候钢桥技术已经相当发达的日本,目前也仍存在的一些问题:1)对锈蚀层稳定的统一判别标准尚有争议;2)飞来盐分较多地区和防冻剂散布较多地区的鱼鳞状和层状剥离锈蚀仍会发生:3)发生鱼鳞状和层状剥离锈蚀的部位如何修补尚无一直最佳方案;4)桥梁外表颜色单一,没有涂装钢桥的取色范围大.但在适宜的环境建造耐候钢桥,不仅具有普通钢桥的特性优点,且具有减小涂装系统费用,降低对将来维修养护要求,加快建造速度及环保安全等诸多优点, 故耐候钢桥在日本的桥梁建设中仍不断被优先选用中国在1989年首次制造出使用耐候钢的钢箱梁,随着中国经济实力的增强和钢结构在交通基础设施建设中的推广.相信经过国内钢铁企业和桥梁工程师的携手努力,耐候钢桥梁也将越来越多地出现在中国尤其是山区公路的众多桥梁之列.最终占据一席之地参考文献:f1]三木千寿,市川笃司.现代椅梁工学一垒装L¨铜椅技街最前缘『M1.日本东京:数理工学社2004.[2]贺君,刘玉擎,陈艾荣,依田照彦.耐候性钢桥评估管理系统研究[J].桥梁建设,2009,(5):32—35.收稿日期:2010—10—12。
文章编号:1003-6512(1999)06-0012-04钢—混凝土组合桥梁在日本的发展趋势3Ξ金增洪 编译(中交公路规划设计院,北京市 100010) 摘 要:桥梁除了承受重车辆荷载外,还要承受地震、台风、潮汐、地基沉陷和滑坡的袭击。
钢—混凝土组合构件,在当今日本桥梁工程上获得了广泛的应用。
各种新型的钢—混凝土组合桥梁结构,为了适应结构整体性、延性和经济性正在获得深入研究和开发。
该文提出了组合桥梁在日本的发展趋向,尤其集中于组合的梁、板和柱的开发研究。
关键词:钢—混凝土组合桥梁;耐久性;承载能力;发展趋向 1 组合梁1.1 概要自1953年以来已建成许多简支组合梁桥。
跨径小于45m 的简支梁公路桥中约有80%是组合梁。
在过去的20年里,这种桥型没有获得广泛的采用,是由于重交通量增大,桥梁超载,公路桥混凝土板遭受严重破坏。
连续组合梁桥,也有类似倾向,见图1所示。
在1973年,日本已将非预应力连续组合梁桥设计规程添加到其公路桥设计规范中。
图1 日本连续组合梁桥数的测定1.2 组合板为了提高桥面板的承载能力和耐久性以及缩短工期,对单跨桥梁而言,组合梁的多种混凝土板,在日本已获得开发,图2表示三种典型例子。
1.3 预应力混凝土预制板采用预应力混凝土预制板的组合梁桥是当今日本的发展方向,如图3所示的预制混凝土板,也是在纵向施加预应力,它加强了桥面板的耐久性,特别是在预制板的接缝之间。
采用这种方法释放纵向部分预应力,以实现简支和连续。
用释放的预应力,可在梁内形成挠曲弯矩。
用预应力混凝土预制板方法修建的桥梁至今已有50座之多。
12 国 外 公 路 第19卷 第6期1999年12月Ξ收稿日期:1998-11-30图2 用各种组合板构成的梁桥图3 用预应力混凝土板构成的组合梁图4 奥博高架桥(单位:mm ) 现在正在建设中的东京至神户的第二高速公路,沿此新线大量的以预制混凝土板构筑的组合梁桥已在使用之中,图4所表示的是奥博高架桥的例子。
日本最长的吊桥明石海峡大桥是日本最长的吊桥,拥有独特的抗地震和暴风设计,听完小编的话是不是迫不及待想要进一步了解这座最长吊桥呢,下面是小编整理的第一手资料,仅供参考。
日本最长的吊桥---明石海峡大桥独特设计明石海峡大桥按可以承受里氏8.5级强烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴风设计。
1995年1月17日,日本坂神发生里氏7.2级大地震(震中距桥址才4公里),大桥附近的神户市内5000人丧生,10万幢房屋夷为平地,但该桥经受住了大自然的无情考验,只是南岸的岸墩和锚锭装置发生了轻微位移,使桥的长度增加了0.8m。
