钢桁梁桥综述

浅谈铁路钢桁梁桥通过查阅和整理国内外相关资料，对钢桁梁桥的特点、发展、施工方法和未来发展趋势进行了总结和阐述，并对目前钢桁梁桥中使用的整体节点和正交异性板进行了探讨。关键词：铁路钢桁桥发展整体节点正交异性板1.前言钢桥由于其高强度和高弹性模量而具有相对较轻的构件，因此在大、中跨桥梁中被广泛使用，并且其施工比预应力混凝土桥更轻、更方便。其中，钢桁梁桥由桁架构件组成。尽管钢桁梁桥总体上主要承受弯曲和剪切，但每个桁架构件主要承受轴向力。与实腹梁相比，整个腹板被稀疏的腹杆代替，从而节省了钢材，减轻了结构的自重。此外，由于用于腹杆的钢的量少于实际腹杆的腹板的钢的量，钢桁架梁可以制成更大的高度，因此具有更大的刚度和更大的跨越能力。通过查阅和整理国内外相关资料，对钢桁梁桥的特点、发展、施工方法和未来发展趋势进行了总结和阐述，并对目前钢桁梁桥中使用的整体节点和正交异性板进行了探讨。2、钢桁架桥的特点钢桁架桥结合了钢和桁架结构的特点；(1)跨越能力强。由于钢的强度高，在相同的承载能力下，与混凝土桥梁相比，钢桥构件的截面较小，因此钢桥自重较轻，增加了桥梁的跨径。(2)易于维修和更换。(3)钢桁架梁构件和节点多，结构复杂，制作较费工。(4)钢材易生锈，需要定期检查和维护，维护成本高。(5)成本高。(6)抗压能力强，整体性好。三、钢桁架桥的发展1894年，中国第一次主持了钢桁梁桥滦河大桥的施工，中国工程师詹天佑主持了该桥的竣工。上部结构由多孔钢桁架梁和钢板梁组成。中华人民共和国成立前，钢桁梁桥跨度较小，所用钢材为进口钢材，结构采用铆钉制造，工艺粗糙。中华人民共和国成立后，钢桁梁桥技术发展迅速。20世纪60年代中期，为加快铁路建设，成昆铁路在施工过程中对螺栓钢桁梁桥新技术进行了系统研究。40多座不同结构类型的螺栓钢桁架桥同时建成，结束了铆接钢桁架桥在中国使用近100年的历史。这是中国钢桁梁桥发展史上的一大进步。其中，建于1966年的饮水河大桥主跨112米，是中国第一座焊接钢桥。1995年建成通车的孙口黄河大桥位于京九铁路线上。这是一座横跨黄河的双轨铁路桥。主桥为下承式连续钢桁架桥。主桁架采用三角形钢桁架。标准节间通常为12米，桁架高度为13.6米，桁架宽度为10米；上下弦杆和支点处的斜杆采用箱形截面，其余腹杆采用工字形截面。主桁架和节点板在预制厂焊接成一个整体。该桥是我国首次采用整体节点结构。1999年，在孙口黄河大桥竣工的基础上，在该桥上游(南)30m处，修建了与长东铁路第一座桥平行的长东铁路第二座桥。该桥采用三角形桁架整体节点螺栓连接结构，与第一座桥相比，在设计和施工工艺上有了很大的改进。芜湖长江大桥于2000年建成通车，是一座矮塔两用桁架斜拉桥。其主梁首次采用预应力钢筋混凝土桥面钢桁架的大型板桁组合结构。芜湖长江大桥，四、钢桁架桥施工方法1.钢桁架桥的传统施工方法及特点1.1行车施工方法主梁在工厂或施工现场附近的整个孔中组装。施工现场连接完成后，用行车逐孔吊起主梁，架设在桥台墩之间。然后依次安装桥面系统和水平及垂直接缝。这种方法已广泛应用于城市高架桥的架设，也适用于高水位河流上的桥梁。