钢板组合梁桥国内外设计探讨

文献标志码：B 文章编号:1009-7716(2019)11-0038-040引言钢材和混凝土是桥梁建造常用的2种建筑材 料，二者在力学性能及物理性能上各有优劣，采用 单一的材料进行建造往往受到材料本身制约。混凝土构件的优点为：整体性好、延性好、耐

久性和耐火性较好、可模性好、强度较高、易于就

地取材。缺点为：自重大、抗裂性较差、施工复杂、 工期较长。钢材优点为：质轻、塑性和韧性好、材质接近

于匀质和各向同性体、制造简便、密封性好、耐热

性好。缺点为：防火性能差、钢材易锈蚀，应采取防 护措施。钢材耐热但不耐高温，其强度随着温度升

高而降低。钢材在潮湿环境中，特别是处于有腐蚀

介质的环境中易锈蚀，必须刷涂料或镀锌，并且在

使用期间应定期维护。钢板组合梁桥在受拉区配置钢主梁，在受压

图2钢板组合梁桥构造示意图区配置混凝土桥面板，二者之间通过抗剪构件连

1钢板组合梁桥国外的发展趋势和特点1.1钢板组合梁桥在国外的发展钢板组合桥梁最早从欧洲发展起来，德国在 1937年进行了钢板组合梁的加载试验，并于1950 年前后召开了几次关于钢板组合梁结构的学术会

接，如图1所示。钢板组合梁桥的构造既避免了混凝土在受拉 区域开裂,也防止了钢梁受压侧向失稳问题。与混

凝土梁比较，钢板组合梁有自重轻的优势；与钢梁

比较,钢板组合梁有顶板刚度大的优势。钢板组合

梁桥构造示意图见图2O收稿日期:2019-07-12基金项目：浙江省交通运输厅科技项目(2017016)作者简介：张超(1984-),男，硕士，工程师，公司副总经理， 从事工程管理工作。议，其中许多钢板组合梁的计算理论及实际工程应

用被相继介绍，并且制定了关于道路桥的钢板组合 梁设计指南。美国于1954年开始进行钢板组合梁 焊钉连接件的承载能力和疲劳性能试验研究,试验 研究前后开展将近20 a,相关的研究成果应用到了

2019年11月第II期城市道桥与防洪桥梁结构39美国高速公路桥的设计规范中。日本于1950年开 板梁桥成为中小跨径桥梁应用的主流方案。始尝试建造钢板组合梁桥，并于1959年制定了关 法国于1990年建成的Hepital桥如图5所示， 于公路桥的钢板组合梁桥设计施工规范叫它采用非支撑横梁设置的钢板组合梁桥结构体

这些早期发展起来的钢板组合梁桥具有的共

系.跨度为59.0 m+2x .0 m+33.0 m,主梁间距 同特点是：虽然设计计算中考虑与桥面板的组合

12.6 m,梁高3.2 m,高跨比达到1/20,桥面板设置 作用，但是构造设计与非组合梁桥相似，同样采用

横向预应力叫多主梁，各主梁之间设置许多横梁、水平及竖向横

撑，在腹板上焊接大量纵横向加劲肋，以保证各个

杆件之间的整体性。典型的钢板组合梁桥构造见 图3。(a)Hopital 桥断面

图3早期钢板梁桥的典型设计图这种结构体系的钢板组合梁桥，构件数量多 且复杂、焊缝数量大、构件的加工成本高、维护困 难、施工复杂；并且构件的受力及传力不够明确， 不能充分利用各个杆件的性能，此外，局部构造的

疲劳破坏也是突岀问题。这些都着钢板组合

梁桥的广泛应用叭1.2钢板组合梁桥在国外的实例应用(b ) Hopital 桥立面

美国新纽约大桥（见图4）,其单幅宽度约25 m,

图5法国Hopital桥（单位:mm ）横桥向采用5片主梁，主梁中间设置4道小纵梁。 瑞士近年来也逐渐将双主梁钢板组合梁桥加

主梁间距约5.5 m左右，间距较大，但其横梁及小 以简化，尝试只有2根主梁形式的钢板梁桥，并在 纵梁的设置方式仍属于多主梁体系。此基础上进行简化，优化了横梁的数量和高度、加 劲肋的数量和位置，取消了横撑；同时通过设计焊

