整体式钢箱梁桥的设计要点及流程
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钢箱梁施工技术及控制要点1. 引言钢箱梁作为大跨度连续桥的一种重要结构形式,在桥梁工程中应用广泛。
这种桥梁具有刚度大、强度高、使用寿命长、施工周期短等诸多优点,因此备受工程师和设计师的青睐。
本文将介绍钢箱梁施工技术及控制要点,包括梁体制造、运输、吊装等方面的技术细节和注意事项。
2. 钢箱梁制造钢箱梁制造是钢箱梁施工的第一步。
在制造过程中,需要考虑到以下要点:2.1 材料的选择钢箱梁的材料一般采用高强度钢材,这种钢材的特点是强度高、耐腐蚀、成本适中。
在选择材料时,需要严格按照设计要求和强度要求进行选择。
2.2 成型工艺钢箱梁的制造成型工艺主要包括切割、焊接、钻孔、抛丸等工序。
在这些成型工艺中,需要用到先进的材料加工设备和技术。
同时,在制造过程中,需要严格按照设计图纸和施工规范进行操作,确保梁体的质量和准确度。
2.3 质检和验收钢箱梁的制造完成后,需要进行质检和验收。
这主要包括外观质量、强度性能、尺寸精度等方面的检测。
只有通过了这些检测,才能确保梁体的质量和使用寿命。
3. 钢箱梁的运输和起吊3.1 运输钢箱梁的运输一般采用大型物流专业公司进行,由于梁体较大,运输过程中需要注意以下问题:•运输车辆的选取和数量要合理,以确保梁体能够安全到达目的地;•梁体需要采取固定措施,避免在运输过程中发生位移和损坏;•运输线路需要提前规划和检查,避免在运输过程中出现交通拥堵、狭窄的道路和桥梁等情况。
3.2 吊装钢箱梁的吊装是钢箱梁施工的关键环节。
在吊装过程中,需要注意以下问题:•预先安排好吊点和吊具,确保吊点和吊具的强度和稳定性;•吊装人员需要经过专业培训和考核,掌握专业技巧和操作要点;•吊装过程需要有专业巡检人员和现场监控人员,随时掌握吊装过程中各项参数的变化。
4. 钢箱梁的防护措施由于钢箱梁在施工和使用过程中都容易受到环境的影响,因此需要采取一系列的防护措施。
这些措施主要包括:•防腐处理:钢箱梁施工完成后,需要对梁体进行防腐处理,以延长其使用寿命;•喷涂防水剂:在使用过程中,需要对钢箱梁进行喷涂防水剂,以防潮湿和腐蚀;•定期检查和维护:定期对钢箱梁进行检查和维护,及时发现并处理存在的问题。
钢结构桥梁整体设计技术钢结构具有轻质、高强,抗拉、抗压性能强等优势,因而在我国桥梁建设中应用十分广泛,钢结构桥梁整体性能的好坏,与其整体设计密切相关。
文章阐述了钢结构桥梁整体设计相关理念,基于关键技术,探讨了桥梁整体设计优化策略。
引言中国钢结构桥梁的发展,近年来取得了骄人的成绩,南京三桥、苏通大桥、昂船洲大桥的建造,表明在大跨径桥梁上钢结构的优势越来越明显。
桥梁是为满足交通功能的建筑物,现代桥梁钢结构由结构钢加上单元经焊(栓)连接组成为复杂的受力系统,有明确的承载安全和服役耐久性要求。
一、钢结构桥梁整体设计理念概述钢结构的特点是质量轻,强度高,并且具备其抗压以及抗拉等相关优点,对于混凝土结构而言,其外观更为直观,强度等级更高。
在我国,钢结构桥梁应用十分广泛。
因为作为钢结构的施工而言,其施工周期短。
钢结构桥梁主要应用在:①城市立交桥段,尤其是交通要道处,如果采用混凝土桥,必然增加施工周期,对于现场交通不能较好地维护。
②大跨径海、江、河桥梁(长江大桥、杭州湾大桥等),因为大跨径的要求下,只能考虑钢结构,因为如果采用混凝土结构,根本满足不了大跨径要求。