除地震以外,还必须保证大桥在台风季节能够经受住时速超过200公里狂风的袭击。
为此对桥梁进行了1%模型的风洞试验,在桥塔上安装了20个质量阻尼装置。
1988一1998年间,在日本大鸣门桥以北,建造了一座跨明石海峡的大型悬索桥。
该桥位于本州与四国之间的神户—鸣门线上,神户市西南。
明石海峡大桥是世界上第一座主跨超过1英里(为1609m)及1海里(合1852m)的桥梁。
两边跨也很长,每跨达960m,是目前世界上最长的边跨。
钢桥塔高为297m,是世界上最高的桥塔,用钢桁式加劲梁,横截面尺寸为35.5m×14.0m。
其梁高比其它任何一座悬索桥都高。
本桥桥面设有6车道,通航净空高为65m。
原来曾计划在下层桥面上修建铁路,但并未采纳。
因铁路荷载要求有4条主缆,而公路交通只要2条主缆就足够了。
该桥2根主缆直径为1122mm,为世界上直径最大的主缆;主缆钢丝的极限强度为1800 MPa,也是世界记录。
主缆由预制平行钢丝束组成,这项工艺也适用于同样规模的悬索桥。
牵引钢丝由直升飞机牵引跨越明石海峡,这是世界上首次应用的新工艺。
1995年1月,日本神户地区发生里氏7.2级地震,造成5000多人死亡。
震中位于明石海峡大桥南端,距神户几公里。
明石海峡大桥经历了一次严峻的抗震检验,因为桥址处的震级也接近里氏8级,当时在距该桥50 km远的桥梁与建筑都已经倒塌。
SFRC在日本钢桥面铺装工程中的研究与应用李林波;张锋;丁庆军【摘要】介绍钢纤维混凝土(SFRC)在日本钢桥面铺装中的研究与应用背景日本SFRC钢桥面铺装主要基于提高铺装体系整体刚度、防止桥面板焊接缝等部位发生疲劳开裂破坏而提出.在该铺装技术方案中,采用纤维增韧、碳纤维网增强、焊接抗剪连接件的方法来提高铺装层的协同变形性能和耐久性能,为钢桥面铺装体系探索一种新思路.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】4页(P36-39)【关键词】钢桥面铺装;焊接疲劳裂缝;SFRC【作者】李林波;张锋;丁庆军【作者单位】重庆智翔铺道技术工程有限公司,重庆401336;重庆智翔铺道技术工程有限公司,重庆401336;武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070【正文语种】中文【中图分类】U443.33相比普通水泥混凝土桥面板,正交异性钢桥面板具有许多优点,如质量轻、架设方便、建设周期短等。
20世纪50年代后期,日本大量建设了正交异性钢桥面板桥梁,如著名的日本明石海峡大桥、本四联络桥、多多罗大桥等。
在日本早期钢桥面铺装设计中,大多数学者和建设者一般都不考虑铺装对桥面系刚度的贡献,而仅仅考虑铺装层对车轮荷载的分散作用。
早期的钢桥面板厚度为12 mm,U型肋厚度为6或8 mm,桥面系刚度整体偏低。
铺装结构大多采用下层浇筑式沥青混凝土+上层密级配沥青混凝土的柔性铺装体系,总铺装厚度为75~80 mm,对桥面结构系刚度贡献有限。
随着时间推移,由于交通量不断增多及其它外部因素影响,各种问题也暴露出来。
由于质量轻而缺少刚度,在外部荷载作用下桥面板在U型肋、隔板处产生了较大的应力和应变,反复的疲劳作用致使U肋焊接等处(图1)产生疲劳裂缝。
同时,这些发生在钢桥面底板和顶板加劲肋焊接处的裂缝也致使铺装层破坏,不仅影响道路的畅行,而且对桥梁结构的安全性和使用寿命造成严重威胁。
近年来,发生在钢桥面顶板和U型肋处的裂缝在日本时有报道[1]。
世界最长的桥是哪座日本濑户大桥桥普遍作为渡河建筑之称,始于西汉文献。