钉群的方法，解决了在给混凝土桥面板施加预应

力时预应力转移到钢梁中的问题，作为标准桥型

之一在瑞士国内得到了大范围采用。图6显示了钢板组合梁桥横截面布置形式在

不同年代的变迁过程，可以看出从20世纪80年 代开始已经基本上不设置横撑及腹板纵向加劲肋 To2钢板组合梁桥在国内的使用现状钢板组合梁桥在我国的应用实践尚处于起步 阶段，主要的发展是在铁路桥领域，结构形式类似

于早期的多主梁形式的钢板梁桥，设置复杂的横

梁、横撑及加劲装置。钢板组合梁桥在我国公路桥

的应用不多，在跨线桥、引桥及匝道桥等中小跨度

（b）大桥平面桥梁中有少量应用，因此我国建造钢板组合梁桥

图4美国新纽约大桥缺乏相关的设计和建造经验。并且对钢板组合梁 法国从20世纪80年代后期开始集中进行钢 设计指导体系、设计参数、设计理论及方法等均掌

板组合梁桥的研究与设计，对传统的钢板梁桥进

握欠缺，这些不利因素导致钢板组合梁桥在我国 行了最大程度的简化，采用2根钢主梁形式的钢

推广及应用缓慢。40桥梁结构城市道桥与防洪2019年11月第11期(a) 1960 年代(b)1970 年代(c)1980 年代图6钢板组合梁桥横截面形式的变迁2.1应用背景随着钢铁产能的提高和钢结构桥梁建设技术

的进步，我国已经具备推广钢结构桥梁的物质基 础和技术条件。当前,钢铁产能过剩是推进钢结构

桥梁建设、提升公路桥梁建设品质的良好契机，同 时也是落实《关于钢铁行业化解过剩产能

实现脱困发展的意见》(国发〔2016〕6号)要求，促 进钢铁行业转型升级的重要举措。为推进钢结构桥 梁建设，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》(交公路发［2016J115号)何, 决定推进钢箱梁、钢桁梁、钢混组合梁等公路钢结 构桥梁建设，提升公路桥梁品质，发挥钢结构桥梁

性能优势，助推公路建设转型升级。该指导意见中 明确在新建大跨、特大跨径桥梁中将以钢结构为

主，新改建其他桥梁时钢结构比例将明显提高。

2.2应用条件结构方面:混凝土结构较钢结构自重大，抗裂

性能差,结构效率低，当跨度增加时,抵抗自重所需

材料成倍增长，导致上下部结构工程量增加叫 而 钢结构自重小，材料效率高，可凭借较小的自重抵

抗较大的外部荷载。成本方面：混凝土桥梁的建设成本较钢结构

桥梁低。测算表明，中小跨径混凝土桥梁造价较钢 结构桥梁低450元/m2至650元/ m2左右，但该价 差随跨径增大而逐步缩小。从养护成本看，钢桥比

混凝土桥梁全寿命养护费用低200元/ n?左右。 故从全寿命周期来测算，钢桥与混凝土桥梁成本 相差无几叫环保方面：混凝土结构拆除形成的建筑垃圾

会对环境带来较大影响，而钢材无限循环利用的

优势是混凝土结构无法相比的。材料方面：公路钢桥以Q355D、Q390D、Q420D 等常规钢材为主。中国钢铁工业协会数据披露，公

路桥梁各类钢材和线材产能充足。设计方面：最新修订的《公路钢结构桥梁设计

规范》(JTG D—2015)、《公路钢混组合桥梁设计

与施工规范》(JTGZTD-01—2015)、《桥梁用结构 钢》(GBE 714—2015)、《低合金高强度结构钢》

(GBfT 1591—2018)等已经颁布实施。加工方面：目前桥梁钢结构加工企业产能充 足，如杭萧钢构、东南网架等。施工方面：目前行业内桥梁施工企业总体过 剩，但除中铁、中建、中交等大型施工央企外，其他

