日本钢桥新技术资料【日本桥梁建设协会网站】

由于中日两国的汽车荷载不同，为说明前面介绍过的钢桥的形式，跨径，梁高等内容在国内的适应性，特将日本的汽车荷载做一简单介绍。而且，在此汽车荷载上，国内的新规范JTG D60-2004的规定与日本的现行的公路桥梁规范有趋同的方向，了解日本的规范中相关的规定，对国内规范中的汽车荷载的理解也会起到一定的帮助作用。

; r, J) ^- r, d* ]% p& h( L* ~( J% i日本的汽车荷载分为B活荷重和A活荷重，类比与中国的公路Ⅰ和公路Ⅱ，一般的公路都是按B活荷重设计的。
5 f# g7 b, `/ j6 y1 ^: {$ U汽车荷载由L荷重和T荷重组成，类比与中国的车道荷载和车辆荷载。以下仅对L荷重作进一步的介绍。
L荷重由p1荷重和p2荷重组成，类比与中国的车道荷载的集中荷载和均布荷载。p1荷重是模拟大型车辆的，p2荷重是模拟中小型车辆的。桥梁上仅考虑一组大型车辆的作用。
3 B% H# e3 ?* C( l# \. Q/ ?! P0 }1 T与中国规范不同的是，日本的p1荷重和p2荷重都是面分布荷重。p2荷重沿全桥分布，p1荷重的载荷分布长为10米（B活荷重时）
& Y5 T, O" J  E8 q; L. z  K/ nL荷重是按影响线方法加载的，在这一点上思路一样。在计算剪力效应上，p1荷重考虑1.2的放大系数，这一点思路也相同。
在横桥向上，5.5米范围内加载主荷载荷重，即上面介绍的荷重，在5.5米范围外，加载从荷载荷重，大小为主荷载荷重的1/2。这一点类比于中国的横向折减系数。在横桥向上也是按照影响线方法加载的。
8 |: B6 B" H5 I7 S# v由于p1荷重和p2荷重都是面分布荷重，这样有一个好处，桥梁的幅员变化时，不必考虑车线的设置情况，直接按实际的桥面面积加载。不论是曲线桥的幅员变化，还是高速道路上设置紧急停车带，都可以按实际情况设置荷载。而且由于是面荷载，在设计时一次就考虑了纵向分布和横向分布两个方向的影响。对于主梁的扭矩作用也可以如实地体现。
% a* h# Y) I$ M/ l7 y3 @7 I虽然p1荷重是面分布荷重有载荷长10米的规定，但并仅限定于矩形分布，这一点对曲线桥，斜桥就有适应性了。P2荷重也类似，按照桥面的实际形状分布。
( c  _) y1 _) N1 B: z! w7 k在横桥向上，虽然主荷载荷重的宽度为5.5米，但并不意味着日本车线的幅员是2.75米，即使在主要干线道路上，车线的幅员为3.50米，主荷载荷重的宽度也是5.5米。
+ ~" F! j, I* N, \8 V由于p1荷重和p2荷重都是面分布荷重，可以完全按照桥面的实际形状而又没有太多手工计算量，在实际工程中十分方便。否则，设计起梯形桥面，斜桥，曲线桥，分合流出幅员变化，紧急停车带等幅员变化时会比较麻烦。而这些结构的设置情况，一般不是桥梁结构师所能决定的。

钢桥的节段与断面变化
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钢桥的一个好处是制作在工厂进行，使得现场作业时间得以短缩。中间的运输问题，对于大江大河上的桥梁可以通过水路运输，但对于一般的公路桥梁，须通过公路运输才能将在工厂制作好的节段运到现场，公路的运输能力在相当程度上决定了钢桥的规模。日本公路运输中货物高最大为3.15米，考虑钢梁上翼缘上与桥面板起结合作用的剪力键的尺寸，钢梁高只能做到2米9的程度，长度控制在10米程度，每个节段的重量限制在20吨以内。在钢桥设计阶段，须充分考虑节段的外形尺寸与运输重量，并妥善处理好节段位置与横梁以及(箱梁的)横隔板的关系。
