鋼桁梁橋綜述

1、摘要：本文通過查閱整理國內(nèi)外相關(guān)資料，總結(jié)闡述了鋼桁梁橋的特點(diǎn)、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(diǎn)和正交異性板進(jìn)行了探索。關(guān)鍵字：鐵路鋼桁梁橋發(fā)展情況整體式節(jié)點(diǎn)正交異性板一、前言鋼橋由于其材料高強(qiáng)度、高彈性模量而構(gòu)件相對較輕，施工比預(yù)應(yīng)力混凝土橋輕盈和方便等特點(diǎn)，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(jié)構(gòu)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(nèi)外相關(guān)資料，總結(jié)闡述了鋼桁梁橋的特點(diǎn)、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(diǎn)和正交異性板進(jìn)行了探索。二、鋼桁梁橋的特點(diǎn)鋼桁梁橋綜合了鋼材和桁架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：(1)跨越能力大。由于鋼材強(qiáng)度大，在相同的承載能力條件下，與混凝土橋梁相比，鋼橋構(gòu)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(fù)和更換。(3)鋼桁梁的桿件和節(jié)點(diǎn)較多，構(gòu)造較為復(fù)雜，制造較為費(fèi)工。(4)鋼材易銹蝕，需要定期檢查和維護(hù)，故養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高。(5)造價較高。(6)抗壓能力強(qiáng)，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(jié)構(gòu)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(jìn)口的，結(jié)構(gòu)都采用怫釘，工藝簡陋，建國后，鋼桁梁橋技術(shù)發(fā)展很快。20世紀(jì)60年代中期，為加快鐵路建設(shè)，在成昆鐵路修建中，系統(tǒng)地研究了栓焊鋼桁梁橋新技術(shù)，一舉建成各種不同結(jié)構(gòu)型式的栓焊鋼桁梁橋四十幾座，結(jié)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)間常12ml

4、桁高，桁寬10ml上、下弦桿和支點(diǎn)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(diǎn)板焊接成整體在預(yù)制廠進(jìn)行，該橋系中國首次采用整體節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。在建成孫口黃河大橋的基礎(chǔ)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(diǎn)栓焊結(jié)構(gòu)，從設(shè)計和建造技術(shù)上較一橋都有很大改進(jìn)。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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋面板和鋼桁架共同受力的板桁組合結(jié)構(gòu)。蕪湖長江大橋以其大規(guī)模，新技術(shù)和一流的質(zhì)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(jì)建設(shè)中發(fā)揮著巨大作用，在新

5、中國橋梁建設(shè)中具有里程碑式的作用。近年來，為滿足鐵路運(yùn)輸?shù)男枨螅袝r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(yīng)用四線三桁或四線雙桁的結(jié)構(gòu)形式。加之空間有限元分析技術(shù)的不斷完善和施工水平不斷提高，也使設(shè)計值對大跨度結(jié)構(gòu)的空間受力特性有了明確的認(rèn)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(diǎn)走行吊機(jī)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(jī)將主梁逐孔起吊，架設(shè)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(shè)中得到廣泛應(yīng)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(shè)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(yùn)至橋位，將梁在橋臺、橋墩上架設(shè)就位。這是在河上或海上架設(shè)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(zhuǎn)臂起重機(jī)，一面拼裝，一面逐漸向前推進(jìn)。懸臂法架設(shè)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(shè)臨時支墩的叫全懸臂拼裝。若在橋孔中設(shè)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(diǎn)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(jié)構(gòu)和輔

7、助設(shè)備費(fèi)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(shè)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(jié)構(gòu)圖式有利于懸臂架設(shè)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(shè)方法在橋梁施工中的應(yīng)用改進(jìn)與發(fā)展在實際的鋼桁梁架設(shè)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(shè)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(jìn)行了更符合實際情況的創(chuàng)新與改進(jìn)，進(jìn)而使得社會、經(jīng)濟(jì)效益顯著。懸臂施工法目前，懸臂拼裝、半懸臂拼裝和雙向?qū)ΨQ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(nèi)外許

