建设“品质钢桥”的重要原则和理念

                                                                                                        

钢桥具有突出优点：材料性能稳定、 轻质高强、塑性材料的弹性使用带来突出安全性能(含抗震安全性能)，钢材受拉塑性破断极限应变通常是弹性极限应变的100倍左右；更高质量的工厂化构件制造；工地快速的整体结构装配式架设施工；灵活的切除与连接性能便于构件的维修与更换，由此也提高了整体耐久性能，且报废结构材料亦可再次熔炼利用。

长期以来，我国的公路钢桥比例极低。2015年我国粗钢产量由10年前3.6亿吨增加至8.0亿吨，增幅122.2%；同期，全世界粗钢产量由11.5亿吨增加至16.2亿吨，增幅40.9%。近年来，世界主要生产钢铁国家出现严重的产能过剩，由此导致钢材价格下降，我国表现最为突出；2016年2月，国务院印发《关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》。从另一个角度来看，相对的低价钢材恰好成为我国加强公路钢桥建设、提高公路桥梁建设质量的良好契机。2016年7月，交通运输部发布了《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》，不少建设、设计、制造与施工单位已经高度重视并开始了相关工作。可以预测，我国将迎来公路钢桥的建设高潮。在迎接这一高潮的过程中，需要特别重视和关注如下重要原则和理念。

8 E7 I5 V4 \+ E2 j; k8 h钢桥使用高品质钢材

和相对安全耐久理念

钱塘江大桥

以茅以升和罗英为代表的老一代工程技术人员自行设计建造的我国第一座公铁两用桥梁——钱塘江大桥，是我国现代桥梁史上的里程碑。钱塘江大桥主桥桁架梁除主桁的上下平纵联与横联(含铁路桥门架和公路纵梁的支承框架)、铁路纵梁的平纵联采用低碳钢外，其它主桥主要受力构件和引桥钢板梁4135吨全部采用当时世界上最好的高强低合金钢，即铬锰钢(克罗马多尔钢，Chromador Steel)，该钢材按照1934年的英国标准规范BSS 548规定生产，其屈服应力355.38MPa、极限应力为571.70MPa，延伸率18%，屈服应力和设计允许应力均比当时低碳钢各高出50%，由此钢桁梁重量减轻24%，这既减少了从英国至中国的运输费用，也更方便浮运架设等；同时，该钢材的耐大气腐蚀性能是普通低碳钢的3倍。按照现在最新标准GB/T 714-2015推荐的计算方法，该钢材的耐大气腐蚀指数为7.1，大于规定合格值6.0。事实上，经过79年的使用，钱塘江大桥大部分钢构件表面依然良好，即使是被炸后，落入江中、从水中捞起继续使用的部分构件也基本能承载，这些虽然与几代桥梁管养人员的努力有关，但更是与当年选用优良性能的钢材分不开。

钱塘江大桥

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图2 图3 钱塘江大桥桁架杆件(受炸落入江中、从水中捞起继续使用的构件)

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鸭绿江大桥

1943年建成的中朝友谊桥(鸭绿江大桥)钢桥共四联，每联均为三等跨下承式连续桁架梁，我国管辖第一、二联，每跨94.2m(第三、四联每跨62.6m)，原来为双线铁路桥，后来将一线铁路改造成一车道公路。战争使桥梁受到损伤；经维修和局部更换后，桥梁带着弹孔等众多战争伤痕仍持续使用着。

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图4（上） 鸭绿江大桥   图5（左下） 鸭绿江大桥钢桁架及纵横梁现存弹孔  图6（右下） 鸭绿江大桥不同跨度钢梁的支座

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中小跨度梁桥优先选用上承式实腹等高度钢梁桥结构原则

在中小跨度桥梁中，与空腹桁架结构相比，上承式实腹钢梁(含钢板梁和钢箱梁)桥具有较大优势。新西兰奥克兰海港大桥的中间钢桁梁桥为1959年建成的4车道公路桥，通航孔主跨为243.8m的中承式结构，其他孔跨为177m和124m等上承式钢桁梁结构，桁架相对较高，用钢量较大。1969年在其两侧各加宽两车道(每侧桥面宽度9.15m)，采用全长1100m、9孔全部连续的上承式钢箱梁结构；除主跨支点钢箱梁加高至9.2m外，大部分梁段采用3.7m和4.2m等高度梁，结构相对轻细，与同跨度的钢桁架梁(大部分梁高约为钢箱梁高的3倍)形成鲜明对比；结构自重较轻，另外原来桥墩及其基础的安全储备大，两侧加宽的钢箱梁桥的下部结构基本上依赖于原有桁架梁桥的下部结构；后来又在钢箱梁的外侧拓宽桥面和调整车道，增加了净宽2.15m的自行车道。与中间钢桁架梁段浮运架设相比，两侧的钢箱梁采用更快速、更安全的长梁段整体吊装架设方法。总而言之，上承式实腹等高度钢梁桥结构是中小跨度钢梁桥的优先选用形式。