1.1钢结构整体设计目标我国桥梁钢结构的设计使用年限为100年,与国际标准(BS5400,EUROCODE)基本一致。
完整性设计的目标是确保结构在使用年限内的可靠与安全。
桥梁钢结构的完整性设计由荷载、材料性能、结构细节构造、制造工艺、安装方法、使用环境及维护方式等多种因素所确定。
设计除对结构、构件连接及构造细节按常规考虑强度、刚度要求外,尚需对损伤与损伤容限、断裂与抗断裂作出评定。
1.2钢结构损伤及损伤容限钢结构从材料加工过程到服役期不可避免的会在内部和表面形成和发生微小缺陷,在一定外部因素(荷载、温度、腐蚀等)作用下,这些缺陷不断扩展与合并形成宏观裂纹,导致材料和结构力学性能劣化。
对桥梁钢结构而言,完整性和损伤是相对应的,损伤程度将会对结构的完整性带来影响,损伤极限则是结构的失效。
钢结构桥梁整体设计技术钢结构具有轻质、高强,抗拉、抗压性能强等优势,因而在我国桥梁建设中应用非常广泛,钢结构桥梁整体性能的好坏,与其整体设计亲密相关。
文章阐述了钢结构桥梁整体设计相关理念,基于关键技术,探讨了桥梁整体设计优化策略。
引言中国钢结构桥梁的发展,近年来取得了骄人的成果,南京三桥、苏通大桥、昂船洲大桥的建筑,表明在大跨径桥梁上钢结构的优势越来越明显。
桥梁是为满意交通功能的建筑物,现代桥梁钢结构由结构钢加上单元经焊(栓)连接组成为复杂的受力系统,有明确的承载安全和服役耐久性要求。
一、钢结构桥梁整体设计理念概述钢结构的特点是质量轻,强度高,并且具备其抗压以及抗拉等相关优点,对于混凝土结构而言,其外观更为直观,强度等级更高。
在我国,钢结构桥梁应用非常广泛。
因为作为钢结构的施工而言,其施工周期短。
钢结构桥梁主要应用在:①城市立交桥段,尤其是交通要道处,假如采用混凝土桥,必定增加施工周期,对于现场交通不能较好地维护。
②大跨径海、江、河桥梁(长江大桥、杭州湾大桥等),因为大跨径的要求下,只能考虑钢结构,因为假如采用混凝土结构,根本满意不了大跨径要求。
1.1钢结构整体设计目标我国桥梁钢结构的设计使用年限为100年,与国际标准(BS5400,EUROCODE)基本全都。
完整性设计的目标是确保结构在使用年限内的牢靠与安全。
桥梁钢结构的完整性设计由荷载、材料性能、结构细节构造、制造工艺、安装方法、使用环境及维护方式等多种因素所确定。
设计除对结构、构件连接及构造细节按常规考虑强度、刚度要求外,尚需对损伤与损伤容限、断裂与抗断裂作出评定。
1.2钢结构损伤及损伤容限钢结构从材料加工过程到服役期不可避免的会在内部和表面形成和发生微小缺陷,在一定外部因素(荷载、温度、腐蚀等)作用下,这些缺陷不断扩展与合并形成宏观裂纹,导致材料和结构力学性能劣化。
对桥梁钢结构而言,完整性和损伤是相对应的,损伤程度将会对结构的完整性带来影响,损伤极限则是结构的失效。
一、钢箱梁施工监理程序方法(一)作好钢箱粱崩作及安装单位的考察与选择就北京地区来说,钢箱梁的制作与安装是总包单位按照合同要求分包给有专业资质的施工队伍的,总包单位把各钢箱梁分包单位的资料上报到总监理工程师办公室,供监理选择与确定,有关人员先检查各家分包单位的资料,内容如下:①钢箱梁制作与安装的厂家是否在资质允许的范围内;②分包单位的营业执照是否经过当年年检;③安全生产许可证是否齐全,是否在有效期内;④环境管理体系是否经过认证,是否在有效期内;⑤以上法定证件资料齐全的情况下,再查分包单位近五年来的业绩中是否有工程与现有工程相似;⑥分包单位主要管理人员和技术人员的资质是否满足工程要求;⑦分包单位提供的机械设备、仪器是否和该工程所需机械设备、仪器型号相符;⑧分包人的财务状况是否能够满足工程的需求,主要查上年的资产负责表和损益表。