小型施工单位一般都不具备钢结构的施工资质。综上所述，钢板组合梁桥结构性能优异，能够

充分发挥钢材与混凝土2种材料的优点，具有显 著的环保优势。虽然建设初期成本比混凝土桥梁

略高一些，但全寿命周期成本与混凝土桥梁相差

不大,从材料、设计、加工和施工方面来看，钢板组

合梁桥的应用条件也已非常成熟。2.3应用案例分析钢板组合梁桥在浙江、陕西、安徽、湖南等地 都已有应用。本文收集了部分省份的钢板组合梁桥

公路应用方案，并对这些方案的应用特点、钢板梁

尺寸构造及用钢量指标等进行比较，见表1~表3。表1 35 m中小跨径钢板组合梁桥方案特点比较比较项目安徽省陕西省浙江省安徽省某1号高速某高速某高速某2号高速跨径35 m x 335 m+(0 ~ 4) x35 m+35 m35mx435mx4半幅桥宽(车道数)13.25 m(4)12.25 m(4)12.25 m(4)16.75 m(6)主梁连接 方式焊接焊接焊接焊接横梁类型支撑横梁端横梁支撑，其 端横梁支撑， 端横梁支撑， 余非支撑其余非支撑其余非支撑横梁连接 方式焊接栓接栓接栓接材料Q345D/C40Q345qDNH/C50Q345D/C40Q345D/C50施工方式钢梁节段 整联节段吊装 节段预制 预制吊装逐孔吊装简支变连续顶推施工表中4个方案均为双主梁钢板组合梁桥，其

中安徽省某1号高速为支撑式横梁，其余3个方

案均为非支撑式横梁。支承横梁体系的桥面板受

力主方向在纵桥向，钢材用量较大,桥面板板厚较

小，但接缝多；非支撑横梁体系的桥面板主受力方 向在横桥向，需要较厚的桥面板，有连接简单的优

势。2019年11月第11期城市道桥与防洪桥梁结构41表2 35 m中小跨径钢板组合梁桥尺寸构造比较mm陕西省由于地处北方，气候干燥，为了提高钢

构件高腹板安徽省

某1号高速1 750陕西省 某高速浙江省 某高速安徽省 某2号高速板梁桥的耐久性，陕西省某高速公路方案选择了

耐候钢材料，而非普通低碳合金钢。在环境较为恶 劣的地区，使用耐候钢能够节省初期的涂装费用， 并且在全寿命周期内经济性更高。1 80018/20/2880020/449601 7001 70018/20/28厚宽顶板14/16/2016/2580080025/32100080020/28/363钢板组合梁桥的经济跨径随着施工技术的普及，钢板组合梁桥的应用 范围越来越宽。工字组合梁桥的经济跨径为35~

厚宽底板25/28/3096096028/32/44/54厚32/44210x 16180x 12160x 1232/35/6030/38/5290 m,箱形组合梁桥的经济跨径则为70-120 m。对于35-100 m的中小跨径公路桥梁，钢板组 合梁桥具有结构轻、架设快、现场施工环境简单、

腹板加竖向劲肋210 x 16350 x 20无210x 16350 x 20350 x 25无210x 16350 x 20350 x 28纵向无对周围环境影响小等优点，是桥梁工业化发展的 主要方向。表3 35 m中小跨径钢板组合梁桥用钢畳比较(中跨半幅)构件钢主梁/kg横梁驱安徽省某1号高速46 2.16陕西省某高速52 127.6浙江省某高速48 872.4安徽省某2号高速59 506.544结语本文对钢板组合梁桥国内外的设计情况及发

展趋势进行了分析，对国内4条高速上所设计的 钢板组合梁桥的设计特点、尺寸构造及用钢量进

18 058.183 872.6356+136109173 391.28 367.818 097.122 368.32加劲肋/kg加劲肋数量3 072.1行了系统对比，对钢板组合梁桥的经济跨径进行

了总结。钢板组合梁桥在35-100 m跨径中应用广 泛，其经济性较高；中小跨径钢板组合梁桥正逐步

38+54836.0042+16570.660 882.934+80928.1280 900.10焊缝/kg总计/kg单位面积用钢量/( kg*m-2)752.05从多主梁向少主梁到双主梁的趋势过渡，该种桥

