鋼桁梁橋綜述

1、摘要：本文通過查閱整理國內外相關資料，總結闡述了鋼桁梁橋的特點、發(fā)展情況、施工方法及未來發(fā)展趨勢，并對現(xiàn)今用在鋼桁梁橋中的整體式節(jié)點和正交異性板進行了探索。關鍵字：鐵路鋼桁梁橋發(fā)展情況整體式節(jié)點正交異性板一、前言鋼橋由于其材料高強度、高彈性模量而構件相對較輕，施工比預應力混凝土橋輕盈和方便等特點，大量使用在大中跨度的橋梁上。其中，鋼桁梁橋由桁架桿件組成，盡管整體上看鋼桁梁橋以受彎和受剪為主，但具體到每根桁架桿件則主要承受軸向力。與實腹梁相比是用稀疏的腹桿代替整體的腹板，從而節(jié)省鋼材和減輕結構自重，又由于腹桿鋼材用量比實腹梁的腹板有所減少，鋼桁梁可做成較大高度，從而具有較大的剛度及更大的跨越能力

2、。本文通過查閱整理國內外相關資料，總結闡述了鋼桁梁橋的特點、發(fā)展情況、施工方法及未來發(fā)展趨勢，并對現(xiàn)今用在鋼桁梁橋中的整體式節(jié)點和正交異性板進行了探索。二、鋼桁梁橋的特點鋼桁梁橋綜合了鋼材和桁架結構的特點：(1)跨越能力大。由于鋼材強度大，在相同的承載能力條件下，與混凝土橋梁相比，鋼橋構件的截面較小，所以鋼橋自重輕，加大橋梁的跨越能力。(2)易于修復和更換。(3)鋼桁梁的桿件和節(jié)點較多，構造較為復雜，制造較為費工。(4)鋼材易銹蝕，需要定期檢查和維護，故養(yǎng)護費用高。(5)造價較高。(6)抗壓能力強，整體性好。三、鋼桁梁橋的發(fā)展情況1894年，我國第一次主持修建鋼桁梁橋一一灤河大橋，由我國工程師

3、詹天佑主持完成。其上部結構由多孔鋼桁梁和鋼板梁組成。建國以前所建的鋼桁梁橋跨度較小，所用的鋼材都是進口的，結構都采用怫釘，工藝簡陋，建國后，鋼桁梁橋技術發(fā)展很快。20世紀60年代中期，為加快鐵路建設，在成昆鐵路修建中，系統(tǒng)地研究了栓焊鋼桁梁橋新技術，一舉建成各種不同結構型式的栓焊鋼桁梁橋四十幾座，結束了在我國使用了近100年的怫接鋼桁梁橋的歷史，這在我國鋼桁梁橋發(fā)展史上是一個很大的進步。其中1966年建成的飲水河大橋主跨112米，為中國第一座栓焊鋼橋。1995年建成通車的孫口黃河大橋位于京九鐵路線上，是一座跨越黃河的雙線鐵路橋，正橋為下承式連續(xù)鋼桁梁橋，主桁采用三角形鋼桁架，標準節(jié)間常12ml

4、桁高，桁寬10ml上、下弦桿和支點處斜桿采用箱型截面，其余腹桿為工字型截面；主桁與節(jié)點板焊接成整體在預制廠進行，該橋系中國首次采用整體節(jié)點構造。在建成孫口黃河大橋的基礎上，與1999年在長東鐵路一橋上游(南)30m處，平行建成了長東鐵路二橋，該橋采用三角桁架整體節(jié)點栓焊結構，從設計和建造技術上較一橋都有很大改進。2000年竣工通車的蕪湖長江大橋為公鐵兩用桁架低塔斜拉橋，其主梁首次大規(guī)模采用預應力鋼筋混凝土橋面板和鋼桁架共同受力的板桁組合結構。蕪湖長江大橋以其大規(guī)模，新技術和一流的質量，成為中國橋梁史上繼武漢、南京、九江長江大橋之后的第四座里程碑。以上幾座橋在我國的經(jīng)濟建設中發(fā)揮著巨大作用，在新

5、中國橋梁建設中具有里程碑式的作用。近年來，為滿足鐵路運輸?shù)男枨?，有時要求新建鐵路橋梁通行能力從雙線發(fā)展到四線甚至六線。在我國一些大跨度鋼桁體系中開始應用四線三桁或四線雙桁的結構形式。加之空間有限元分析技術的不斷完善和施工水平不斷提高，也使設計值對大跨度結構的空間受力特性有了明確的認識。四、鋼桁梁橋的施工方法1、鋼桁梁橋的傳統(tǒng)施工方法和特點走行吊機施工法將主梁部分在工廠或工地附近整孔拼裝，完成工地連接后，用走行吊機將主梁逐孔起吊，架設在橋臺橋墩之間，然后再依次安裝橋面系、平縱聯(lián)等。這個方法在城市高架橋的架設中得到廣泛應用，而且在高水位的河面上架橋，使用這種方法也很適宜。門吊施工法在橋梁上方設置門

