钢结构桥梁设计及思考、设计经验总结.docx
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1、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、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800m钢桁梁斜拉
2、桥(72+72+76+800+76+72+72)=124Om双塔双索面半漂浮体系的混合梁斜拉桥,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,横向两片主桁,中心间距为27.0m,桁高7.0m,节间长度为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100Om钢桁梁悬索桥主桥采用单跨100Om双塔钢桁梁悬索桥。主桁架采用华伦式,中心距36m,桁高7.5m,小节间长度7.5m,两节间设一吊点,4节间作为一节段整体吊装,标准吊装节段长度30m,端吊装节段14.2m,跨中吊装节段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
3、,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。1、钢板组合梁桥云南某高速公路项目全长107Km,所在区域位于高烈度地震区,基本地震动峰值加速度.30.4g,多座桥梁采用30m-50m钢混组合梁通用图设计。0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福一起预制
4、吊装,形成工字梁组合断面。0架设方案施工:采用桥面吊机将两片钢梁和桥面板组成一福后,整体预制吊装架设。0负弯矩区结构设计关键技术0抗拔不抗剪连接新技术对于负弯矩区段,应用清华大学聂建国院士的创新技术-抗拔不抗剪连接新技术,有效解决负弯矩区开裂的难题。2、波形钢腹板组合梁桥目前,湖北境内公司已完成波形钢腹板组合梁桥共计6座,主跨跨径范围为70m110m,在甘肃、广东珠海分别完成各一座,主跨跨径分别为100m和160m,组合箱梁均为变截面,悬臂浇筑施工。0波形钢腹板组合梁桥设计关键技术1、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状。波形钢腹板在纵向由于折皱效应,其纵向抗拉压刚度小,
5、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。2、折形腹板间的连接临时栓接+焊接形式3、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。4、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: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U对部版预制T梁和小箱梁指标统计:云南、陕西等高速组合梁指标统计:一组高速钢板组
6、合梁与T梁、小箱梁上部结构重量比较表:通过以上表对比可看出:30m跨组合梁总重相比T梁减轻36%,40m跨组合梁总重相比T梁减轻41%,50m跨组合梁总重相比T梁减轻43%。同时高速抗震结构内力分析对比:由上表可知,相比混凝土T梁,上构采用组合梁,E1、E2地震作用下桥墩内力大幅降低,降低比例为11.5%26.8%。因此,在高烈度地区,上部结构采用组合梁形式更具优势。U高烈度地震区高速钢混组合梁经济性:从经济性上看,对于地震动峰值加速度0.4g的情况,由于上部组合梁支承反力的减小,地震作用下结构内力大幅减少,总体上组合梁造价低约8.2%左右,具有优势。u一般地区陕西高速钢混组合梁经济性:综合上
7、、下部结构后,总体上40m、50m钢混组合梁较预制T梁造价分别增加了13.1%、18.9%ou70-160m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,钢材用量增加40%左右,同时下部结构总量可减少20%左右;u在75130m跨径范围内,波形钢腹板与连续刚构经济性相当;u在130160m范围内,波形钢腹板造价高约13%;u另外考虑到波形钢腹板桥梁抗扭性能较弱,对跨径9016Om范围的曲线桥梁,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:0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势明显、应该优先选用
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