高性能耐候鋼在鋼板組合梁橋中的應(yīng)用

張鈺伯

（邯鄲市交通運輸局公路勘察設(shè)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(qiáng)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(qiáng)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(jié)構(gòu)橋梁服役過程中維修養(yǎng)護(hù)的要求，大大減少了維護(hù)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(jì)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(jié)構(gòu)橋梁由于多項新技術(shù)的應(yīng)用，具有良好的機(jī)能和耐久性，快速施工縮短了投資回報期，多樣化結(jié)構(gòu)適應(yīng)了不同橋位不同跨度橋梁建設(shè)的需求和景觀要求，簡化的結(jié)構(gòu)減少了橋梁施工和維修管理工作量[1]。

為了響應(yīng)交通部綠色公路的要求，本項目橋梁在設(shè)計上遵循“安全、耐久、經(jīng)濟(jì)、美觀”原則，以工廠化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化施工為主要建設(shè)理念與目標(biāo)，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(hù)工作量。支線上跨橋按四級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，橋梁寬8.5m。下部道路為雙向8 車道標(biāo)準(zhǔn)高速公路，支線上跨橋采用2m×35m 跨徑布置，中墩設(shè)置于現(xiàn)有高速公路中分帶中，如圖1 所示。

2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

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(shè)計基準(zhǔn)期：100a；

4）設(shè)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(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計

鋼主梁主體結(jié)構(gòu)板材采用Q345qDNH 高性能耐候鋼，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)須符合GB/T 714—2015《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》的有關(guān)規(guī)定，交貨技術(shù)條件應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求?；瘜W(xué)成分應(yīng)滿足GB/T 714—2015 表5 的相關(guān)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(yīng)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(shè)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(qiáng)橫向聯(lián)系，中支點設(shè)置中橫梁，端支點設(shè)置端橫梁?？玳g設(shè)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(jìn)行對應(yīng)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(shè)置外伸挑臂。

在工字型縱梁間設(shè)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(shè)計

橋面板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，跨中板厚24cm，在與鋼梁支撐結(jié)合處加厚到35cm，由預(yù)制混凝土板、橫向濕接縫和剪力釘群預(yù)留孔3 部分構(gòu)成。

8.5m 橋面板單塊預(yù)制板橫橋向為一塊整板，預(yù)制板橫向?qū)挾葹?.5m，縱橋向長度為2.65m，預(yù)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(yù)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)影響，每塊預(yù)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(biāo)準(zhǔn)橫斷面

圖3 鋼主梁立面布置

2.4 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

橋梁下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式結(jié)構(gòu)，橋臺采用樁柱式橋臺。中墩橋墩直徑1.2m，基礎(chǔ)采用直徑1.4m 的鉆孔灌注樁，樁基按摩擦樁設(shè)計。橋臺基礎(chǔ)采用直徑1.2m 的鉆孔灌注樁，上設(shè)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(jìn)行整體吊裝，所有主梁吊裝就位后，在中墩墩頂設(shè)置臨時支架，將鋼主梁縱向焊接為整體。

預(yù)制板工廠預(yù)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(jìn)行合龍。預(yù)制橋面板保濕養(yǎng)護(hù)不少于30d，存放期應(yīng)在6 個月以上?，F(xiàn)場現(xiàn)澆濕接縫保濕養(yǎng)護(hù)不少于28d。

3 耐候鋼局部細(xì)節(jié)構(gòu)造設(shè)計

3.1 耐候鋼梁端設(shè)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(jìn)行局部涂裝[2]。同時適當(dāng)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(fēng)性，方便梁端后期檢修維護(hù)。在墊石頂板設(shè)置排水橫坡。

梁端腹板及底板涂層體系采用長效型，保護(hù)年限為15～25a。鋼板表面涂裝前應(yīng)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(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)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(yù)彎處理，主梁下翼緣設(shè)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(shè)置截水板；

3）鋼板梁腹板加勁肋設(shè)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(yīng)不積存雨水。同時桿件堆放的高度，應(yīng)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(guān)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(shè)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(yīng)注意按照規(guī)定時間間隔進(jìn)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(jié)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(yīng)用，主要結(jié)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(jié)構(gòu)形式簡單、施工方便，大量減少了后期養(yǎng)護(hù)的工作量，為同類項目的建設(shè)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(yīng)用，結(jié)構(gòu)形式簡單，受力明確，結(jié)構(gòu)通透性較好，有利于穩(wěn)定化銹層結(jié)構(gòu)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(gòu)造設(shè)計方法，有助于提高結(jié)構(gòu)的耐久性，其他同類橋型也可參考執(zhí)行。