摘 要：以遼甯境内跨徑為16m的簡支梁橋為例，提出了熱軋組合H型鋼、鋼闆梁、熱軋H型鋼三種不同結構形式的鋼-混組合梁橋，通過結構驗算及經濟指标綜合對比分析，确定了熱軋H型鋼組合梁最為合理的橋梁結構形式，可為中小跨徑鋼-混組合梁橋的選型提供參考。

關鍵詞：中小跨徑橋梁;橋梁結構;鋼-混組合;造價對比;

基金：遼甯交通科技項目(201513);

預制裝配化鋼結構橋梁是以預制構件為主，經裝配、連接而成的鋼結構橋梁。随着遼甯省工業化水平的提高，裝配式組合結構體系逐步得到重視，開展裝配式組合梁橋的應用，可完善新型組合結構體系，對提高遼甯省橋梁工業化水平具有重要的實用價值[1]。主要特點:預制裝配化鋼結構橋梁的構件利用工廠化制作和預制裝配技術，保證構件質量，提高橋梁建設速度，減小施工過程對交通的幹擾和環境的不利影響，減小交通封堵帶來的經濟損失[2,3]。

目前中小跨徑橋梁(16m、20m跨徑)常用結構形式為空心闆，空心闆具有結構形式簡單、建築高度低、用材經濟等優點，成為以前國内公路橋梁20m以下跨徑橋梁的首選橋型。但受施工、自然侵蝕及運營環境等因素的影響，建成後的空心闆梁橋，随着服役時間的延長，逐漸出現材料劣化、裂縫、鉸縫損傷等病害，尤其鉸縫是易損部位，在東北地區冬季常使用除冰鹽，從而大大加劇鉸縫的破壞進程，因此降低了空心闆梁橋鉸縫結構耐用性，這些病害的不斷累積和發展，嚴重降低橋梁的承載性能并危及行車安全[4,5]。

針對空心闆橋的缺點，研究鋼混組合梁替代空心闆，鋼混組合梁具有耐久性好、預制方便、易于标準化生産和施工、便于運輸、吊裝、綜合造價較優等特點。

采用Q345D熱軋帶突起翼緣闆與Q345DNH鋼闆腹闆焊接而成的H型鋼(簡稱熱軋組合H型鋼)，熱軋組合H型鋼優點如下:

(1)頂、底闆厚度和寬度及腹闆厚度和高度可根據受力情況進行調整。

(2)由于頂底闆與腹闆連接部位存在凸起，減弱了頂、底闆殘餘變形和殘餘應力。

(3)由于頂底闆軋制而成，降低了由切割導緻的浪費。

(4)對舊橋改造工程，梁高與原設計保持一緻，從而不需調整路線縱斷。

缺點如下:

(1)凸起部位的尺寸沒有相關規範及依據。

(2)生産熱軋帶突起翼緣闆的廠家很少。

鋼闆梁是通過Q345D鋼闆焊接而成，鋼闆梁同樣具有頂、底闆厚度和寬度及腹闆厚度和高度可根據受力狀況進行調整等優點，同時缺點也很突出，列舉如下:

(1)頂底闆和腹闆通過雙面角焊縫焊接，在頂底闆存在較大的熱影響區域，使鋼闆梁存在較大的殘餘變形及殘餘應力，焊後需經過複雜的校正工藝消除殘餘變形，這些将導緻鋼梁産生附加應力，校正增加加工費用。

(2)角焊縫焊接影響結構抗疲勞性能。

(3)由于闆材的尺寸限制，縱橋向需要全截面對接焊，大大降低了抗疲勞性能。

(4)頂底闆由較大标準尺寸鋼闆切割而成，大大增加了由切割導緻邊角料的浪費，同時切割處理增加制造費用。

熱軋H型鋼由于全截面無焊接從而抗疲勞性較好，但存在較多缺點如下:

(1)熱軋H型鋼國标型号固定，局部材料在受力方面不能充分利用，導緻單位平米用鋼量較高。

(2)通過調研生産梁高大于708mm的熱軋H型鋼廠家極少，訂貨極其困難。

(3)同等跨徑的橋梁，滿足設計要求的前提下，熱軋H型鋼的梁數較多，并且建築高度較高。

16m跨徑的簡支橋梁，荷載等級為公路-Ⅰ級，經初步計算鋼梁尺寸如下:

組合H型鋼方案采用Q345D熱軋組合H型鋼，頂闆厚18mm，底闆厚28mm，寬均為400mm，凸起高度均為45mm，腹闆厚10mm，高為494mm，梁高為630(簡寫為630×400×10×28(18))，斷面見圖1。

