大跨度钢桥设计典型案例

大跨度钢桥设计及典型案例1.大跨度钢桥工程实例2.钢桁梁及整体节点设计3.钢箱梁及板结构设计4.系列高性能结构钢5.板桁组合结构新技术6.钢桁梁斜拉桥的技术创新7.钢拱桥建造关键技术8.设计施工中几个值得注意的案例主要内容1.大跨度钢桥工程实例日本岩石岛与柜石岛大桥，主跨420m钢桁梁斜拉桥，建于1980’年代丹麦厄勒海峡大桥，主跨490m钢桁梁斜拉桥，建于1990’年代丹麦-德国费马恩跨海大桥，主跨700m钢桁梁斜拉桥芜湖长江大桥，主跨312m钢桁梁矮塔斜拉桥，2000年建成通车武汉天兴洲长江大桥，主跨504m钢桁梁斜拉桥，2009年建成通车安庆长江大桥，主跨560m钢桁梁斜拉桥，2013年建成主梁横联处截面黄冈长江大桥，主跨567m钢桁梁斜拉桥，2013年建成铜陵长江大桥，主跨630m钢桁梁斜拉桥，2013年建成沪通长江大桥，主跨1092m钢桁梁斜拉桥，已开工建设蒙华铁路洞庭湖大桥，主跨2x406m钢桁梁三塔斜拉桥，已开工建设芜湖长江公铁二桥，主跨588m钢桁梁大小矮塔斜拉桥，计划年内开工大胜关长江大桥，主跨2x336m双主跨三主桁钢桁拱桥，2011年建成通车南广铁路西江大桥，主跨450m钢箱拱桥，2013年建成起于嘉兴市海盐，止于宁波慈溪，全长36km，桥宽33m。最长跨海桥。杭州湾跨海大桥舟山大陆连岛工程金塘大桥起于舟山金塘，止于宁波镇海，全长约27km。上海东海大桥起于上海芦潮港，止于小城子山小洋山，全长约31km，其中海上段长约25km。港珠澳跨海大桥琼州海峡位于广东省雷州半岛与海南省之间；主跨1000m级公铁两用桥梁。琼州海峡公铁两用通道铁路等级为两线I级铁路，设计行车速度200km/h公路采用双向六车道高速公路标准，设计时速100km/h福州至平潭铁路海坛海峡大桥广东西部沿海铁路虎门公铁两用大桥武汉杨泗港长江大桥主跨1700m双塔双层钢桁梁悬索桥。淮扬镇五峰山大桥推荐采用1120m双塔钢桁梁悬索桥方案，横断面布置上层为双向八车道公路，下层为双线铁路。泰州长江大桥主桥采用了主跨2×1080m的三塔双跨钢箱梁悬索桥，系世界首创。中塔采用纵向人字形、横向门式框架型钢塔，其大节段制造和安装技术的使用在国内尚属首次。马鞍山长江大桥高速公路特大桥，全长11km，其中左汊主桥为2×1080m三塔两跨悬索桥，右汊主桥为(120＋2×260＋120)m三塔两跨斜拉桥。武汉鹦鹉洲长江大桥鹦鹉洲长江大桥主桥为（200+2×850+200）m的三塔四跨悬索桥中塔采用钢混叠合塔，边塔采用混凝土塔。大桥设计为双向8车道，为国内首座三塔四跨的结合梁悬索桥，结合梁主梁在世界同类跨度悬索桥上首次采用。洞庭湖二桥虎门二桥龙江大桥2、钢桁梁及整体节点设计铁路钢桥规范-关于钢桁梁规定公路钢桥规范-关于钢桁梁规定核心在哪里？结构体系、构件设计、连接构造1960年代，我国钢桁梁开始采用焊接与栓接技术。起初是少焊多栓，即工厂焊接制造、工地螺栓连接。1990年代京九线孙口黄河大桥开始采用整体节点技术。整体节点技术将节点散件焊接成整体，是显著的技术进步，具有实际的经济与社会效益。整体节点技术的优势：•整体节点节省高强度螺栓，较散拼节点节约30%以上•整体节点不需进行预拼，节省工时及拼装场地•整体节点安装省时省力•整体节点的节点刚度大、整体性好1--节点板节点板是重要的部件，竖杆与斜腹杆内力全部传给节点板，整体节点箱形弦杆内力50％以上传给节点板，所以节点板起着传递和平衡主桁杆件内力的重要作用它的厚度计算分为两部分，一是弦杆需要的厚度：])27.01[25.13/2fwrhtt（+=1--节点板它的厚度计算分为两部分，二是腹杆连接所需要的厚度：)121(10225dbAIbpWWaeit+⋅+⋅×=σrbMnmbbpitaeae2538101210∑×⋅×××⋅+⋅×=σσ2--箱形杆件的横隔板隔板是杆件和节点中的重要板件，它的作用有两个：一是保证杆件形状和板间距离的重要零件；二是，在有横梁连接的节点内，将横梁端部的竖向剪力向外侧节点板传递，使内外侧节点板的竖向力达到均衡。