你知道世界最长的桥是哪座?下面是店铺整理的世界最长的桥,欢迎阅读。
世界最长的桥是:日本濑户大桥濑户大桥是日本一座位于本州(冈山县仓敷市)到四国(香川县坂出市)之间,跨越濑户内海的桥梁,属于本州四国连络桥路网的三条路线之一。
全桥由多座吊桥、斜张桥与梁桥连结,构成壮观的桥梁群。
该桥在1978年10月10日开工,施工耗时近10年,到1988年4月10日始全面通车。
该桥为公路铁路两用桥,上层为4车道的高速公路(濑户中央自动车道),下层为JR四国濑户大桥线。
濑户大桥是花费40年时间、投入巨资建造起来的。
它连接了本州冈山县的儿岛和四国香川县的坂出,共有6座桥,跨接了瀬户内海中的柜石岛、岩黑岛、羽左岛、与岛和三子岛5个岛屿。
全长超过13公里,也是观光胜地。
这里除了过桥行人外,每天还有很多游客前来参观。
这座大桥是世界桥梁史上的空前杰作。
濑户大桥为铁路公路两用桥,是由两座斜拉桥、三座吊桥和三座桁架桥组成,是目前世界上最大的跨海大桥。
它北起本州的冈山县,犹如一条灰白色的钢铁巨龙,穿过世界上唯一一条铁路、公路上下分开的两层式隧道,弯弯曲曲浩浩荡荡地跨海越洋,向南直奔四国的香山县。
大濑户水域水下地质构造复杂、水面宽阔,加之台风经常肆虐等不利因素,给大桥的设计日本濑户简介1955 年,濑户内海发生了一起轮渡翻沉、死亡160 余人的重大事故,促使日本政府下决心建桥。
1988 年 4 月10 日,连接本州的冈山县儿岛町和四国香川县坂出市的濑户大桥终于建成通车,实现了两岸人民多年的夙愿。
这座大桥工期长达 9 年 6 个月,是世界桥梁史上的空前杰作。
濑户大桥为铁路公路两用桥,是由两座斜拉桥、三座吊桥和三座桁架桥组成,是目前世界上最大的跨海大桥。
它北起本州的冈山县,犹如一条灰白色的钢铁巨龙,穿过世界上唯一一条铁路、公路上下分开的两层式隧道,弯弯曲曲浩浩荡荡地跨海越洋,向南直奔四国的香川县。
本资料来源于《鉄の橋百選》(--成瀬辉男编)及各网站,这次介绍前10座桥,收集整理pjrgreen6,若有错误,欢迎大家批评指正。
1,绿地西桥本桥位于大阪市鹤见区,于1989年在旧心齐桥上改造而成。
桥长29.5,桥宽9m,跨径为36.13m,弓弦桁架结构。
2,滨中津桥本桥位于大阪市北区,于1935年竣工。
桥长22.434m,桥宽4.5m,跨径为22.75m,钢桁结构。
3,六乡川铁桥该桥位于爱知县犬山市,1988年竣工完成,现由明治村博物馆保存展示,跨径为30.18m,主构为桁架结构,由铁销固定。
4,八幡桥本桥位于东京都江东区,桥长15.76m,桥宽2m,跨径为15.11m。
主构形式为弓弦桁架,由铁销固定。
由图片可以看出其结构显得单薄纤细,上部拱形结构的材料是铸铁,其一大亮点是铁销上的菊花图案。
5,东武铁道大谷川桥梁该桥位于枥木县今市市,于1919年竣工。
桥长307m,跨径为2*30.48m+8*31.85m,主构为梯形桁架。
6,神子畑铸铁桥该桥位于兵库县,1885年竣工。
桥长16m桥宽3.6m,跨径为14.45m。
结构形式为上承式拱桥。
铸铁材料的桥在日本已残存不多,所以该桥也是重要的文化财产之一。
7,揖斐川桥该桥位于岐阜县,于1887年竣工。
桥长321.7m,桥宽4m。
,跨径为5*36.4m。
结构形式为梯形桁架。
8,伊达桥该桥位于福岛县,竣工于1979年。
桥长263.31m,桥宽2.5m,跨径3*30.18+60.36+60.4+30.18+21.81m,蓝色显示跨结构为熔接构造,其余跨为铁销固定。
9,二重桥该桥位于东京都,竣工于1963年,桥长25.5m,桥宽10m(车道8m+人行道2*1m),跨径为24.44m,为上承式拱桥。