圖1 組合H型鋼橫斷面 下載原圖

鋼闆梁方案采用Q345D鋼闆梁鋼，型号為630×400×10×28 (18)，梁高584mm，頂底闆寬度為400mm，頂闆厚度為18mm，底闆厚度為28mm，腹闆厚度為10mm，斷面見圖2。

圖2 鋼闆梁橫斷面 下載原圖

熱軋H型鋼方案采用Q345D熱軋H型鋼708×302×15×28，其中梁高為708mm，頂底闆寬度均為302mm，厚度均為28mm，腹闆厚度為15mm，斷面見圖3。

圖3 熱軋H型鋼橫斷面 下載原圖

以沈康四期K16 669.5處張家堡中橋作為依托工程，橋梁全長為55.4m，跨徑布置為3×16mm，交角為125°。橋面淨寬為11.45m，兩側各設0.5m鋼護欄。橋面淨寬11.45m;總寬度12.45m;荷載等級公路Ⅰ級;結構形式采用簡支鋼-混組合梁。端橫隔梁采用混凝土橫梁，見圖4，中橫梁采用槽鋼40a，與主梁通過螺栓連接，見圖5。

鋼混凝土梁由多片鋼梁及橋面闆組成，根據不同鋼梁結構形式，計算了橫向6片鋼梁的情況，梁間距均為2.25m，采用220m厚的鋼筋混凝土橋面闆，其中橋面闆與鋼梁采用施工階段聯合截面進行計算，中間無臨時支撐。主要荷載組合為:

(1)恒載 設計車道偏載 混凝土收縮徐變 整體升溫 溫度梯度。

(2)恒載 設計車道偏載 混凝土收縮徐變 整體降溫 溫度梯度。

圖4 端橫隔梁斷面 下載原圖

圖5 中橫隔梁斷面 下載原圖

模型見圖6。

圖6 鋼混組合梁計算有限元模型 下載原圖

在上述荷載組合情況下，分别對3種不同結構形式在最不利荷載組合作用下，上下翼緣闆的應力進行計算，計算結果見表1。

表1 組合梁應力計算表 下載原圖

由表1可知:在偏載作用下，組合梁的上下翼緣應力均小于270 MPa，活載撓度小于L/500(32mm)，均滿足《公路鋼結構橋梁設計規範》(JTG D64—2015)要求限制，通過計算以上三種方案均滿足跨徑為16m簡支橋梁的設計要求。

通過以上結果可以看出三種方案下翼緣與上翼緣應力比值依次為:1.29,1.28,1.31。說明熱軋H型鋼的上翼緣闆的富餘度較大，頂闆設計厚度偏于保守。

本項目主要從用鋼量及造價角度對熱軋H型鋼、鋼闆梁及熱軋組合H型鋼方案進行對比，見表2。

表2 鋼梁方案造價對比表 下載原圖

注:鋼闆梁和熱軋組合H型鋼未考慮加勁肋的用鋼量及加工費用。

根據上述對比，鋼梁每平米價格由低到高分别為鋼闆梁、熱軋組合H型鋼和熱軋H型鋼。熱軋H型鋼每平米造價比鋼闆梁及熱軋組合H型鋼分别高21%及18%。但鋼闆梁和熱軋組合H型鋼如果考慮加勁肋的用鋼量及加工費用，與熱軋H型鋼費用基本相當。通過綜合考慮對鋼結構橋梁采用熱軋H型鋼，可有效地避免疲勞開裂等病害。

以遼甯境内已建成的中小跨徑鋼-混組合橋為研究對象，分析了跨徑為16m的鋼結構橋梁，通過受力分析、造價及使用性能的綜合比較，建議選取熱軋H型鋼組合梁較為合理。這将為中小跨徑鋼-混組合橋梁的結構選型提供有意義的借鑒。

[1] 石雪飛，許琪．遼甯省中小跨徑鋼混組合結構橋梁全壽命周期成本分析[J]．北方交通，2019(2):5-8.

[2] 劉心亮，吳憲锴．橋梁優選養護規劃方案研究[J]．北方交通，2020(7):1-4.

[3] 姜晴．高速公路養護序列規劃研究[D]．西安:長安大學，2013.

[4] 張國梁．預防性養護最佳時機的确定方法研究[D]．哈爾濱:哈爾濱工業大學，2007.

[5] 劉永健，高詣民，周緒紅，等．中小跨徑鋼-混凝土組合梁橋技術經濟性分析[J]．中國公路學報，2017(3):1-13.

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