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        高性能耐候鋼在鋼板組合梁橋中的應用

        2020-03-29 06:27:52張鈺伯
        工程建設與設計 2020年3期
        關鍵詞:銹層耐候梁端

        張鈺伯

        (邯鄲市交通運輸局公路勘察設計院,河北 邯鄲056001)

        1 工程背景

        高性能耐候鋼除具有良好的耐候性能外,鋼材的強度、焊接性能、低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變性能、疲勞性能以及持久強度等方面都較普通鋼材得到較大改善,采用它建造橋梁,可以降低鋼結構橋梁服役過程中維修養(yǎng)護的要求,大大減少了維護費用、中斷交通間接費用,并延長使用壽命,具有很大的經(jīng)濟意義。高性能耐候鋼可以避免或者減少涂裝,對環(huán)境影響小,符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

        組合結構橋梁由于多項新技術的應用,具有良好的機能和耐久性,快速施工縮短了投資回報期,多樣化結構適應了不同橋位不同跨度橋梁建設的需求和景觀要求,簡化的結構減少了橋梁施工和維修管理工作量[1]。

        為了響應交通部綠色公路的要求,本項目橋梁在設計上遵循“安全、耐久、經(jīng)濟、美觀”原則,以工廠化生產(chǎn)、標準化施工為主要建設理念與目標,某新建高速公路上跨橋擬采用高性能耐候鋼鋼板組合梁,以減少后期維護工作量。支線上跨橋按四級公路標準設計,橋梁寬8.5m。下部道路為雙向8 車道標準高速公路,支線上跨橋采用2m×35m 跨徑布置,中墩設置于現(xiàn)有高速公路中分帶中,如圖1 所示。

        2 橋梁結構設計

        2.1 設計標準

        1)公路等級:四級公路;

        2)行車速度:縣道60km/h 或40km/h;

        3)橋梁設計基準期:100a;

        4)設計安全等級:一級;

        圖1 支線上跨橋立面布置

        5)荷載等級:公路-Ⅱ級;

        6)基本跨徑:2×35m;

        7)橫斷面:8.5m。

        2.2 鋼結構橋梁設計

        鋼主梁主體結構板材采用Q345qDNH 高性能耐候鋼,技術標準須符合GB/T 714—2015《橋梁用結構鋼》的有關規(guī)定,交貨技術條件應符合相關規(guī)范要求。化學成分應滿足GB/T 714—2015 表5 的相關要求。耐候鋼耐腐蝕性指數(shù)按照GB/T 714—2015 附錄C 中計算出的耐腐蝕性指數(shù)應大于6。

        橋梁橫向?qū)挾?.5m,采用雙主梁鋼板組合梁。35m 跨徑橋梁梁高1.61m,鋼主梁高度為1.25m。主梁橫斷面如圖2 所示。

        鋼主梁采用Q345qDNH 工字形直腹板鋼梁,混凝土橋面板和鋼主梁通過剪力釘連接。

        鋼縱梁上翼緣寬度600mm,板厚為20~60mm;下翼緣寬度800mm(中支點位置加寬至1 000mm),板厚為26~60mm;腹板厚由支點處20mm 漸變至14mm。腹板設置橫向加勁肋,加勁肋寬度150mm,厚度12mm,縱向間距詳見鋼主梁總體布置圖。

        主梁之間采用橫梁加強橫向聯(lián)系,中支點設置中橫梁,端支點設置端橫梁。跨間設置小橫梁。鋼主梁與橫梁之間采用焊接連接。

        中橫梁與縱梁正交,采用焊接H 形截面,橫梁梁高700mm,橫梁頂板高上下翼緣寬度500mm,上下翼緣板厚度為25mm,腹板厚度20mm。橫梁長度根據(jù)主梁橫向間距不同進行對應調(diào)整。

        鋼板梁端支點橫梁高700mm,上翼緣寬度600mm,下翼緣寬度400mm,上翼緣板厚度為22mm,下翼緣板厚度為20mm,腹板厚度14mm。端橫梁兩側(cè)均設置外伸挑臂。

        在工字型縱梁間設置有小橫梁,采用焊接H 形截面,截面寬度220mm,高度均為400mm,小橫梁縱向間距如圖3 所示。

        2.3 混凝土橋面板設計

        橋面板采用鋼筋混凝土結構,跨中板厚24cm,在與鋼梁支撐結合處加厚到35cm,由預制混凝土板、橫向濕接縫和剪力釘群預留孔3 部分構成。

        8.5m 橋面板單塊預制板橫橋向為一塊整板,預制板橫向?qū)挾葹?.5m,縱橋向長度為2.65m,預留有4 個50cm×58cm 的剪力釘群孔,縱向濕接縫寬度為0.35m。