如果分包单位的资料满足监理要求,再去考查分包单位,内容如下:①所需的机械设备是否齐全和完好、是否和上包的资料一致:②现场同类钢箱梁的制作质量:③现场制作场地是否能够满足本箱梁的制作要求;④现场技术人员持证上岗情况等及特殊工种人员持证情况。
以上检查内容都满足的情况下,总监理工程师方可同意分包。
(二)审查制作工艺及安装旅工组织设计审查施工组织设计是监理工作事前控制和主动控制的重要内容.钢箱梁工程要针对制作阶段和运输安装阶段分别编制制作工艺和运输安装施工组织设同时要含有安全施工和环境保护的措施内容,其中制作工艺内容应包括制作阶段各分项的质量标准、技术要求及为保证产品质量制订的具体措施.运输与安装施工组织设计内容应包括运输路线的选择及吊装机械的选择等。
监理工程师审查重点是钢箱梁制作及安装质量是否有可靠、可行的技术组织措施。
1、把好原材料关监理工程师必须严把材料关,详细检查材料厂家的质量证明文件,满足要求后进行尺检,查允许误差是否在许可范围之内。
根据规范要求,监理工程师要做见证试验和抽检试验,合袼后方可批准施工单位材料进场。
桥梁工程中的钢梁设计与施工桥梁是连接两岸的重要交通纽带,其承载能力和安全性直接关系到人们的出行和生活。
而在桥梁的设计与施工中,钢梁作为重要的构件起着至关重要的作用。
本文将对桥梁工程中的钢梁设计与施工进行探讨。
一、钢梁设计1. 钢梁选材钢梁的选材是设计的基础,合适的钢材应具备高强度、耐腐蚀性、抗疲劳性以及良好的可焊性。
常见的钢材包括普通碳素结构钢、低合金高强度钢和高强度钢等。
根据桥梁的跨度和荷载要求,选择适当的钢材是确保桥梁结构安全可靠的前提。
2. 钢梁结构设计钢梁的结构设计需要考虑到桥梁的跨度、荷载、变形、稳定性等因素。
常用的钢梁结构形式有梁板式、箱型、梁槽式、悬臂式等。
结构设计需要通过力学分析、有限元分析等方法来确定合适的梁形和截面尺寸,以满足承载能力和变形要求。
3. 钢梁连接设计钢梁连接设计是确保桥梁整体稳定性和刚度的关键。
常见的连接方式有焊接连接、螺栓连接和挤压连接等。
在设计中,应根据桥梁的荷载特点和使用环境选择合适的连接方式,并对连接部位进行强度及刚度计算,以确保连接的可靠性。
二、钢梁施工1. 制梁厂预制钢梁在桥梁施工中通常采用预制方式,即在制梁厂按照设计要求进行加工和焊接,以保证质量和工期。
制梁厂应具备良好的设备和工艺条件,严格控制焊接质量,提高钢梁的整体强度和可焊性。
2. 运输和吊装制梁完成后,钢梁需要运输到施工现场进行吊装。
运输过程中需要注意保护钢梁的表面免受损伤,并采取适当的固定措施,避免转弯和震动对梁体产生影响。
吊装过程中应使用合适的吊装设备和吊具,保证吊装的安全和平稳进行。
3. 钢梁安装和调整钢梁安装是桥梁工程的重要环节,需要按照设计要求进行精确的定位和调整。
在安装过程中,应注意控制安装误差,保证梁端的垂直度和水平度。
同时,对于大跨度桥梁,还需要进行钢梁的预应力调整,以确保整体结构的稳定性和承载能力。
4. 钢梁的防腐保护钢梁施工完成后,需要对其进行防腐保护,以延长使用寿命和保持良好的外观。
钢桥施工技术——钢箱梁桥钢箱梁(图6.4.1)桥是钢桥结构中的另一种形式,它的截面形式分为矩形和梯形。
其截面的基本部分由四块钢板上、下翼缘板及两侧腹板焊接成封闭式箱形。