6、吊，將組裝好的整孔主梁逐孔起吊，放置在橋墩、臺間，然后依次安裝橋面系和平縱聯(lián)。浮吊施工法在工廠岸邊或橋梁工地附近岸邊將整孔橋梁組拼好，然后用浮吊將其吊起，并將浮吊拖曳航運至橋位，將梁在橋臺、橋墩上架設就位。這是在河上或海上架設長大橋時經(jīng)常使用的一種施工方法。懸臂施工法用移動式剛腿轉臂起重機，一面拼裝，一面逐漸向前推進。懸臂法架設鋼梁是在橋位上不用臨時腳手架支撐，而是將桿件依次懸拼至另一墩（臺）上。懸拼一孔中未設臨時支墩的叫全懸臂拼裝。若在橋孔中設置一個或一個以上的臨時支墩的叫半懸臂拼裝。近年來，懸臂拼裝工藝逐步完善。具特點是不受橋渡水文條件、通航、流水、墩高和季節(jié)的限制，而且其專用輔助結構和輔

7、助設備費用較少。在懸臂拼裝期間，橋梁施工人員對橋渡區(qū)段自然環(huán)境的干擾也較少。以下情況適宜采用懸臂法架設鋼梁：跨徑大，橋高，通航河流水深流急；有流冰或有較多木排的河流；鋼梁的結構圖式有利于懸臂架設的，如連續(xù)桁梁、懸臂桁梁以及多孔簡支桁梁等。2、傳統(tǒng)鋼桁梁架設方法在橋梁施工中的應用改進與發(fā)展在實際的鋼桁梁架設過程中，僅僅采用以上所介紹的施工方法中的一種是很少見的，大多數(shù)鋼桁梁的架設至少同時采用2種或2種以上的施工方法。并且在施工工藝上進行了更符合實際情況的創(chuàng)新與改進，進而使得社會、經(jīng)濟效益顯著。懸臂施工法目前，懸臂拼裝、半懸臂拼裝和雙向對稱平衡拼裝仍是鋼桁橋建造的主要方法之一。近幾十年來，國內外許

8、多特大橋都采用這種方法建造。隨著鋼橋結構的發(fā)展，懸臂拼裝工藝也在逐步完善。鋼桁梁在懸臂架設中，隨著懸臂長度的增大，伸臂端的下?lián)隙群蛻冶壑翁幐浇臈U件應力將達到最大值,甚至超過允許范圍，所以降低鋼梁架設應力和伸臂端撓度，保證鋼梁架設時的穩(wěn)定性，是懸臂架設法中的主要問題。為了減少桁架內力和伸臂端撓度，在伸臂前方橋墩處伸出支撐托架（或稱墩旁托架），使伸臂接近前方橋墩時，提前得到支撐。浮托施工法半浮半拖的架設方法，此法取浮運施工法和縱向拖拉施工法2種施工方法的優(yōu)點，針對工程實際情況，經(jīng)過變通的行之有效的施工方法。半浮半拖施工法是在浮船上建立臨時支墩，用卷揚機和導鏈牽引拖拉架梁，主要適合水深速緩、通航

9、情況一般的情形，并且可以避免鋼梁懸臂太長和危險性大。與拖拉架設相比，浮拖架設只需增加1個浮墩，使鋼梁兩支點受力既保證鋼梁的穩(wěn)定性，又易控制撓度和應力變化，而浮拖所用的器材易拼裝、易控制、占用河道面積小、時間短、操作起來安全便捷。在鋼桁梁橋架設過程中，越來越多的架設方法可供人們選擇。通過查閱參考國內外有關文獻，對鋼桁梁架設施工方法及其發(fā)展情況做以總結，可以預見，現(xiàn)代鋼桁梁橋的施工，在傳統(tǒng)施工方法的基礎上，力求新工藝和新技術，不斷進行優(yōu)化改進，使得鋼桁梁橋的架設施工方法不斷進步發(fā)展。五、整體節(jié)點整體節(jié)點在鋼橋中的應用鋼橋整體節(jié)點作為近年來出現(xiàn)的新型構造，在大跨度橋梁中得到了廣泛的應用。整體節(jié)點是以

10、栓為主向以焊為主，繼而向全焊接發(fā)展的重要技術過渡，它一改從前利用大量螺栓連接鋼梁的做法，而是改用焊接技術來連接鋼節(jié)點，提高了鋼梁工業(yè)化制造過程，方便了工地安裝，改善了工地工作條件。它有整體性好，節(jié)省鋼材和高強度、造型美觀、方便工地安裝、提高鋼梁工廠化制造程度等優(yōu)點，在我國近年來修建的很多大橋中得到了應用。據(jù)統(tǒng)計，采用整體節(jié)點較普通栓焊結構鋼梁節(jié)省高強度螺栓達34%從而獲得了較好的經(jīng)濟效益，使我國的鋼橋建造技術提高到一個新的水平。因此，采用整體節(jié)點已成為大跨度鋼桁梁橋的發(fā)展趨勢。鋼橋整體節(jié)點的強度問題鋼橋的整體節(jié)點匯交的桿件眾多、構造復雜、受力很大，處于典型的空間復雜受力狀態(tài)，節(jié)點的承載安全性是