杆件两端和截面变化处须设置横隔板。杆件横隔板由于制造组装顺序关系，往往不能做到周边焊接，这时与竖向腹板或节点板的焊接是必须的。3--横梁与节点连接横梁与节点连接实际上是横梁接头与节点连接，横梁则是直接与它的接头连接。横梁接头的腹板及翼缘板与节点连接，是整体节点中的又一个重要的构造。4--平联与节点的连接平联与节点的连接，关键是连接的细节处理。平联内侧节点板两端是疲劳抗力的薄弱环节，必须认真处理。具体做法是，先将节点板两端加宽约10mm，以便进行角焊缝施工。焊好后，磨除加宽部分，打磨匀顺，并锤击。5--节点内箱形弦杆的角焊缝应力箱形弦杆的角焊缝应力在节点范围内和节点范围外显然是不同的。在节点内，斜杆的水平分力首先作用于两块节点板，经由焊缝向上（或下）翼缘传递不平衡力，焊缝承担剪应力6--设计中的其他细节构造1-钢桁节点板应力水平高，主要原因是主桁构件内力全部由节点板传递、平衡2-平联节点板设置内侧隔板3-横撑隔板在节点板内、外侧对应设置3-横撑隔板在节点板内、外侧对应设置4-竖杆在节点板范围隔板，与横梁腹板有一定长度的搭接4-竖杆在节点板范围隔板，与横梁腹板有一定长度的搭接3、钢箱梁及板结构设计全封闭整体钢箱梁结构分类分离式钢箱梁或开口式截面板梁板－桁组合结构钢箱－桁组合结构独立承载的正交异性钢桥面板结构主要构件桥面板及其纵向加劲肋底板及其纵向加劲肋主梁腹板及其纵向加劲肋横肋与横梁结构组成与传力途径传力途径先由桥面板传递给纵梁纵梁传递给横梁横梁再传递给桁架或主梁•独立承载的正交异性钢桥面板结构，不参与主梁的纵向整体受力，桥面系对桥梁纵向抗弯刚度基本没有贡献。•全封闭或开口的钢箱梁结构，包括板-桁、钢箱-桁组合结构，桥面板和纵肋成为主梁的一部分(上翼缘)，桥面也可以为桥梁提供足够的横向刚度。三个受力体系的划分1)第一体系：钢桥面板和纵向加劲肋作为主梁的上翼缘共同参与结构的受力，可以按照初等梁弯曲理论计算，为第一体系。2)第二体系：沿桥纵向弹性支承在钢箱梁横隔板上的桥面的变形，与该变形对应的应力为第二体系应力。3)第三体系：支承在纵向加劲肋腹板之间的桥面板的变形，与该变形对应的应力为第三体系的应力。1桥面板2纵向加劲肋和桥面板之间的焊缝3纵向加劲肋和横梁腹板之间的焊缝4横梁腹板的切口5加劲肋的现场接头6横梁的现场接头7横梁和主梁或横向框架之间的焊缝8横梁腹板和桥面板之间的焊缝钢桥面结构关注的设计细节4.系列高性能结构钢高速铁路大跨度钢桥的建设，推动了材料与结构新技术发展……首先，列车安全、舒适运行要求大跨度桥梁具备足够的竖向、横向刚度铁路桥具有较为刚性的主梁铁路桥除了总体的体系刚度，还需要良好的铁路桥面局部刚度，因此主梁采用钢桁梁较多动力性能要求高其次，应尽可能选用阻尼大的结构并具有一定的参振质量，抑制桥上列车的振动响应。第三，桥上列车的振动响应与线路条件（尤其是轨道不平顺）有较大关系，因此也需要具备足够的桥面整体性。另外，列车运行对轨道匀顺性有较高的要求，梁端转角限值竖向转角≤2‰、水平转角≤1‰。结构措施1-采用桁梁或桁拱以获得较好竖向刚度斜拉桥主梁采用钢桁梁，或主桥采用钢桁拱结构，以获得较好的竖向刚度。设置60-100m的端跨，提高体系刚度，以减小梁端转角。结构措施2-采用板桁组合结构取得良好的横向刚度桥面结构采用多横梁与纵梁、纵肋、弦杆结合的整体桥面结构，能较好地满足高速行车性能要求。结构措施3-采用整体正交异性钢板提高了桥面的平顺性高速铁路大跨度桥梁的关键技术新材料：高性能的高强度结构钢新结构：板桁组合结构，钢正交异性板整体桥面结构新的建造技术：钢桁梁斜拉桥及钢桁拱桥创新技术1．碳素结构钢：低碳钢强度低，高碳钢焊接性差2．低合金高强度结构钢:添加少量合金元素,提高强度、细化晶粒、改善性能3．