1.2门吊施工方法在桥梁上方安装门座起重机，将拼装好的全孔主梁逐孔吊装，放置在桥墩和桥台之间，然后依次安装桥面系统和纵向接缝。1.3浮吊施工方法在工厂岸边或桥梁施工现场附近的岸边组装全孔桥，然后用浮吊吊起，将浮吊拖至桥址，在桥台和桥墩上架设横梁就位。这是在河上或海上架设长桥时经常使用的一种施工方法。1.4悬臂施工方法移动式刚性支腿起重机用于在组装时逐渐向前移动。悬臂法是在桥址上架设钢梁，不使用临时脚手架支撑，而是将构件依次悬挂到另一个桥墩(桥台)上。如果悬臂装配孔中没有临时支墩，则称之为全悬臂装配。如果在桥孔中设置一个或多个临时桥墩，称为半悬臂拼装。近年来，悬臂装配技术得到了逐步提高。其特点是不受水文条件、通航、流水、桥墩高度和桥渡季节的限制，其特殊的辅助结构和辅助设备造价较低。悬臂拼装时，桥梁施工人员对桥梁穿越段自然环境的干扰较小。悬臂法适用于以下情况下架设钢梁：跨度大，桥高，通航河流深，水流湍急；有流动冰或更多木筏的河流；钢梁的结构图有利于悬臂架设，如连续桁架梁、悬臂桁架梁和多孔简支桁架梁。2.传统钢桁梁架设方法在桥梁施工中的应用、改进和发展在钢桁梁的实际架设过程中，很少采用上述施工方法之一。大多数钢桁架梁是通过至少两种或多种施工方法同时架设的。此外，施工技术也进行了创新和改进，更加符合实际情况，产生了显著的社会效益和经济效益。2.1悬臂施工方法目前，悬臂拼装、半悬臂拼装和双向对称平衡拼装仍是钢桁梁桥施工的主要方法之一。近几十年来，国内外许多大型桥梁都是用这种方法建造的。随着钢桥结构的发展，悬臂拼装技术正在逐步完善。在钢桁架梁的悬臂架设中，随着悬臂长度的增加，悬臂端的下挠度和悬臂支座附近的杆件应力将达到最大值，甚至超过允许范围。因此，降低钢梁的架设应力和悬臂端的挠度，保证钢梁在架设过程中的稳定性是悬臂架设法的主要问题。为了减小桁架的内力和外伸支架端部的偏转，在外伸支架前面的桥墩处延伸一个支撑支架(或桥墩侧支架)，使得外伸支架在接近前面的桥墩时可以被预先支撑。2.2浮动支架施工方法半浮半拖架设法结合了浮运和纵拖两种施工方法的优点，根据工程实际情况采用灵活有效的施工方法。半浮半拖的施工方法是在浮船上搭建临时码头，用卷扬机和导链牵引架梁，主要适用于水深较浅、通航条件一般的情况，可避免主梁悬臂过长而危险。与拖拉架设相比，只有一个浮动钢桥整体节点作为近年来出现的一种新型结构，在大跨度桥梁中得到了广泛的应用。整体接头是从螺栓型向焊接型再向全焊接型发展的重要技术过渡。它不是用大量螺栓连接钢梁，而是用焊接技术连接钢接头，改善了钢梁的工业制造工艺，方便了现场安装，改善了现场工作条件。它具有整体性好、节约钢材、强度高、外形美观、现场安装方便、提高钢梁工厂化生产程度等优点。它已在我国近年来修建的许多桥梁中得到应用。据统计，采用整体节点比普通螺栓结构钢梁节省了34%的高强度螺栓，取得了较好的经济效益，将我国钢桥施工技术提高到一个新的水平。因此，采用整体节点已成为大跨度钢桁梁桥的发展趋势。5.2钢桥整体节点的强度问题钢桥整体节点构件多、结构复杂、受力大，处于典型的空间复杂受力状态。节点的承载安全是桥梁结构整体安全的关键。