当需要增设横向排水坡时,可将上翼缘板的截面中心向两侧做成斜坡,同时为了增强钢梁的整体性,提高梁体抵抗失稳的能力,在其箱内增设了框架横联或横向联结系。
为保证支座反力传递,支座处的横联也应予以加强。
图6.4.1 钢箱梁箱形梁既有一般梁部结构的共性,同时,由于它是由薄壁板组成的箱形整体结构(闭合的薄壁结构),因此又具有其固有的特性:(1)具有良好的力学性能。
箱形梁是一种闭合形薄板结构,不但具有良好的整体性,而且纵横向刚度和抗弯刚度也较大。
在竖向荷载作用下,其纵向加劲肋能作为主梁截面的组成部分共同工作,上缘板作为桥面板,将荷载传递给腹板;在对称的竖向荷载作用下由主梁的上下翼缘承受弯曲力矩,在偏心竖向荷载作用下,上翼缘作为钢梁箱形面的组成部分,抵抗弯曲和扭转;在横向水平荷载作用下,上、下翼缘作为平纵联传递横向水平力,整个腹板及其上加劲肋能很好地共同作用。
总之,无论是对竖向荷载或横向水平荷载,箱形梁都是按立体结构承受外力的,这就有利于发挥箱形梁各部件的作用。
(2)节约钢材。
箱形梁具有良好的力学性能,能使材料的性能得到充分发挥,有利于采用高强度钢材,避免了采用厚钢板,从而达到了节约钢材的目的。
(3)在一定条件下,箱形梁具有较好的适应性。
在一定跨度范围内,箱形钢梁可以根据需要制成各种形式的钢梁,如大跨度曲线形梁、低高度梁、双线或多线箱梁、与预应力混凝土桥面做成结合梁等。
(4)结构重量轻,构造简单,有利于焊接、拼装,并能减轻劳动强度。
(5)表面平整,外形简洁,便于防锈和养护维修。
(6)箱形梁有整体桥面,比较安全。
第二次世界大战后,钢箱梁的应用迅速发展,钢箱截面可做成连续梁,也可作为斜拉桥、悬索桥的加劲梁,还可做成钢箱拱,应用非常广泛。
一、箱梁构造箱梁截面一般由顶板(桥面板)、腹板、底板、纵横向加劲肋、横隔板构成。
钢箱梁人行桥施工重点难点分析及处理措施摘要:钢结构是一种新型的节能环保的建筑体系,被誉为21世纪的“绿色建筑”。
随着我国经济的飞速发展,有越来越多的结构采用钢结构。
本文通过分析钢箱梁人行桥的施工重点难点,并提出科学合理的施工工序,工艺来指导施工。
关键词:钢箱梁结构、施工工序、施工工艺、钢箱梁吊装、质量控制;一、引言钢结构的特点是强度高、自重轻、整体刚度好、变形能力强,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜;材料匀质性和各向同性好,属理想弹性体,最符合一般工程力学的基本假定;材料塑性、韧性好,可有较大变形,能很好地承受动力荷载;建筑工期短,其工业化程度高,可进行机械化程度高的专业化生产;钢结构易于塑造优美的结构外形。
因此,对于有景观要求的人行桥大量采用钢结构制造。
二、钢箱梁人行桥施工难点、重点分析1、典型钢箱梁人行桥结构组成。
主梁采用箱型闭合连续钢箱梁,梁高为1.5m,人行梯道采用连续钢箱梁,梁高为0.5m。
梯道钢箱梁与主梁采用焊接连接。
人行桥主梁总宽度为5m,横断面布置为:0.25m(护栏)+4.5m(净宽)+0.25m(护栏)。
桥面纵横坡:桥面纵坡最大为1.86%;桥面横坡:1.5%,双向坡,横坡通过钢箱梁顶板弯折形成。
钢立柱直径:主桥每个桥墩一根立柱:直径920mm(内灌注C25微膨胀混凝土);梯道每个桥墩一根立柱:直径630mm(内灌注C25微膨胀混凝土)。
图1 钢箱梁人行桥典型截面2、施工难点、重点。
①钢箱梁施工时,精确的测量、放样是整个工程精度的必要保障,从初始放样到施工过程中的放样测量,在外界环境影响下,控制支墩中心点位的精度和相邻两支墩中心点位的相对精度,是钢箱梁施工放样测量的难点。