- Z& g. ^3 s+ @0 Q, O8 `8 g1 Y! O图7（上） 新西兰奥克兰海港大桥  图8 图9(下） 新西兰奥克兰海港大桥的中间钢桁梁结构和两侧加宽的钢箱梁结构

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钢桥建设需要专业的设计和制造原则

公路钢桥建设涵盖工厂化制造和工地架设施工，这两个方面均需要相对专业的水平；正交异性钢桥面则需要更高要求的专业制造与质量监控，其中包含先进的设备与技术人才，绝不可依靠没有技术经验的“土队伍”或“民间队伍”。我国和其他国家以前出现大量的正交异性钢桥面疲劳开裂等钢桥事故，其中既有运营车辆超载问题，也有制造架设施工技术力量不够专业、监理和质量监督严重缺失等问题。如果对这些问题重视不够，极有可能导致后期出现更加严重的钢桥质量事故。

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图12 日本东京银座新桥工地采用高强度螺栓连接及其外观效果栓连接及其外观效果

/ G3 v! [$ I6 P! [5 @+ @1 S无需过度追求全焊钢桥原则

   钢桥中的焊接和高强度螺栓连接各有优势和缺点，需要客观公正的选用。在以往众多工程中，出现不少过度追求全焊接钢桥的失败案例，特别是在高空、风大、无遮挡和无法进行焊缝质量检验的条件下，要求进行全部焊接是错误的，其中的主导性错误观点就是认为全部焊接的钢梁表面平整、光滑，而高强度螺栓连接可能表面粗糙、有碍观瞻等。

4 w0 ~* g: k& I4 X. }图13 图14 使用压型钢板作为桥面混凝土顶板底模的结合梁桥

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图15 图16 结合梁桥的采用较厚的端部横梁

5 Y7 M1 W& E. |  I6 _6 E4 O优选结合梁桥的原则及理念

中小跨度简支结合梁桥具有如下突出优点： (1) 优良的混凝土顶板性能表现为充分发挥其良好抗压的材料性能、利用钢梁支撑方便现浇顶板施工、顶板宽度方向一次浇筑而整体性好、桥面铺装层容易施工且耐久。 (2) 受拉的下翼缘充分利用钢材具有高强度的受拉性能。 (3) 全长或节段的钢梁工厂加工制造和工地的整体架设能够有效地缩短工期。

    同时，混凝土顶板采用镀锌或不锈的压型钢板作为底模，既方便施工，又具有防裂和美观的功效，值得提倡。

& _% L: {* G, K6 ~图17（左） 法国A1公路阿斯特里克斯跨线桥  图18（中） 图19（右） 美国宾州高性能耐候钢两跨连续波形腹板结合梁桥

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加大端横梁提高整体受力特性及改善伸缩缝耐久的理念

加大端横梁和采用整体式桥台，明显有利于提高桥梁的整体受力性能，同时可有效地改善伸缩缝耐久，值得广泛推广和应用。

$ z1 U- {" N! N; |4 h8 v- W) Y6比选波形腹板结合梁桥的原则

与常规波形钢腹板梁桥相比，波形腹板结合梁桥指以混凝土为主体的顶板和钢的底板与波形腹板相结合的梁桥，其形式可以是开口截面的波形腹板工形钢梁结合梁，也可以是闭口截面的波形腹板U形钢梁结合梁。优良的腹板性能表现为波形腹板的“手风琴效应”带来的主要承受剪力作用、顶板和底板的剪力滞效应小而有效计算宽度大、无平腹板所需的竖向加劲肋和水平加劲肋。1989年，法国建成了第一座波形腹板结合梁桥阿斯特里克斯桥(Asterix Bridge)，该桥为两跨37.4m的两片波形腹板工形钢梁的结合梁桥，梁高2.1m，桥面宽13.0m，两片工形钢梁之间没设中间横隔板和联结系。后来，美国采用HPS 70W高性能耐候钢建成了总长77.11m的两跨连续波形腹板结合梁桥，其腹板的高厚比为250。至今已经建成多座波形腹板结合梁桥，取得了技术进步和经验。

7采用单跨刚构以增加跨度和提高刚度的理念

单跨桥梁适当采用刚构形式，使梁部和整体桥台结合为一体，可以更有效的提高桥梁整体性能，有效降低梁高，增加跨度、提高刚度，增加伸缩缝耐久(或取消伸缩缝)。

/ c0 a  L8 L: w& z8 p: g图20 单跨低高度刚构梁桥

8采用厚板小截面钢柱墩的原则

   推广钢结构桥梁，除了考虑梁部问题之外，还要考虑适当采用厚板小截面钢柱墩，甚至采用钢框架作为桥墩和系梁。其突出优点是：钢柱墩的截面小，占地面空间小；墩的横向位置可以更加灵活地布置。

让我们做好观念上的准备和技术上的储备，共同迎接公路钢桥建设高潮的到来，让公路桥梁更加安全、耐久、经济、美观和绿色环保。

% {5 G! U3 h$ \图21 厚板小截面钢柱墩

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资料很好，学习了。

图2、3没有，图4~图20下面说明与图片不对应