目前，传统的钢桥节点设计规范不适用于这种大型复杂的整体节点，也没有针对这种大型节点的疲劳和静力承载力分析设计规范的规定。更重要的是，钢桥的整体节点是具有密集焊缝的焊接结构，包括对接焊缝、角焊缝和角焊缝。对于整体节点的大跨度钢桁梁桥，由于动荷载较大，焊接材料、焊接工艺、各种焊接接头、十字焊缝、构件外拼接接头等细节的疲劳强度较大。这与整体节点以及整体节点的疲劳强度控制结构设计密切相关。目前，对其疲劳性能的研究还处于起步阶段。由于导致接头疲劳破坏的因素很多，而空间有限元等理论分析方法很难准确掌握接头的实际受力情况及其疲劳承载力。因此，为了保证桥梁的安全可靠运行和经济合理的结构设计，这些整体节点大多需要通过静载和疲劳试验结合实际情况进行验证。此外，有必要对这种新型结构的静载荷和疲劳性能进行深入研究。5.3整体接头的静态和疲劳承载力我国整体节点的静力和疲劳承载力正处于发展阶段。从目前的试验研究来看，只要整体节点的结构设计合理，一般可以满足静力和疲劳承载力的要求。六.正交异性板6.1正交各向异性板的发展近年来，随着高速铁路的发展，出现了各种新的桥型，如斜拉桥、钢桁拱桥和钢箱系杆拱桥。为了减震、降噪、结构应力和耐久性的需要，钢桥面系统也开始采用混凝土板和正交异性板方案。其中，正交异性钢桥面具有整体性能好、结构高度低、重量轻、承载力大、施工周期短、行车舒适性好等优点。半个多世纪以来，它在日本、欧洲国家和美国等国家的中、大跨度钢结构桥梁建设中逐渐得到广泛应用。6.2正交各向异性板的应力问题正交异性板在我国高速铁路桥梁中的应用越来越多，一系列问题也逐渐显现出来。目前，关于正交各向异性板纵梁的布置及其与梁的连接构造细节，业界存在很大争议。一些设计者认为在轨下设置纵梁有助于桥面的整体应力。一些专家认为，纵梁应该小而不是大，甚至不应该设置纵梁，以避免纵梁和横梁连接处的横梁腹板应力集中，造成疲劳开裂。国内许多科研机构和学者对正交异性板的力学特性、计算方法和结构形式做了大量研究，但大多集中在公路桥梁上。高速铁路桥在速度、列车荷载和对桥面的影响方面远远超过公路桥。因此，高速铁路桥梁对正交异性板的各种性能要求越来越高。尽管今年已有许多铁路桥梁采用正交异性板整体桥面建造或正在建造或正在设计中，但总的来说，仍然缺乏系统的研究，缺乏研究生入学考试的时间，桥面系统结构体系的类型较为普遍，结构细节差异较大，至今尚无标准。七.结论钢桁架桥结合了钢和桁架结构的优点，广泛应用于大、中跨度桥梁和超大跨度桥梁。在钢桁梁桥的架设过程中，越来越多的架设方法可供人们选择。通过查阅国内外相关文献，总结钢桁架桥的架设和施工方法及其发展，可以预见，现代钢桁架桥的施工在传统施工方法的基础上，力求新技术、新工艺，并不断进行优化和改进，使钢桁架桥的架设和施工方法不断进步和发展。此外，整体节点和正交异性板整体桥面的应用提高了钢桁架桥的整体性和承载能力，降低了桥梁的自重。然而，对整体节点和正交异性板的研究还处于发展阶段，对它们的力学特性和计算方法还没有统一的标准。因此，在未来的发展中，有必要对整体节点和正交异性板整体桥面板制定一系列设计规则。参考：1周，许。大桥。北京：人民交通出版