该桥位于皇居正门前,在皇居广场,还能看见一座两跨的石拱桥,故曰二重桥。
两桥与周围的秀丽景色融为一体,因德川家康曾居住于此,其历史意义也非同小可。
(皇居前的石拱桥)10,第一松木川桥该桥位于枥木县,竣工于1914年,桥长56.45m,跨径为2*22.25m+9.601m,单向车道,上部结构为板梁,下部为炼铁制桥墩。
少数主梁桥少数主梁桥是通过采用大跨度的合成桥面板或PC桥面板,达到减少主梁数目,并使横梁,风撑结构简素化以至于省略的新形桥梁。
近年来已经成为一种常见的钢桥形式。
适用于曲率半径大于700米的场合,经济跨径30到80米。
特长:由于采用合成桥面板或PC桥面板,提高了桥面板的跨度。
合成桥面板的底钢板同时兼做混凝土的模板。
现场打设的PC桥面板或工厂预制的桥面板均可对应。
由于桥面板跨度的增大,减少了主梁数目。
横梁的间隔也达到10米程度,横梁可以直接使用型材。
通过桥面板抵抗横方向的荷重,省略了下风撑。
除去强风地域,一直到70米均可保证抗风安全性。
跨径再大的话需要对抗风做特别的考虑。
狭小箱梁桥狭小箱梁桥的主梁比从前的箱梁窄,翼缘的板厚较大,纵向加强肋的设置个数少,省略了横向加强肋,并且通过使用大跨度的合成桥面板,PC桥面板,简化了床组结构。
适用于曲率半径大于300米的场合,经济跨径60-110米。
特长:纵加强肋的设置个数大大减少,或者省略横加强肋。
较大跨径时,虽然箱梁断面较宽,箱内结构也可以简素化。
例如最大跨径97.6米,梁高3.1米,腹板间隔2.5米的狭小箱梁,但纵加强肋只设了一处。
当上下线一体化时狭小箱梁开断面箱梁桥适用于曲率半径大于300米的场合,经济跨径50-90米。
当上下线一体化时开断面箱梁合理化钢床板少数I梁桥适用于曲率半径大于700米的场合,经济跨径60-110米。
采用大尺寸的U形加强肋。
合理化钢床板少数I梁桥采用了较厚的钢桥面板,增强了耐久性。
合理化钢床板少数I梁桥与从前桥梁的比较。
合理化钢桁架桥与从前的钢桁架桥相比,省略了支持桥面板的纵梁和牛腿等床组结构,采用了适用于大跨度的合成桥面板或PC桥面板。
通过桥面板抵抗横向荷载,省略了上风撑。
结构简素化钢桥从前日本的钢桥,为了最大限度上节省材料,结构做的过分复杂。
但由于总成本中材料费用比重的下降,制作安装费用比重的上升,钢桥结构上需要做相应的改进。
在工程实践中,日本技术者在工作细节上总有一种复杂化的倾向,不利于降低桥梁的总造价,为此,1998和2003年,日本桥梁建设协会两次发行新的钢桥设计指针,力图使钢桥结构简素化。
与以前相比,主要的改变点:1.在一个部材(节段)内,断面不进行变化。
以前的公路钢桥,在一个节段内,上下翼缘的宽度和厚度都要进行变化。
由于考虑运输问题公路钢桥的节段节段都不太长,截面变化过多,给工厂制造带来很多不便;而且上翼缘宽度变化的话,在打设桥面板混凝土时,模板设置十分麻烦,为此进行了简化。
2。
在全桥范围内,上翼缘宽度不作改变;下翼缘,原则上保持一致,对于连续梁的中间支点附近可根据需要加宽。
3。
通过适当加大腹板板厚,水平加强肋设置一段。
以前有些桥梁设置了两段,并且腹板板厚多次改变。
4。
腹板的连接板,以前多用三块,上下主要抵抗弯矩,中间主要抵抗剪断力,在简素化结构中,只用一块连接板。
5。
各节段翼缘的板厚一般有改变,所以,在连接板处设置板厚调整垫板。
合成桥面板以前日本钢桥的桥面板都是采用RC结构的,RC桥面板跨度能力有限(3米),使得桥梁结构复杂化。
虽然初期设置费用较低,但伴随着交通量的增加和车辆的重型化,RC桥面板受损严重,维护费用居高不下。
为适应新型钢桥主梁间距增加,桥面板跨度增大到6米以上和增加桥面板耐久性的要求,日本的多家钢铁制品公司开发出形式各异的合成桥面板。