18 947.02148.6767 271.8156.9型结构形式会越来越简洁，基本上不设置横撑和

142.0138腹板纵向加劲肋，被认为是一种极具经济性的桥

梁形式。参考文献：[1] 张海涛.钢板梁桥的设计特点和应用前景分析[J].工程建设与设

计,2018(5):126-128.安徽省某2号高速为6车道，浙江省某高速

为4车道设计方案。相比两者的用钢量，对于双工

字钢板组合梁来说,6车道比4车道单位面积的经 济指标更好。而双工字钢板组合梁的经济性要优

于多工字钢板组合梁，多工字钢板组合梁单位面

[2] 彭亚军.山区中等跨径钢板组合梁应用研究[J].广东交通职业技

术学院学报,2017,16(2):14-17.积用钢量一般达到200 kg/m2左右，但双工字钢板 组合梁结构强健性略差一些。⑶赵君黎，李文杰，冯蔑.我国公路钢桥的进与退[J].中国公路，

2016(11):25-27.(上接第27页)以上实例仅为个案，是综合考虑多种因素确

定的，虽不具有普遍性，但反映出设计的灵活性，

及到景观绿化、城市家具、交通管理、管线综合、轨

道交通接驳等其他方面工作，因此设计人员必须

不失为好的工程案例。总之，在改造工程设计中，

应充分考虑现况设施的制约因素，要动态处理问

树立全局观念、宏观意识，紧密结合道路功能定

位，协调好各方面需求，立足当前，着眼长远，使改 造成果惠及城市发展和居民需求。参考文献：题,不要采取“一刀切”的解决思路。4结语城市既有道路改造是一项复杂的系统工程，

本文主要从道路设计的角度对改造的原则、思路

[1] 北京交通发展研究院.2018北京市交通发展年度报告[R].北京：

北京交通发展研究院，201&[2] 毛子珍.浅谈城市道路交通综合改善设计的影响因素[J].城市道

及技术要点进行了论述。同时，城市道路改造也涉

桥与防洪,2009(2):12-15.high-flow and high-load road sections, the service life of road is usually shorter, and it is easy to get the

pavement diseases of crack, settlement and rutting. For the structural feature of pavement, it is a very effective

method to improve the service life of road pavement by using the rigid subsoil to increase the bearing capacity

of pavement base.Keywords: rigid base, poor concrete base, application, municipal roadAnalysis on Effects of Different Curing Schemes for Asphalt Pavement Crack Diseases of Expressways in Gansu •••

........................................................................................................................................................... Chen Tianfeng ( 35 )

Abstract： This paper introduces the crack situation of expressways in Gansu, analyzes the disease causes,

causing conditions and its influence on traffic, and puts forward the solving ideas. From the angle of crack treatment, the curing effects of crack sealing, micro-surfacing, cape seal coat, modified asphalt concrete over­

lay and rubber asphalt concrete overlay schemes are observed. The results can provide the technical reference

for the curing schemes under the similar conditions.Keywords: expressway crack disease, curing scheme, curing effectBRIDGES & STRUCTURESDiscussion on Design of Steel Plate Composite Beam Bridge at Home and Abroad .....................................................

.................................................................................................................. Zhang Chao, Duan Yajun, Hu Xiangsen ( 38 )

Abstract： In order to promote the wide application of the steel plate composite beam bridge in China, the

design situation and development trend of steel plate composite girder bridge at home and abroad are

analysed. The structural characteristics, design essentials, structural dimensions and steel consumption of the

typical steel plate composite girder bridges in China are compared, and the economic spans of steel plate

composite girder bridge are summarized. The analysis result shows that steel plate composite girder is widely used in 35〜100 m spans, and steel plate composite girder bridge is gradually from multi-girder to

double-girder trend transition. Double-girder bridge is considered to be a very economical bridge form.

Keywords： steel plate composite beam, supporting beam, non-supporting beam, steel quantity index,

economic spanStudy and Analysis on Structural Selection of Urban Elevated Bridge .......................... Zeng Xiangchun ( 42 )Abstract： In recent years, with the continuous increase of urban traffic demand, the construction of

expressways has been started successively in the major cities of China to ease the traffic congestion and

improve the travel quality. The elevated expressway has been widely used as the main laying form of expressway due to the advantages of intensive land use, three-dimensional traffic and moderate cost. This

paper compares and analyzes the characteristics and construction schemes of the different bridge structures

suitable for the urban elevated bridges, which provide the reference for the selection of bridge structures in the similar projects of China.Keywords： expressway, urban elevated bridge, beam type, prefabrication and assembly, comparison and

selection of scheme