钢箱梁线形控制精度高。
钢箱梁为曲线连续梁,在现场拼装时需要同时保证成桥平曲线线形和竖曲线线形,按线形制造精度要求高,控制难度大。
钢箱梁安装在既有线路上跨线施工,施工过程要求各主要道路交通运营不能中断,尽量减少各类扰民的因素,这对现场安装的施工组织提出了更高的要求。
桥梁钢结构设计要点分析摘要:随着我国社会经济水平的不断提升,我国交通运输业发展的脚步逐渐加快,桥梁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,设计施工呈一体化实践模式,钢结构在高架桥、立交桥中的应用增多,文章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。
关键词:桥梁;钢结构;设计要点引言随着我国经济的不断发展,科学技术也取得了一定的进步。
在我国,公路桥梁工程技术水平得到了显著提升,在城市现代化建筑的建造中,钢结构已成为目前应用最为广泛的一种结构形式。
1钢结构桥梁概述近年来,我国经济快速发展,基础设施建设得到了有效提升,高速公路、高速铁路等方面的迅速发展,对我国的运输系统起到了很大的推动作用。
钢结构是以钢制材料组合而成的,是一种主要的建筑形式,它的结构形式以钢梁、钢柱等为主体,这些主体都是以钢板制作而成,其次还采用焊接、螺栓等多种形式对钢梁和钢柱进行了连接,同时由于其易弯曲、承载力强、操作简单等优点,在国内的公路桥梁工程中得到了广泛的运用。
钢桥梁的主体构造主要有钢结构桥面和工厂斜拉锁型钢塔,钢塔主要是由几个大小不一的单独的钢箱连接起来,而隔板和加强筋则位于箱体之内,由几个结构相似的桥面箱组合而成的就是钢结构桥面,桥面内部是由箱体加强U肋、隔板、两侧斜腹板、底板和盖板组成和而成。
2桥梁钢结构设计要点2.1桥梁钢结构耐久性设计桥梁钢结构的耐久性主要决定于钢结构表面的防腐涂装,像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,设计人员根据钢桥保护涂装中的标准要求,对比防腐条件下的涂层厚度、防腐年限及防腐涂料类型,选用适合的防腐涂料,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→静置熟化→喷涂、刷涂→第一道涂装→下一道涂装→环评分析→修补涂膜。
第五章:钢箱梁桥第一节:钢箱梁桥的结构形式与总体布置一:结构形式单箱单室箱梁桥双箱单室箱梁桥具有3个以上腹板的单箱多室箱梁桥倾斜腹板的倒梯形箱梁桥双箱单室箱梁桥多箱单室箱梁桥扁平钢箱梁桥双箱单室箱梁桥由图可知:当R≥0.5时,板件由稳定控制设计;当R≥0.6时,板件的极限承载力将低于不设加劲肋的箱梁的破坏形式:压皱破坏弯折破坏扭转畸变抗扭转构造抗弯折构造横隔板、加劲肋构造无加劲肋的箱梁横隔板间距与翘曲正应力关系图()()⎩⎨⎧≤-≤≤≤5020114.0506>且日本的经验公式:L L L L L D D三、总体布置:钢箱梁桥上部主要由:主梁、横向联结系、桥面系组成1、主梁:②双箱钢梁桥:①单箱钢梁桥:桥宽较小(3车道以内),可以采用此结构③多箱钢梁桥:不设挑梁设挑梁2、纵梁:目的:当主梁间距较大时,为了减小钢筋混凝土桥面板的跨径、或者提高钢桥面板的刚度,箱梁之间可以设置纵梁。
