钢结构桥梁钢箱梁的计算与应用分析

钢结构桥梁钢箱梁的计算与应用分析

刘盛刚

身份证号：370685199009164417   云南昆明   650000

摘要：随着我国国民经济的迅速发展，在国家的大力支持下钢铁冶炼技术在逐步的提高，加上设计、施工水平的提升，带动了钢材在公路、市政桥梁方面应用与普及，带动了钢结构桥梁制造技术的进步。本文对钢箱梁主梁纵向体系和横向体系的分析验算以及钢箱梁尺寸的拟定分别进行了简要的说明分析，针对钢结构桥梁的特点和发展方向进行了论述。

关键词：钢结构；钢箱梁；计算；模型；应用

引言：钢材在我国土建及交通工程上的应用已经有一百多年的历史，而国内从90年代便逐渐涌现了一些知名的钢结构桥梁，如坐落于天津的解放桥建成于1902年，上海的白渡桥于1907年建成通车，以及于1937年由知名桥梁大师茅以升主持建造的钱塘江大桥。

一、钢结构桥梁的特点

1、钢桥的优点

钢桥保留了大多钢材自身拥有的一些特性，比如材质均匀：钢材组织较为均匀，基本上接近于各向同性均质体，钢材为理想的弹塑性材料。

钢桥相比混凝土桥、石拱桥等桥型其自重较轻。制造安装方便，工厂内并不需要大量的材料比如脚手架和模板等，也正是由于钢材的上述原因，故而可以减少钢桥施工的时间，相比钢筋混凝土桥梁减少了混凝土养护的时间，可以较为行之有效的缩短工程工期。

钢桥采用无支架施工，相比混凝土桥型众多的满堂支架施工，可以实现无障碍跨越铁路、高速公路、城市交叉口等。其塑性和韧性好，具有可焊性和密封性，耐热性较好，污染少、环保；可重复利用有利于可持续发展。

2、钢桥的缺点

由于钢材的特性，造成钢桥的耐火性及耐腐蚀性较差，钢结构在潮湿或者某些具有腐蚀介质的环境中，容易生锈，故而造成钢桥最为显著的特点之一，需要定期的养护，从而造成后期管理费用和工程造价的增加。

二、钢箱梁主梁纵向体系分析验算

1、第一体系应力验算（主梁体系）

可采用结构有限元计算程序Midascivil、桥梁博士等进行结构计算。结构分析施工阶段按如下划分，第一阶段为在支架上焊接钢梁，完成天数为7天；第二阶段关于桥面铺装及护栏的施工，完成天数为14天；第三阶段，运营阶段完成天数为1000天；进行持久状况正常使用极限状态主梁验算。

2、第二体系应力验算（桥面体系）

以常见的单箱双室钢箱梁为例，拟定结构尺寸，根据结构横隔板的间距、箱梁边腹板距中腹板的距离及中腹板间距。将U形纵肋简化为支承于主梁和横隔板腹板上的梁格，将顶板切开，不计顶板的剪切刚度。纵肋可简化为横隔板间一跨的单根U形纵肋及相应顶板有效分布宽度在桥面铺装及重车车轮荷载作用下的连续梁进行验算。

3、第三体系应力验算（盖板体系），在轮载作用下的桥面盖板应力可以忽略不计。

综合第一体系和第二体系的计算结果，可以计算出，钢箱梁底板的最大应力，纵向U肋最大应力以及主梁腹板的最大剪应力。

三、钢箱梁横向体系分析验算

中横隔板验算，纵肋及桥面荷载按单向板传递到横隔板，再传递到两侧腹板上，横隔板横向受弯，可简化为支承于腹板的连续梁计算，直接承受车辆荷载，截面为工字型截面，顶底板有效宽度分别取24倍顶底板厚，分别计算桥面铺装恒载和汽车的活载；汽车荷载按照横向移动荷载作用于横隔板上。

中横隔板计算模型图桥墩支点横梁模型离散图

可以计算出中横隔板的最大应力，判别其强度是否满足规范要求。

桥墩支点横梁的验算，应力验算时首先进行模型的简化，支点横梁承受腹板传递的力，传递给支座，支点横梁横向受弯，简化为简支梁承受腹板的竖向力。支点横梁上作用的活载取单车道产生的支反力，按照横向移动荷载作用于横梁上。可计算出桥墩支点横梁上缘最大应力和下缘最大应力是否满足要求。

桥台支点横隔板的验算，关于模型的简化、荷载的计算及局部承压应力验算同桥墩支点横梁的验算，最后进行竖向应力的验算。

四、钢箱梁尺寸的拟定

1、梁高

钢箱梁高跨比一般取值：1/18～1/25；L≤60m，采用等高钢箱梁，L>60m，采用变高钢箱梁；钢箱梁梁高建议值如下表：

钢箱梁梁高表

2、钢箱梁宽度

箱室宽度：2～5m。尽量考虑3m左右的小箱室，便于切分运输。位于直线段或大半径平曲线上时，应考虑采用分体箱结构（如分体的钢混组合梁），以尽可能地降低造价。

3、挑梁

悬臂长度：≤2.5m。挑梁端部高度一般取300mm，挑梁根部高度根据计算确定。挑梁悬臂梁受力，根部受压，需要设置对顶板，保证纵腹板局部受压。

五、钢结构桥梁的发展方向

环保涂装体系的研发应用，随着国家对环保要求的提高，选择或研发更为环保的涂装体系对推广钢桥梁有一定的积极作用。免涂装耐候钢桥具有成本低、简化维护、施工工期短、绿色环保等优点，在某些国家和地区已得到了广泛应用。我国冶金及钢桥制造水平已达到了世界先进水平，具备了推广免涂装耐候钢桥的条件。对环保涂装体系的推广应用，一是需要进一步加强研究、提高其综合性能，二是设计者应勇于接受新技术新工艺。

钢结构桥梁非常适用于城市市政工程，为方便市民生活及美化城市建设发展发挥了重要作用。另外，适合跨度的钢—混组合梁桥有利于避免正交异性钢桥面板的疲劳问题，也有一定的发展空间。

结束语：

经资料统计，我国钢结构桥梁的应用与国外存在较大的差距，日本钢桥在其相关行业占比为41%，法国的钢结构桥梁占比则高达85%，而在中国钢桥占比却不到5%。现如今我国已经具备推广钢结构桥梁的物质和技术，近年来随着环保理念的加强和去产能政策的推出，使得钢桥的应用受到了极为瞩目的关注。在主管部门大力倡导下，制造单位积极研发新技术和新工艺。相信不久的将来，我国定会改变钢结构桥梁占比极低的现状，使得具有施工周期短、环保可循环利用及便于工厂化制造等众多优点的钢结构桥梁得以快速发展。

参考文献:

刘玉龙，新型钢箱梁正交异性桥面板力学性能分析研究，东南大学硕士论文，2015.