合成桥面板的底钢板和侧钢板顺桥方向每段长2米程度,段之间通过螺栓进行现场连接,同时兼有混凝土打设模板的作用。
直桥方向采用钢板,带钢或型钢形成底钢板的加强肋。
在加强肋上方或在加强肋的腹板上开孔设置钢筋网或仅在顺桥方向设置钢筋。
钢桥厂商的资料可参照合成桥面板桥在某些情况下,对桥梁的梁高有非常严格的限制条件。
适用于跨径10米至40米的钢混合成桥面板桥应运而生。
其最突出的特点是高跨比可达1/30至1/42。
用钢量约为200~500kg/m2。
底钢板兼做混凝土打设模板。
为了增强与混凝土的结合性能,在型钢的上翼缘设了突起。
当跨径较大时,先用轻质发泡材料对下半部进行充填,然后才用混凝土打设床板。
设计时一般用梁格法,主要结构的结构重力由合成前的钢断面单独承担,路面铺装,护栏等的结构重力及汽车荷载由钢和混凝土的合成后的断面共同承担。
进一步的资料可参照http://www.kawatetsu-bs.co.jp/kcsb.htm钢混合成梁桥钢混合成梁桥依靠钢主梁和混凝土桥面板(或合成桥面板,预应力混凝土桥面板)合成后的截面共同承受荷载,充分发挥了材料的特性,提高经济性。
在上世纪60年代,在钢混合成梁桥在日本被广泛采用。
但有些技术问题还未得到很好的解决,桥面板的耐久性比较差,随着交通量的增加和汽车荷重的加大,桥面板常受到损伤;在连续梁的中间支点附近桥面板受到负弯矩,而防水层的性能尚不足。
由于桥面板也是主要承重构件,桥面板的损伤给交通安全带来较大隐患。
所以到了70年代以后,大家都对合成梁桥敬而远之。
但近些年来,随着技术的进步,伴随着PC桥面板,合成桥面板的开发,桥面板的耐久性问题得到解决;并且简化了原来一些过分复杂的结构,现在的所谓PC桥面板,是指在横桥方向是PRC构造,在顺桥方向为RC构造。
合成梁桥又重新活跃起来。
合成梁桥在设计过程中,需考虑各阶段构造体系的变化,应力逐步叠加。
在混凝土截面合成以前,钢梁及混凝土构件的恒载,全部由钢梁承担。
合成以后的桥面荷载,汽车荷载,混凝土徐变,干燥收缩,温度差等由合成后截面共同承担。
但对于中间支点附近(左右各0.15倍跨径范围内)的汽车荷重项,由于桥面板受到拉应力,不考虑混凝土的刚性,仅考虑钢梁及混凝土床板中钢筋的合成作用。
钢桥的节段与断面变化钢桥的一个好处是制作在工厂进行,使得现场作业时间得以短缩。
中间的运输问题,对于大江大河上的桥梁可以通过水路运输,但对于一般的公路桥梁,须通过公路运输才能将在工厂制作好的节段运到现场,公路的运输能力在相当程度上决定了钢桥的规模。
日本公路运输中货物高最大为3.15米,考虑钢梁上翼缘上与桥面板起结合作用的剪力键的尺寸,钢梁高只能做到2米9的程度,长度控制在10米程度,每个节段的重量限制在20吨以内。
在钢桥设计阶段,须充分考虑节段的外形尺寸与运输重量,并妥善处理好节段位置与横梁以及(箱梁的)横隔板的关系。
对于一般的钢梁桥,考虑到制作,运输,架设上的方便,梁高不像混凝土或预应力混凝土梁桥那样采用变化值,即使是跨径各异的连续梁桥,全桥也采用统一的梁高。
对于组合I形梁桥的翼缘宽度,上翼缘在全桥范围内保持一致,连续梁桥的下翼缘宽度如有必要,仅在支点处进行扩大,各跨内保持不变。
从前的钢桥,为了节省一点点钢材,断面变化次数过多。
考虑到一个节段的长度也就10米来长,除了在连续梁中间支点所处的节段在必要时设置断面变化外,一般情况下,一个节段采用一个断面。
除连续梁中间支点所处节段外,一般情况下,全桥的腹板厚度尽量少变化。
翼缘的厚度在节段连接处发生改变,通过设置板厚调整垫板,使得连接板左右两侧厚度一致。
由于中日两国的汽车荷载不同,为说明前面介绍过的钢桥的形式,跨径,梁高等内容在国内的适应性,特将日本的汽车荷载做一简单介绍。