纵梁布置纵横梁间距与RC桥面板厚度非组合箱梁桥组合箱梁桥纵梁与中间横梁的连接形式:a)腹板搭接;b)腹板对接纵梁与端横梁的连接形式a)腹板搭接;b)腹板对接边纵梁与挑梁的连接形式a)腹板搭接;b)腹板对接3、横梁:对于双箱或多箱结构钢梁桥,为了使得各主梁受力较均匀、支承纵梁和桥面板,往往在箱梁之间设置中间横梁。
为了保证桥梁的整体受力和抵抗偏心荷载和风荷载等产生的扭矩,除了单箱梁桥或多幅完全分离式单箱梁桥之外,必须设置端横梁。
为使得横梁有较好的横向分配效果和支承纵梁,横梁要有足够的刚度。
所以,横梁通常采用下图的实腹式结构形式,梁高一般为主梁高度的3/4~4/5,最好不小于1/2。
横梁还兼作桥面板的横向支承结构,横梁顶面一般与主梁同高。
多箱钢梁桥,往往一个钢箱设置一个支座,箱梁之间用横梁相连。
4、支座及临时支点布置:支座及临时支点布置示意图钢箱梁桥的用钢量与跨径、结构形式、桥宽等许多因素有关。
四、钢箱梁桥的用钢量:简支组合钢箱梁桥简支钢箱梁桥(RC 桥面)钢箱梁桥的用钢量与跨径、结构形式、桥宽等许多因素有关。
整体式钢箱梁桥的设计要点及流程发表时间:2018-09-10T14:50:55.657Z 来源:《基层建设》2018年第22期 作者: 祝国栋[导读] 摘要:本文介绍了整体式钢箱梁的详细构造,并通过工程实例对整体式钢箱梁的传力途径、纵向计算、横向计算、支承加劲肋计算以及构造细节等事项进行了阐述。
上海千年城市规划工程设计股份有限公司 上海 200092
摘要:本文介绍了整体式钢箱梁的详细构造,并通过工程实例对整体式钢箱梁的传力途径、纵向计算、横向计算、支承加劲肋计算以及构造细节等事项进行了阐述。最后总结了整体式钢箱梁构件的计算内容及确定方法。
关键词:钢箱梁桥;构造;设计;计算。
一、整体式钢箱梁的构造 1、总体布置
整体式钢箱梁是由底板、腹板、顶板、横隔板和横肋等构件以焊接方式连接而成,并形成单箱单室或单箱多室的整体式断面形式。
整体式钢箱梁的底板和顶板由横隔板及腹板、横肋等构件联结成整体受力体系。钢箱梁的顶板通常与桥面横坡平行,底板则可与顶板平行或水平向布置。整体式钢箱梁断面示意图如下:
图1 整体式钢箱梁断面示意图 2、底板和顶板的构造形式
整体式钢箱梁底板和顶板由底部和顶部面板与纵向加劲肋组成,纵向加劲肋的作用是防止在纵向弯曲压应力作用下钢板局部失稳。钢箱梁顶板设置纵向加劲肋后,单桥面板成为正交异形板,桥面板抵抗能力大幅增强,使竖向荷载通过桥面板传递到腹板和横隔板上。
纵向加劲肋的主要形式有开口加劲肋与闭口加劲肋两种,两者的区别如下:
由表1可知,顶板的纵向加劲肋主要用闭口加劲肋,但顶板翼缘处非车行道部分处的加劲肋也可采用开口加劲肋。底板的纵向加劲肋主要用开口加劲肋。一般的闭口加劲肋采用U肋,间距一般为600mm左右,开口加劲肋采用平钢板或倒T形截面,间距一般为350mm左右。
3、腹板构造形式
整体式钢箱梁的腹板一般为直腹板和斜腹板两种形式。单箱多室截面钢箱梁中,外侧腹板一般为直腹板或斜腹板形式,腹板与顶板、底板共同组成单箱截面,箱梁内部仓室间多采用直腹板形式。
弯矩和剪力的共同作用下使得腹板产生弯曲应力和剪应力,腹板在过大的弯曲压应力作用下会发生弯曲失稳,需在腹板上设置纵向加劲肋,纵向加劲肋一般采用I肋形式,在腹板受压区范围内设置。腹板在过大的剪应力作用下会发生剪切失稳,需在腹板上设置竖向加劲肋(横肋),竖向加劲肋一般可采用平钢板截面或倒T形截面,横肋纵向间距一般3m左右,腹板纵向加劲一般纵向保持连续,在遇到横隔板与横肋处,开过焊孔通过。
表1 纵向加劲肋的主要形式
4、横隔板构造形式
