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日本钢桥新技术资料日本是钢桥的王国，钢桥的结构形式随着时代的发展而不断地进行着改进。教科书里介绍的结构形式有许多已经过时，日本桥梁建设协会的资料是实际工程设计的参考资料。少数主梁桥少数主梁桥是通过采用大跨度的合成桥面板或PC桥面板，达到减少主梁数目，并使横梁，风撑结构简素化以至于省略的新形桥梁。近年来已经成为一种常见的钢桥形式。适用于曲率半径大于700米的场合，经济跨径30到80米。特长：由于采用合成桥面板或PC桥面板，提高了桥面板的跨度。合成桥面板的底钢板同时兼做混凝土的模板。现场打设的PC桥面板或工厂预制的桥面板均可对应。由于桥面板跨度的增大，减少了主梁数目。横梁的间隔也达到10米程度，横梁可以直接使用型材。通过桥面板抵抗横方向的荷重，省略了下风撑。除去强风地域，一直到70米均可保证抗风安全性。跨径再大的话需要对抗风做特别的考虑。狭小箱梁桥狭小箱梁桥的主梁比从前的箱梁窄，翼缘的板厚较大，纵向加强肋的设置个数少，省略了横向加强肋，并且通过使用大跨度的合成桥面板，PC桥面板，简化了床组结构。适用于曲率半径大于300米的场合，经济跨径60-110米。特长：纵加强肋的设置个数大大减少，或者省略横加强肋。较大跨径时，虽然箱梁断面较宽，箱内结构也可以简素化。例如最大跨径97.6米，梁高3.1米，腹板间隔2.5米的狭小箱梁，但纵加强肋只设了一处。当上下线一体化时狭小箱梁开断面箱梁桥适用于曲率半径大于300米的场合，经济跨径50-90米。当上下线一体化时开断面箱梁合理化钢床板少数I梁桥适用于曲率半径大于700米的场合，经济跨径60-110米。采用大尺寸的U形加强肋。合理化钢床板少数I梁桥采用了较厚的钢桥面板，增强了耐久性。合理化钢床板少数I梁桥与从前桥梁的比较。合理化钢桁架桥与从前的钢桁架桥相比，省略了支持桥面板的纵梁和牛腿等床组结构，采用了适用于大跨度的合成桥面板或PC桥面板。通过桥面板抵抗横向荷载，省略了上风撑。结构简素化钢桥从前日本的钢桥，为了最大限度上节省材料，结构做的过分复杂。但由于总成本中材料费用比重的下降，制作安装费用比重的上升，钢桥结构上需要做相应的改进。在工程实践中，日本技术者在工作细节上总有一种复杂化的倾向，不利于降低桥梁的总造价，为此，1998和2003年，日本桥梁建设协会两次发行新的钢桥设计指针，力图使钢桥结构简素化。与以前相比，主要的改变点：1、在一个部材（节段）内，断面不进行变化。以前的公路钢桥，在一个节段内，上下翼缘的宽度和厚度都要进行变化。由于考虑运输问题公路钢桥的节段节段都不太长，截面变化过多，给工厂制造带来很多不便；而且上翼缘宽度变化的话，在打设桥面板混凝土时，模板设置十分麻烦，为此进行了简化。2、在全桥范围内，上翼缘宽度不作改变；下翼缘，原则上保持一致，对于连续梁的中间支点附近可根据需要加宽。3、通过适当加大腹板板厚，水平加强肋设置一段。以前有些桥梁设置了两段，并且腹板板厚多次改变。4、腹板的连接板，以前多用三块，上下主要抵抗弯矩，中间主要抵抗剪断力，在简素化结构中，只用一块连接板。5、各节段翼缘的板厚一般有改变，所以，在连接板处设置板厚调整垫板。合成桥面板以前日本钢桥的桥面板都是采用RC结构的，RC桥面板跨度能力有限（3米），使得桥梁结构复杂化。虽然初期设置费用较低，但伴随着交通量的增加和车辆的重型化，RC桥面板受损严重，维护费用居高不下。为适应新型钢桥主梁间距增加，桥面板跨度增大到6米以上和增加桥面板耐久性的要求，日本的多家钢铁制品公司开发出形式各异的合成桥面板。合成桥面板的底钢板和侧钢板顺桥方向每段长2米程度，段之间通过螺栓进行现场连接，同时兼有混凝土打设模板的作用。直桥方向采用钢板，带钢或型钢形成底钢板的加强肋。在加强肋上方或在加强肋的腹板上开孔设置钢筋网或仅在顺桥方向设置钢筋。在某些情况下，对桥梁的梁高有非常严格的限制条件。适用于跨径10米至40米的钢混合成桥面板桥应运而生。其最突出的特点是高跨比可达1/30至1/42。用钢量约为200~500kg/m2。底钢板兼做混凝土打设模板。为了增强与混凝土的结合性能，在型钢的上翼缘设了突起。当跨径较大时，先用轻质发泡材料对下半部进行充填，然后才用混凝土打设床板。