        各塊預制混凝土板吊裝就位后,將縱橫向濕接縫的環(huán)形錨固鋼筋交錯放置后,穿入橫向抗剪鋼筋形成整體錨固結構,橋面板通過剪力釘群與鋼縱梁形成組合體系。為了減少混凝土收縮對結構影響,每塊預制板吊裝前,要求具有6 個月以上的存放時間,同時濕接縫均采用微膨脹混凝土。

        圖2 鋼板組合梁橋標準橫斷面

        圖3 鋼主梁立面布置

        2.4 下部結構設計

        橋梁下部結構采用樁柱式結構,橋臺采用樁柱式橋臺。中墩橋墩直徑1.2m,基礎采用直徑1.4m 的鉆孔灌注樁,樁基按摩擦樁設計。橋臺基礎采用直徑1.2m 的鉆孔灌注樁,上設蓋梁。

        2.5 主要施工方案

        鋼主梁分段運輸至現(xiàn)場后,縱向一跨范圍內(nèi)焊接為整體后,橫向形成整體框架(完成端橫梁、中橫梁及小橫梁的連接)后進行整體吊裝,所有主梁吊裝就位后,在中墩墩頂設置臨時支架,將鋼主梁縱向焊接為整體。

        預制板工廠預制,現(xiàn)場分塊吊裝至鋼主梁上,最后澆筑剪力釘槽時接縫,橋面板的現(xiàn)場按從跨中向墩頂方向進行合龍。預制橋面板保濕養(yǎng)護不少于30d,存放期應在6 個月以上?,F(xiàn)場現(xiàn)澆濕接縫保濕養(yǎng)護不少于28d。

        3 耐候鋼局部細節(jié)構造設計

        3.1 耐候鋼梁端設計

        橋梁梁端伸縮縫、支座及與其連接的梁端部,由于受到伸縮縫漏水及附近的灰塵及積水的影響,容易發(fā)生腐蝕。在此不利工況下,高性能耐候鋼有時不能形成穩(wěn)定的銹層,為了提高橋梁的耐久性,在梁端部位需要進行局部涂裝[2]。同時適當加大端橫梁與橋臺前墻的間距,提高了主梁在伸縮縫處的通風性,方便梁端后期檢修維護。在墊石頂板設置排水橫坡。

        梁端腹板及底板涂層體系采用長效型,保護年限為15~25a。鋼板表面涂裝前應噴砂除銹露出金屬本色,表面粗糙度為Ra2.5。鋼梁表面涂裝體系如表1 所示。

        表1 鋼梁表面涂裝一覽表

        3.2 排水構造細節(jié)設計

        1)為了提高工字鋼下翼緣的排水性能,建議對工字鋼下翼緣板做預彎處理,主梁下翼緣設置排水橫坡;

        2)為了避免梁端伸縮縫漏水倒流至跨中,引起其他區(qū)域鋼梁腐蝕,在梁端附近底板上下緣均設置截水板;

        3)鋼板梁腹板加勁肋設置過水孔,避免雨水等積水在腹板加勁肋與底板交界處積累。

        3.3 耐候鋼其他注意事項

        耐候鋼各種桿件的堆放狀態(tài),應不積存雨水。同時桿件堆放的高度,應保證不受底面濺起雨水的影響。免涂裝耐候鋼橋梁的外觀,受桿件的清掃程度和堆放保管方法的影響很大,尤其在銹層形成的初期,外觀上的不均勻性在很大程度上可能表現(xiàn)為色調(diào)上的差異,這將會對耐候鋼橋梁的整體景觀性造成比較大的影響。銹層形成的前期,需要完全清除掉那些抑制銹層產(chǎn)生的有害附著物[3]。

        關于成品的堆放,要避免促使桿件發(fā)生局部銹層,要在盡量與架設狀態(tài)相近的、易于排水的狀態(tài)下堆放,同時要與地面保持足夠的距離,并采取措施不要讓雨水、塵土等從地面上飛揚并積存在桿件上。

        運輸至現(xiàn)場后,應注意按照規(guī)定時間間隔進行灑水處理,以加速表面穩(wěn)定銹層的形成。

        梁段連接前,焊區(qū)必須徹底清磨,清除銹、氧化皮、油污水分,露出金屬光澤。清磨范圍按焊接工藝要求辦理。

        4 結語

        本文以某跨線橋為工程背景,介紹了高性能耐候鋼在鋼板組合梁橋中的應用,主要結論如下:

        1)高性能耐候鋼是近年來大力推廣的一種材料,符合綠色公路的發(fā)展理念。本項目采用的雙主梁鋼板組合了結構形式簡單、施工方便,大量減少了后期養(yǎng)護的工作量,為同類項目的建設提供了參考與借鑒;

        2)介紹了高性能耐候鋼在鋼板組合梁中的應用,結構形式簡單,受力明確,結構通透性較好,有利于穩(wěn)定化銹層結構的形成;

        3)介紹了部分適用于鋼板組合梁的免涂裝耐候鋼橋的構造設計方法,有助于提高結構的耐久性,其他同類橋型也可參考執(zhí)行。

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