钢箱梁桥承受荷载作用时,轮载直接作用于箱梁的顶板处,由于活载的偏心加载作用使箱形截面发生畸变而产生了横向弯曲变形,为了减少横向弯曲变形和局部应力过大,需增加截面的整体刚度,通过在箱梁的支点和跨间设置横隔板的措施来提高截面的整体刚度。
横隔板一般全桥纵向均匀布置,支点处横隔板还承受支反力产生的局部荷载,因此必须加强。 4.1中间横隔板形式
中间横隔板被腹板断开,每个箱室一块隔板,与顶底板及腹板焊接。横隔板纵向间距一般3~4m左右,与腹板竖向加劲肋交替布置。每块横隔板中间都设有进人孔,进人孔的孔口边缘设有加劲板,宽度一般100~200mm左右。
4.2支点横隔板形式
支点处的横隔板钢板厚度比中间横隔板钢板厚度要厚,具体厚度及支座横隔板数量由计算确定,一般1~3块,间距0~1000mm左右。支点横隔板横向在两块边腹板之间连续,将中间直腹板断开并焊接在支点横隔板上。支点横隔板与顶、底板共同组成支点横梁,上、下缘有效分布宽度由《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015计算确定。支点横隔板上可不设进人孔,但须设置水平加劲肋及竖向加劲肋以防止弯曲失稳与剪切失稳。 5、悬臂翼缘构造
悬臂翼缘顶板处设置纵向加劲肋,在悬臂最外侧横向约1m宽度范围内,加劲肋形式多为平钢板截面(不受汽车活载),其它宽度范围内,加劲肋多为倒T形截面或U肋。翼缘横隔板与主梁横隔板
及腹板竖向加劲肋对应设置,翼缘板厚度与主梁横隔板相同或略厚,同时亦满足设计受力要求,翼缘板下缘需设置加劲板,宽度200~300mm左右。
二、工程实例
桥梁上部结构采用整体式连续钢箱梁结构,跨径布置为(38+51+38m)。钢箱梁为等高截面,裸梁高度2.4m,本桥双幅布置,其中单幅桥面标准宽度13m,净宽12.74m。采用单箱双室截面,箱梁顶板厚度取16mm,底板及腹板厚度采用14mm,横隔板的纵向布置间距为3m,腹板竖向加劲肋(横肋)纵向布置间距为3m,横隔板和横肋纵向交错布置。顶板纵肋采用U肋及I肋,U肋间距550mm,I肋仅用于翼缘板外边缘;腹板纵向加劲板为I肋;底板加劲板为I肋,间距380mm。钢材材质为Q345qE。标准截面处箱梁横向设双支座,支座中心距3.8m。
桥面铺装层采用8cmC50钢纤维混凝土,5cm SBS改性沥青混凝土AC-16C及4cm SBS改性沥青马蹄脂碎石混合料SMA-13(掺0.25%聚酯纤维),桥面铺装层总厚度为17cm。
钢箱梁断面图如下:
图2 中间横隔板断面示意图
图3 腹板竖向加劲肋断面示意图
图4 支点横隔板断面示意图
钢箱梁顶平面布置图如下:
图5 1/2钢箱梁平面布置图
结构传力路径:桥面板→纵肋→横隔板→腹板→支点横梁→支座。
三、结构计算 1、钢箱梁的纵向计算 1.1主梁体系(第一体系应力)
连续钢箱梁桥,正弯矩跨中处最大,负弯矩支点处最大。桥梁计算可通过单梁模型,得出钢箱梁翼缘处的最大拉、压应力。 1.2桥面体系(第二体系应力)
车轮荷载作用由桥面系直接承受,桥面系上的荷载传递到横隔板。将纵肋及桥面板简化为纵梁,支撑于横隔板上,计算纵梁在荷载作用下的应力;纵肋穿过横隔板保持连续,所以纵肋具有连续梁的特性。本工程中,横隔板纵向间距3m,将纵肋及桥面板组成的纵梁按跨度等于3m的简支梁计算可得到简化纵梁最大压应力;将纵肋及桥面板组成的纵梁当做多跨度3m的连续梁计算可得到简化纵梁的最大拉应力。