而且,在此汽车荷载上,国内的新规范JTG D60-2004的规定与日本的现行的公路桥梁规范有趋同的方向,了解日本的规范中相关的规定,对国内规范中的汽车荷载的理解也会起到一定的帮助作用。
日本的汽车荷载分为B活荷重和A活荷重,类比与中国的公路Ⅰ和公路Ⅱ,一般的公路都是按B活荷重设计的。
汽车荷载由L荷重和T荷重组成,类比与中国的车道荷载和车辆荷载。
以下仅对L荷重作进一步的介绍。
L荷重由p1荷重和p2荷重组成,类比与中国的车道荷载的集中荷载和均布荷载。
p1荷重是模拟大型车辆的,p2荷重是模拟中小型车辆的。
桥梁上仅考虑一组大型车辆的作用。
与中国规范不同的是,日本的p1荷重和p2荷重都是面分布荷重。
p2荷重沿全桥分布,p1荷重的载荷分布长为10米(B活荷重时)L荷重是按影响线方法加载的,在这一点上思路一样。
在计算剪力效应上,p1荷重考虑1.2的放大系数,这一点思路也相同。
在横桥向上,5.5米范围内加载主荷载荷重,即上面介绍的荷重,在5.5米范围外,加载从荷载荷重,大小为主荷载荷重的1/2。
这一点类比于中国的横向折减系数。
在横桥向上也是按照影响线方法加载的。
由于p1荷重和p2荷重都是面分布荷重,这样有一个好处,桥梁的幅员变化时,不必考虑车线的设置情况,直接按实际的桥面面积加载。
不论是曲线桥的幅员变化,还是高速道路上设置紧急停车带,都可以按实际情况设置荷载。
而且由于是面荷载,在设计时一次就考虑了纵向分布和横向分布两个方向的影响。
对于主梁的扭矩作用也可以如实地体现。
虽然p1荷重是面分布荷重有载荷长10米的规定,但并仅限定于矩形分布,这一点对曲线桥,斜桥就有适应性了。
P2荷重也类似,按照桥面的实际形状分布。
在横桥向上,虽然主荷载荷重的宽度为5.5米,但并不意味着日本车线的幅员是2.75米,即使在主要干线道路上,车线的幅员为3.50米,主荷载荷重的宽度也是5.5米。
由于p1荷重和p2荷重都是面分布荷重,可以完全按照桥面的实际形状而又没有太多手工计算量,在实际工程中十分方便。
否则,设计起梯形桥面,斜桥,曲线桥,分合流出幅员变化,紧急停车带等幅员变化时会比较麻烦。
而这些结构的设置情况,一般不是桥梁结构师所能决定的。
附件中的插图摘自日本的公路桥梁设计规范---道路桥示方书同解说日本的桥梁用钢材桥梁结构用钢材的最小板厚为8毫米,但抗腐蚀环境良好的情况下,钢桥面板的U形加强肋的板厚可以小到6毫米。
最大板厚到100毫米。
按照强度区分分为4大类:SS400,SM400,SMA400W的屈服强度均为235N/mm2,其中SS400限定为非焊接结构使用,SMA400W为耐候钢材可以免于涂装。
SM490的屈服强度为315N/mm2,强度比SM400提高不多,使用不是太广泛。
SM490Y,SM520,SMA490W的屈服强度均为355N/mm2。
一般情况下,当SM400不能满足强度要求时就提高材质到SM490Y,使用相当广泛。
注意,SM490Y与SM490是两种强度的钢材,但SM520与SM490Y是相同强度的材料。
SMA490W为这一系列中的耐候性品种。
SM570和SMA570W的屈服强度为450N/mm2,在通常的桥梁钢材里属于高强度钢,在桥梁里应用也比较广泛。
但其变形能力有一定程度的降低,加工时也困难一些,在材料统计时需特别列出。
SMA570W为这一系列中的耐候性品种。
以前,在各个强度系列的钢材中,板厚超过40毫米,强度有所降低,近年来,屈服点固定的钢材普遍使用,即使是厚板,也取与薄板相同的强度。
另外,还有高强度的调质钢HT690和HT790,桥梁设计规范中并未列入,仅使用于特大型桥梁。