11、橋梁結構整體安全性的關鍵。目前常規(guī)的鋼橋節(jié)點設計規(guī)范對于這種大型復雜的整體節(jié)點并不適用，對于這種大型節(jié)點的疲勞和靜力承載力分析設計規(guī)范也沒有規(guī)定。更重要的是，鋼橋的整體節(jié)點為焊接結構，焊縫密集，既有對接焊縫，又有棱角焊縫和角焊縫。對于采用整體節(jié)點的大跨度鋼桁梁橋，因其承受較大的動荷載作用，與整體節(jié)點密切相關的焊接材料、焊接工藝、各種焊接接頭、交叉焊縫、桿件節(jié)點外拼接接頭等細節(jié)的疲勞強度，以及整體節(jié)點的疲勞強度控制結構設計。對于它的疲勞性能的研究目前還處于起步階段，由于引起節(jié)點疲勞破壞的因素很多，理空間有限元等理論分析難以準確把握節(jié)點的實際受力情況和它的疲勞承載力。故目前在工程中，為了保證大橋運

12、營安全可靠，結構設計經(jīng)濟合理，對于這種整體節(jié)點大多都要結合實際情況進行驗證性的靜載和疲勞性能的試驗研究。止匕外，對這一新型構造的靜載和疲勞性能也有必要做深入的研究。整體節(jié)點的靜力承載力和疲勞承載力國內對整體節(jié)點的靜力和疲勞承載力正處于發(fā)展階段，從目前的試驗研究來看，只要整體節(jié)點的構造設計地合理，一般能滿足靜力和疲勞承載力要求。六、正交異性板正交異性板的發(fā)展近年來，由于高速鐵路發(fā)展的需要，出現(xiàn)了多種新橋型，如斜拉橋、鋼桁拱橋、鋼箱系桿拱橋，出于減震、降噪、結構受力和耐久性的需要，鋼橋橋面系也開始采用混凝土面板、正交異性板方案。其中，正交異性板鋼橋面具有整體性能好、結構高度低、自重輕、承載能力大、

13、施工周期短、行車舒適性能好等優(yōu)點，半個多世紀以來漸漸地被廣泛地應用于日本、歐洲各國及美國等國家中大跨度及超大跨度鋼結構橋梁的建設。正交異性板的受力問題正交異性板越來越多地應用于我國高速鐵路橋梁上，一系列的問題也漸漸涌現(xiàn)出來。正交異性板縱梁的設置及其與橫梁的連接構造細節(jié)目前業(yè)界有較大的爭議。部分設計人員認為軌下設置縱梁對橋面整體受力有幫助。部分專家認為縱梁宜小不宜大，甚至可不設縱梁，以免縱、橫梁交界處橫梁腹板產(chǎn)生應力集中，引起疲勞開裂。國內為許多科研機構和學者都對正交性板的受力特點、計算方法、結構形式等做了許多的研究，但絕大多都集中在公路橋梁上了。高速鐵路橋梁不管是行駛速度、列車荷載，還是對橋梁

14、橋面的沖擊力等均遠遠超過了公路橋梁。因此，對于正交異性板的各種性能，高速鐵路橋梁有了更多更高的要求。盡管今年來已建和在建或正在設計中的正交異性板整體橋面的鐵路橋梁較多，但總體來說，還缺少系統(tǒng)的研究，缺少時間的考研，橋面系的結構體系總類較多，構造細節(jié)差異較大，目前尚無標準。七、結語鋼桁梁橋結合了鋼材和桁架結構的優(yōu)點，廣泛應用于大中跨橋梁及超大跨橋梁中。且在鋼桁梁橋架設過程中,越來越多的架設方法可供人們選擇。通過查閱參考國內外有關文獻,對鋼桁梁架設施工方法及其發(fā)展情況做以總結,可以預見,現(xiàn)代鋼桁梁橋的施工,在傳統(tǒng)施工方法的基礎上,力求新工藝和新技術,不斷進行優(yōu)化改進,使得鋼桁梁橋的架設施工方法不斷進步發(fā)展。并且，整體節(jié)點和正交異性板整體橋面的應用，提高了鋼桁梁橋整體性、承載能力，減輕了橋梁自重。然而整體節(jié)點和正交異性板的研究正處于發(fā)展階段，對于它們的受力特點、計算方法等尚無統(tǒng)一標準。因此，在未來的發(fā)展中，有必要指定一系列有關整體節(jié)點和正交異性板整體橋面的設計規(guī)程。參考文獻：1 周遠棣,徐君蘭.鋼橋M.北京:人民交通出