高强钢丝和钢索材料:由优质碳素钢经过多次冷拔而成，抗拉强度1670-1960MPa，伸长率较低4%桥梁用结构钢GB714-2008ASTMA709-11EN10025-3:2004EN10025-4:2004EN10025-6:2004JISG3106-2008Q345qC、D50、50W、HPS50W[HPS345W]S355N、S355NLS355M、S355MLSM490A、SM490BSM490YA、YBQ370qC、D、ESM520B、SM520CQ420qC、D、ES420N、S420NLS420M、S420MLSM570Q460qC、D、EHPS70W[HPS485W]S460N、S460NLS460M、S460MLS460Q、S460QLS460QL1Q500qC、D、ES500Q、S500QLS500QL1Q550qC、D、ES550Q、S550QLS550QL1Q620qC、D、ES620Q、S620QLS620QL1Q690qC、D、EHPS100W[HPS690W]S690Q、S690QLS690QL1中国、美国、欧洲及日本桥梁用结构钢Q345-16Mnq为建造南京长江大桥，1960年代研制，运用于栓焊钢梁，但厚板效益严重。1990年代冶炼技术提高后，硫、磷含量可以得到控制，16Mnq也可用于全焊接结构。但受板条状的铁素体和珠光体组织的约束，质量等级只能达到D级钢的水平。Q370-14MnNbq1995年修建芜湖长江大桥，采用铌合金超纯净的冶金方法，研发运用了该钢种。具有优异的-40℃低温冲击韧性（Akv≥120J），弥补了厚板效应缺陷，保证了50mm厚钢板焊接性能。14MnNbq钢全面满足了大、中型桥梁建设的需要，在国内的大跨度桥梁中得到普遍运用。中国桥梁钢运用及发展Q420-15MnVNq、15MnVq（热轧+正火）15MnVNq强度高σs≥420Mpa，但由于采用加钒提高强度的方法，导致钢板低温韧性及焊接性能差，仅在栓接为主的桥梁上运用，且一直未能得到推广应用。Q420及以上级别桥梁钢，虽然在几个标准中都已经列入，实际没有对应的钢种，尤其质量等级高的高性能结构钢。Q420qE（TMCP或热机械轧制）超低碳针状铁素体组织高性能结构钢，良好焊接性能、优异的低温冲击韧性、高强度适应大线能量、高湿度与不预热的条件大桥设计院与武钢联合开发Q500qE为沪通桥研制开发高性能结构钢期待中Q345-16Mnq广泛使用Q370-14MnNbq广泛使用Q420-15MnVNq、15MnVq已经不再使用Q420qE可广泛使用还需要研制并得到验证的钢种Q460Q500（沪通桥研制中）Q550Q620Q690桥梁钢的发展方向•除Q370外，Q420及Q500也会成为桥梁的主力钢种；•近年来，在桥梁上运用高性能钢已经成为研究热点；•美国HPS-70W、HPS-100W钢和日本的SMA570W钢已经得到运用；•耐候钢成为了高性能钢的一个发展方向，逐步在桥梁上得到运用。GB1591-2010低合金高强结构钢√GB714-2008桥梁用结构钢结构钢√GB5313-2010厚度方向性能钢板结构钢√GB19879-2005建筑结构用钢板结构钢√GB4171-2008耐候结构钢GB16270-2009高强度结构用调质板结构钢的四个主要技术标准铁路桥梁钢设计规范关注一个钢种的哪些性能？•高的强度：抗拉强度Rm和屈服点Rel比较高；•良好的焊接性能：碳当量Ceq、焊接裂纹敏感性指数Pcm低，P、S含量低；•优异的防断性能：低温冲击韧性、纤维断面率适应低温及冲击荷载作用；•足够的变形能力：即塑性和韧性性能好，屈强比低；•抗层状撕裂性能：厚度方向性能好。Q420qE钢主要化学成分(熔炼分析,%)牌号CSiMnPSCuMoNbBQ420q(WNQ570)≤0.08≤0.50≤1.65≤0.020≤0.010≤0.50≤0.300.015～0.050≤0.0030注：为改善钢的性能，允许添加其它微量元素，但须保证Pcm值小于等于0.20。Q420qE钢板力学性能及冷弯性能要求牌号检测项目结果描述结果或测定值