8、多特大橋都采用這種方法建造。隨著鋼橋結(jié)構(gòu)的發(fā)展，懸臂拼裝工藝也在逐步完善。鋼桁梁在懸臂架設(shè)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(yīng)力將達(dá)到最大值,甚至超過允許范圍，所以降低鋼梁架設(shè)應(yīng)力和伸臂端撓度，保證鋼梁架設(shè)時的穩(wěn)定性，是懸臂架設(shè)法中的主要問題。為了減少桁架內(nèi)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(shè)方法，此法取浮運(yùn)施工法和縱向拖拉施工法2種施工方法的優(yōu)點(diǎn)，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(yáng)機(jī)和導(dǎo)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(shè)相比，浮拖架設(shè)只需增加1個浮墩，使鋼梁兩支點(diǎn)受力既保證鋼梁的穩(wěn)定性，又易控制撓度和應(yīng)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(shè)過程中，越來越多的架設(shè)方法可供人們選擇。通過查閱參考國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)，對鋼桁梁架設(shè)施工方法及其發(fā)展情況做以總結(jié)，可以預(yù)見，現(xiàn)代鋼桁梁橋的施工，在傳統(tǒng)施工方法的基礎(chǔ)上，力求新工藝和新技術(shù)，不斷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使得鋼桁梁橋的架設(shè)施工方法不斷進(jìn)步發(fā)展。五、整體節(jié)點(diǎn)整體節(jié)點(diǎn)在鋼橋中的應(yīng)用鋼橋整體節(jié)點(diǎn)作為近年來出現(xiàn)的新型構(gòu)造，在大跨度橋梁中得到了廣泛的應(yīng)用。整體節(jié)點(diǎn)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(shù)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(shù)來連接鋼節(jié)點(diǎn)，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(qiáng)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(diǎn)，在我國近年來修建的很多大橋中得到了應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，采用整體節(jié)點(diǎn)較普通栓焊結(jié)構(gòu)鋼梁節(jié)省高強(qiáng)度螺栓達(dá)34%從而獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，使我國的鋼橋建造技術(shù)提高到一個新的水平。因此，采用整體節(jié)點(diǎn)已成為大跨度鋼桁梁橋的發(fā)展趨勢。鋼橋整體節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度問題鋼橋的整體節(jié)點(diǎn)匯交的桿件眾多、構(gòu)造復(fù)雜、受力很大，處于典型的空間復(fù)雜受力狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)的承載安全性是

11、橋梁結(jié)構(gòu)整體安全性的關(guān)鍵。目前常規(guī)的鋼橋節(jié)點(diǎn)設(shè)計規(guī)范對于這種大型復(fù)雜的整體節(jié)點(diǎn)并不適用，對于這種大型節(jié)點(diǎn)的疲勞和靜力承載力分析設(shè)計規(guī)范也沒有規(guī)定。更重要的是，鋼橋的整體節(jié)點(diǎn)為焊接結(jié)構(gòu)，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(diǎn)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(diǎn)密切相關(guān)的焊接材料、焊接工藝、各種焊接接頭、交叉焊縫、桿件節(jié)點(diǎn)外拼接接頭等細(xì)節(jié)的疲勞強(qiáng)度，以及整體節(jié)點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度控制結(jié)構(gòu)設(shè)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(diǎn)疲勞破壞的因素很多，理空間有限元等理論分析難以準(zhǔn)確把握節(jié)點(diǎn)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(yùn)

12、營安全可靠，結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理，對于這種整體節(jié)點(diǎn)大多都要結(jié)合實際情況進(jìn)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(gòu)造的靜載和疲勞性能也有必要做深入的研究。整體節(jié)點(diǎn)的靜力承載力和疲勞承載力國內(nèi)對整體節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的構(gòu)造設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(diǎn)，半個多世紀(jì)以來漸漸地被廣泛地應(yīng)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(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)。正交異性板的受力問題正交異性板越來越多地應(yīng)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(shè)置及其與橫梁的連接構(gòu)造細(xì)節(jié)目前業(yè)界有較大的爭議。部分設(shè)計人員認(rèn)為軌下設(shè)置縱梁對橋面整體受力有幫助。部分專家認(rèn)為縱梁宜小不宜大，甚至可不設(shè)縱梁，以免縱、橫梁交界處橫梁腹板產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起疲勞開裂。國內(nèi)為許多科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者都對正交性板的受力特點(diǎn)、計算方法、結(jié)構(gòu)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)體系總類較多，構(gòu)造細(xì)節(jié)差異較大，目前尚無標(biāo)準(zhǔn)。七、結(jié)語鋼桁梁橋結(jié)合了鋼材和桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大中跨橋梁及超大跨橋梁中。且在鋼桁梁橋架設(shè)過程中,越來越多的架設(shè)方法可供人們選擇。通過查閱參考國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn),對鋼桁梁架設(shè)施工方法及其發(fā)展情況做以總結(jié),可以預(yù)見,現(xiàn)代鋼桁梁橋的施工,在傳統(tǒng)施工方法的基礎(chǔ)上,力求新工藝和新技術(shù),不斷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),使得鋼桁梁橋的架設(shè)施工方法不斷進(jìn)步發(fā)展。并且，整體節(jié)點(diǎn)和正交異性板整體橋面的應(yīng)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(diǎn)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(diǎn)、計算方法等尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，在未來的發(fā)展中，有必要指定一系列有關(guān)整體節(jié)點(diǎn)和正交異性板整體橋面的設(shè)計規(guī)程。參考文獻(xiàn)：1 周遠(yuǎn)棣,徐君蘭.鋼橋M.北京:人民交通出