顶板加劲肋有U肋和I肋,分别计算两者并取应力值最大者。受压翼缘宽度可按《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015取值,U肋可以将两腹板合在一起,可简化为如下截面形式。
图6 I肋截面 图7 U肋截面
顶板既受第一体系应力,又受第二体系应力,因此顶面总应力应将两者的最大应力对应叠加(拉+拉,压+压);底板仅受第一体系应力,所以纵向单梁模型中的应力即为底板的实际应力。
应力叠加过程如下表所示。
表2 纵向正应力计算结果
根据纵向正应力计算结果,可判断梁高、顶、底板厚度是否合适,根据纵向剪应力结果,可判断腹板厚度及腹板个数是否合适。 2、钢箱梁横向计算 1.1中间横隔板计算
中间位置横隔板横向受弯,可简化为简支于腹板间的简支梁,截面可简化为为工字型截面,顶底板宽度按《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015确定。注意车辆荷载要按最不利位置加载。
图8 横隔板加载示意
图9 横隔板计算断面
图中,q1+q2为自重荷载+二期恒载,p1为车辆荷载的车轮作用点。
根据正应力大小可判断横隔板间距是否合适(横隔板的间距影响顶、底板有效宽度);根据剪应力大小可判断横隔板厚度是否合适。 1.2支承横隔板计算
支承横隔板主要承受腹板传递的集中力,支承横隔板横向受弯,简化为简支于支座处的简支梁进行计算。本工程支承横隔板为单根横隔板组成,因此计算截面可简化为工字型截面。集中力大小为支点处腹板所受的剪力值。
图10 支承横隔板加载示意
图11 支点横梁计算断面
根据支点横梁正应力大小可判断横梁腹板(即横隔板)间距、顶底板厚度是否合适(在支点处顶底板会加厚),根据支点横梁剪应力可判断横梁腹板厚度及横梁腹板个数是否合适。 1.3钢箱梁悬臂翼缘计算
计算弯曲应力时,悬臂翼缘可简化为一端固结一端自由的悬臂梁,,截面取工字型截面,顶板按《公路钢结构桥梁设计规范》JTGD64-2015计算其有效宽度。
图12 悬臂横隔板加载示意
图13 悬臂横隔板计算断面
图中,q1+q2为自重荷载+二期恒载,p1为车辆荷载的车轮作用点。
根据正应力可判断底板宽度及厚度是否合适,根据剪应力判断横隔板厚度及高度是否合适。注意翼缘横隔板被纵肋削弱的部分很大,剪应力不应过高。 3、钢箱梁支承加劲肋的计算
钢箱梁支承加劲肋承受竖向支反力的作用,支承加劲肋需验算竖向应力以及局部承压应力,计算内容如下。
式中,RV为支座反力;As为横向加劲肋截面积之和;tD为腹板厚度;Beb为腹板局部承压有效宽度,考虑支点板的45°的扩散作用Be=B+2(tf+ tb);B为支座垫板宽度;tf为下翼板厚度,tb为支座垫板厚度。Bev为腹板有效宽度。
四、细部构造 1、翼缘处纵向加劲肋的焊接
翼缘处横隔板高度较小,并且还要开孔以保证纵向加劲肋穿过,因此在开孔截面横隔板的剪力将大大增加。为了防止剪力过大,翼缘处纵向加劲肋与横隔板间的焊接须增加焊接垫板,以增大横隔板的受剪面积。 2、支承加劲肋的布置
支承加劲肋的布置不仅与计算有关,同时也与支座的螺栓位置有关,在考虑支承加劲肋的横向间距时,应注意不要与支座的螺栓位置冲突。 3、顶底板及腹板的加厚区长度
在支点横梁的计算中,箱梁顶、底板作为截面的一部分参与了计算,为了减小支点横梁的应力,参与计算的顶底板会适当加厚,其厚度大小由应力控制,加厚长度应大于参与计算的有效宽度的长度;箱梁剪应力在支点处最大,为了减小最大剪应力,支点处的腹板也会适当加厚。
五、小结 1、整体式钢箱梁构件的计算内容及确定方法
表3 钢箱梁构件的计算内容