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0 R1 H- N. e! c, i8 E, E对于一般的钢梁桥，考虑到制作，运输，架设上的方便，梁高不像混凝土或预应力混凝土梁桥那样采用变化值，即使是跨径各异的连续梁桥，全桥也采用统一的梁高。对于组合I形梁桥的翼缘宽度，上翼缘在全桥范围内保持一致，连续梁桥的下翼缘宽度如有必要，仅在支点处进行扩大，各跨内保持不变。从前的钢桥，为了节省一点点钢材，断面变化次数过多。考虑到一个节段的长度也就10米来长，除了在连续梁中间支点所处的节段在必要时设置断面变化外，一般情况下，一个节段采用一个断面。除连续梁中间支点所处节段外，一般情况下，全桥的腹板厚度尽量少变化。翼缘的厚度在节段连接处发生改变，通过设置板厚调整垫板，使得连接板左右两侧厚度一致。

结构简素化钢桥 ( r# X; i4 d( f$ K + D& b$ o. h7 U, p) X. c7 r! g从前日本的钢桥，为了最大限度上节省材料，结构做的过分复杂。但由于总成本中材料费用比重的下降，制作安装费用比重的上升，钢桥结构上需要做相应的改进。在工程实践中，日本技术者在工作细节上总有一种复杂化的倾向，不利于降低桥梁的总造价，为此，1998和2003年，日本桥梁建设协会两次发行新的钢桥设计指针，力图使钢桥结构简素化。 ! J+ l% b& s* J: A3 U" r与以前相比，主要的改变点： 2 p3 F' T. a* b, e5 ` 1．在一个部材（节段）内，断面不进行变化。以前的公路钢桥，在一个节段内，上下翼缘的宽度和厚度都要进行变化。由于考虑运输问题公路钢桥的节段节段都不太长，截面变化过多，给工厂制造带来很多不便；而且上翼缘宽度变化的话，在打设桥面板混凝土时，模板设置十分麻烦，为此进行了简化。 , y, u4 ]' R3 b9 r, \3 l2。在全桥范围内，上翼缘宽度不作改变；下翼缘，原则上保持一致，对于连续梁的中间支点附近可根据需要加宽。 3。通过适当加大腹板板厚，水平加强肋设置一段。以前有些桥梁设置了两段，并且腹板板厚多次改变。 " r1 C& g# o; f3 a. R5 X4。腹板的连接板，以前多用三块，上下主要抵抗弯矩，中间主要抵抗剪断力，在简素化结构中，只用一块连接板。 0 U! f( i( I' N* Z. ?  e5。各节段翼缘的板厚一般有改变，所以，在连接板处设置板厚调整垫板。                                 登录/注册后可看大图 ; O& }" o3 P4 D2 X+ B: a合成桥面板 6 ?: G% \0 Z# Q7 y4 E以前日本钢桥的桥面板都是采用RC结构的，RC桥面板跨度能力有限（3米），使得桥梁结构复杂化。虽然初期设置费用较低，但伴随着交通量的增加和车辆的重型化，RC桥面板受损严重，维护费用居高不下。为适应新型钢桥主梁间距增加，桥面板跨度增大到6米以上和增加桥面板耐久性的要求，日本的多家钢铁制品公司开发出形式各异的合成桥面板。合成桥面板的底钢板和侧钢板顺桥方向每段长2米程度，段之间通过螺栓进行现场连接，同时兼有混凝土打设模板的作用。直桥方向采用钢板，带钢或型钢形成底钢板的加强肋。在加强肋上方或在加强肋的腹板上开孔设置钢筋网或仅在顺桥方向设置钢筋。 8 e( N2 }, G. w( g6 |7 F: @钢桥厂商的资料可参照www.eaooo.com                                 登录/注册后可看大图 合成桥面板桥 " x' d4 D, @2 y+ b9 b3 `   S/ O0 P5 \- ^$ U在某些情况下，对桥梁的梁高有非常严格的限制条件。适用于跨径10米至40米的钢混合成桥面板桥应运而生。其最突出的特点是高跨比可达1/30至1/42。用钢量约为200~500kg/m2。底钢板兼做混凝土打设模板。为了增强与混凝土的结合性能，在型钢的上翼缘设了突起。当跨径较大时，先用轻质发泡材料对下半部进行充填，然后才用混凝土打设床板。设计时一般用梁格法，主要结构的结构重力由合成前的钢断面单独承担，路面铺装，护栏等的结构重力及汽车荷载由钢和混凝土的合成后的断面共同承担。 % V/ R( x+ B7 d# [/ z 2 f1 r2 o( h% m/ o( O                                登录/注册后可看大图 钢混合成梁桥 7 e% Q2 B! B2 K/ F, s+ ^ % G( K; `) {# Q2 D钢混合成梁桥依靠钢主梁和混凝土桥面板（或合成桥面板，预应力混凝土桥面板）合成后的截面共同承受荷载，充分发挥了材料的特性，提高经济性。在上世纪60年代，在钢混合成梁桥在日本被广泛采用。但有些技术问题还未得到很好的解决，桥面板的耐久性比较差，随着交通量的增加和汽车荷重的加大，桥面板常受到损伤；在连续梁的中间支点附近桥面板受到负弯矩，而防水层的性能尚不足。由于桥面板也是主要承重构件，桥面板的损伤给交通安全带来较大隐患。所以到了70年代以后，大家都对合成梁桥敬而远之。但近些年来，随着技术的进步，伴随着PC桥面板，合成桥面板的开发，桥面板的耐久性问题得到解决；并且简化了原来一些过分复杂的结构，现在的所谓PC桥面板，是指在横桥方向是PRC构造，在顺桥方向为RC构造。合成梁桥又重新活跃起来。 7 h1 l1 |" A5 ^9 x& @0 [  n : U: z5 P1 u: k; d4 z& m9 \合成梁桥在设计过程中，需考虑各阶段构造体系的变化，应力逐步叠加。在混凝土截面合成以前，钢梁及混凝土构件的恒载，全部由钢梁承担。合成以后的桥面荷载，汽车荷载，混凝土徐变，干燥收缩，温度差等由合成后截面共同承担。但对于中间支点附近（左右各0.15倍跨径范围内）的汽车荷重项，由于桥面板受到拉应力，不考虑混凝土的刚性，仅考虑钢梁及混凝土床板中钢筋的合成作用。 , m7 r1 c! Z/ |$ J  L 0 \, x' ]$ Q) E+ @- u                                登录/注册后可看大图 / J' ?# E9 s2 b' F! Y - t& D( `1 u8 \# ^钢桥的节段与断面变化 1 \& _  o8 K) Q 钢桥的一个好处是制作在工厂进行，使得现场作业时间得以短缩。中间的运输问题，对于大江大河上的桥梁可以通过水路运输，但对于一般的公路桥梁，须通过公路运输才能将在工厂制作好的节段运到现场，公路的运输能力在相当程度上决定了钢桥的规模。日本公路运输中货物高最大为3.15米，考虑钢梁上翼缘上与桥面板起结合作用的剪力键的尺寸，钢梁高只能做到2米9的程度，长度控制在10米程度，每个节段的重量限制在20吨以内。在钢桥设计阶段，须充分考虑节段的外形尺寸与运输重量，并妥善处理好节段位置与横梁以及(箱梁的)横隔板的关系。 % d. S+ I* f* e6 V* |7 e* U5 j 1 p( z/ Z: n, X7 P- F. k( o% R9 V对于一般的钢梁桥，考虑到制作，运输，架设上的方便，梁高不像混凝土或预应力混凝土梁桥那样采用变化值，即使是跨径各异的连续梁桥，全桥也采用统一的梁高。对于组合I形梁桥的翼缘宽度，上翼缘在全桥范围内保持一致，连续梁桥的下翼缘宽度如有必要，仅在支点处进行扩大，各跨内保持不变。从前的钢桥，为了节省一点点钢材，断面变化次数过多。考虑到一个节段的长度也就10米来长，除了在连续梁中间支点所处的节段在必要时设置断面变化外，一般情况下，一个节段采用一个断面。除连续梁中间支点所处节段外，一般情况下，全桥的腹板厚度尽量少变化。翼缘的厚度在节段连接处发生改变，通过设置板厚调整垫板，使得连接板左右两侧厚度一致。   G2 B) U+ h' W; H% L( T 由于中日两国的汽车荷载不同，为说明前面介绍过的钢桥的形式，跨径，梁高等内容在国内的适应性，特将日本的汽车荷载做一简单介绍。而且，在此汽车荷载上，国内的新规范JTG D60-2004的规定与日本的现行的公路桥梁规范有趋同的方向，了解日本的规范中相关的规定，对国内规范中的汽车荷载的理解也会起到一定的帮助作用。 3 T5 t" ~! ^' {1 N- A+ f ! t( p: G- g  g8 W日本的汽车荷载分为B活荷重和A活荷重，类比与中国的公路Ⅰ和公路Ⅱ，一般的公路都是按B活荷重设计的。 汽车荷载由L荷重和T荷重组成，类比与中国的车道荷载和车辆荷载。以下仅对L荷重作进一步的介绍。 ( p- `8 g0 [3 o1 p1 WL荷重由p1荷重和p2荷重组成，类比与中国的车道荷载的集中荷载和均布荷载。p1荷重是模拟大型车辆的，p2荷重是模拟中小型车辆的。桥梁上仅考虑一组大型车辆的作用。 & j8 j! Z  {9 A$ [# w2 [与中国规范不同的是，日本的p1荷重和p2荷重都是面分布荷重。p2荷重沿全桥分布，p1荷重的载荷分布长为10米（B活荷重时） , I5 b# A4 e0 v6 eL荷重是按影响线方法加载的，在这一点上思路一样。在计算剪力效应上，p1荷重考虑1.2的放大系数，这一点思路也相同。 0 o& n+ o: G3 J! _9 V. F在横桥向上，5.5米范围内加载主荷载荷重，即上面介绍的荷重，在5.5米范围外，加载从荷载荷重，大小为主荷载荷重的1/2。这一点类比于中国的横向折减系数。在横桥向上也是按照影响线方法加载的。 由于p1荷重和p2荷重都是面分布荷重，这样有一个好处，桥梁的幅员变化时，不必考虑车线的设置情况，直接按实际的桥面面积加载。不论是曲线桥的幅员变化，还是高速道路上设置紧急停车带，都可以按实际情况设置荷载。而且由于是面荷载，在设计时一次就考虑了纵向分布和横向分布两个方向的影响。对于主梁的扭矩作用也可以如实地体现。 虽然p1荷重是面分布荷重有载荷长10米的规定，但并仅限定于矩形分布，这一点对曲线桥，斜桥就有适应性了。P2荷重也类似，按照桥面的实际形状分布。 在横桥向上，虽然主荷载荷重的宽度为5.5米，但并不意味着日本车线的幅员是2.75米，即使在主要干线道路上，车线的幅员为3.50米，主荷载荷重的宽度也是5.5米。 ; R  q7 `, w: b. T. E由于p1荷重和p2荷重都是面分布荷重，可以完全按照桥面的实际形状而又没有太多手工计算量，在实际工程中十分方便。否则，设计起梯形桥面，斜桥，曲线桥，分合流出幅员变化，紧急停车带等幅员变化时会比较麻烦。而这些结构的设置情况，一般不是桥梁结构师所能决定的。 附件中的插图摘自日本的公路桥梁设计规范---道路桥示方书同解说 : [1 s) w+ l. u2 s                                登录/注册后可看大图 2 ^: D0 z" V. i' A- ?+ v/ z; Q# K日本的桥梁用钢材 桥梁结构用钢材的最小板厚为8毫米，但抗腐蚀环境良好的情况下，钢桥面板的U形加强肋的板厚可以小到6毫米。最大板厚到100毫米。 & N3 P% _8 C, a9 _# n6 q按照强度区分分为4大类： / n  _. W: b8 s3 [6 V5 n0 OSS400，SM400，SMA400W的屈服强度均为235N/mm2，其中SS400限定为非焊接结构使用，SMA400W为耐候钢材可以免于涂装。 SM490的屈服强度为315N/mm2，强度比SM400提高不多，使用不是太广泛。 SM490Y，SM520，SMA490W的屈服强度均为355N/mm2。一般情况下，当SM400不能满足强度要求时就提高材质到SM490Y，使用相当广泛。注意，SM490Y与SM490是两种强度的钢材，但SM520与SM490Y是相同强度的材料。SMA490W为这一系列中的耐候性品种。 SM570和SMA570W的屈服强度为450N/mm2，在通常的桥梁钢材里属于高强度钢，在桥梁里应用也比较广泛。但其变形能力有一定程度的降低，加工时也困难一些，在材料统计时需特别列出。SMA570W为这一系列中的耐候性品种。 以前，在各个强度系列的钢材中，板厚超过40毫米，强度有所降低，近年来，屈服点固定的钢材普遍使用，即使是厚板，也取与薄板相同的强度。 另外，还有高强度的调质钢HT690和HT790，桥梁设计规范中并未列入，仅使用于特大型桥梁。比如在1985年竣工的主跨为876米的大鸣门桥（悬索桥）中，为减轻补钢梁的自重，大量使用SM570和HT690。1998年竣工的主跨为1991米的明石海峡大桥中，补钢梁大量使用HT690和HT790。由此可见，桥梁建设在向大跨度挑战的过程中，材料的进步起了非常重要的作用。