设计时一般用梁格法，主要结构的结构重力由合成前的钢断面单独承担，路面铺装，护栏等的结构重力及汽车荷载由钢和混凝土的合成后的断面共同承担。钢混合成梁桥钢混合成梁桥依靠钢主梁和混凝土桥面板（或合成桥面板，预应力混凝土桥面板）合成后的截面共同承受荷载，充分发挥了材料的特性，提高经济性。在上世纪60年代，在钢混合成梁桥在日本被广泛采用。但有些技术问题还未得到很好的解决，桥面板的耐久性比较差，随着交通量的增加和汽车荷重的加大，桥面板常受到损伤；在连续梁的中间支点附近桥面板受到负弯矩，而防水层的性能尚不足。由于桥面板也是主要承重构件，桥面板的损伤给交通安全带来较大隐患。所以到了70年代以后，大家都对合成梁桥敬而远之。但近些年来，随着技术的进步，伴随着PC桥面板，合成桥面板的开发，桥面板的耐久性问题得到解决；并且简化了原来一些过分复杂的结构，现在的所谓PC桥面板，是指在横桥方向是PRC构造，在顺桥方向为RC构造。合成梁桥又重新活跃起来。合成梁桥在设计过程中，需考虑各阶段构造体系的变化，应力逐步叠加。在混凝土截面合成以前，钢梁及混凝土构件的恒载，全部由钢梁承担。合成以后的桥面荷载，汽车荷载，混凝土徐变，干燥收缩，温度差等由合成后截面共同承担。但对于中间支点附近（左右各0.15倍跨径范围内）的汽车荷重项，由于桥面板受到拉应力，不考虑混凝土的刚性，仅考虑钢梁及混凝土床板中钢筋的合成作用。钢桥的节段与断面变化钢桥的一个好处是制作在工厂进行，使得现场作业时间得以短缩。中间的运输问题，对于大江大河上的桥梁可以通过水路运输，但对于一般的公路桥梁，须通过公路运输才能将在工厂制作好的节段运到现场，公路的运输能力在相当程度上决定了钢桥的规模。日本公路运输中货物高最大为3.15米，考虑钢梁上翼缘上与桥面板起结合作用的剪力键的尺寸，钢梁高只能做到2米9的程度，长度控制在10米程度，每个节段的重量限制在20吨以内。在钢桥设计阶段，须充分考虑节段的外形尺寸与运输重量，并妥善处理好节段位置与横梁以及(箱梁的)横隔板的关系。对于一般的钢梁桥，考虑到制作，运输，架设上的方便，梁高不像混凝土或预应力混凝土梁桥那样采用变化值，即使是跨径各异的连续梁桥，全桥也采用统一的梁高。对于组合I形梁桥的翼缘宽度，上翼缘在全桥范围内保持一致，连续梁桥的下翼缘宽度如有必要，仅在支点处进行扩大，各跨内保持不变。从前的钢桥，为了节省一点点钢材，断面变化次数过多。考虑到一个节段的长度也就10米来长，除了在连续梁中间支点所处的节段在必要时设置断面变化外，一般情况下，一个节段采用一个断面。除连续梁中间支点所处节段外，一般情况下，全桥的腹板厚度尽量少变化。翼缘的厚度在节段连接处发生改变，通过设置板厚调整垫板，使得连接板左右两侧厚度一致。由于中日两国的汽车荷载不同，为说明前面介绍过的钢桥的形式，跨径，梁高等内容在国内的适应性，特将日本的汽车荷载做一简单介绍。而且，在此汽车荷载上，国内的新规范JTGD60-2004的规定与日本的现行的公路桥梁规范有趋同的方向，了解日本的规范中相关的规定，对国内规范中的汽车荷载的理解也会起到一定的帮助作用。日本的汽车荷载分为B活荷重和A活荷重，类比与中国的公路Ⅰ和公路Ⅱ，一般的公路都是按B活荷重设计的。汽车荷载由L荷重和T荷重组成，类比与中国的车道荷载和车辆荷载。以下仅对L荷重作进一步的介绍。L荷重由p1荷重和p2荷重组成，类比与中国的车道荷载的集中荷载和均布荷载。p1荷重是模拟大型车辆的，p2荷重是模拟中小型车辆的。桥梁上仅考虑一组大型车辆的作用。与中国规范不同的是，日本的p1荷重和p2荷重都是面分布荷重。p2荷重沿全桥分布，p1荷重的载荷分布长为10米（B活荷重时）L荷重是按影响线方法加载的，在这一点上思路一样。在计算剪力效应上，p1荷重考虑1.2的放大系数，这一点思路也相同。在横桥向上，5.5米范围内加载主荷载荷重，即上面介绍的荷重，在5.5米范围外，加载从荷载荷重，大小为主荷载荷重的1/2。这一点类比于中国的横向折减系数。在横桥向上也是按照影响线方法加载的。由于p1荷重和p2荷重都是面分布荷重，这样有一个好处，桥梁的幅员变化时，不必考虑车线的设置情况，直接按实际的桥面面积加载。不论是曲线桥的幅员变化，还是高速道路上设置紧急停车带，都可以按实际情况设置荷载。而且由于是面荷载，在设计时一次就考虑了纵向分布和横向分布两个方向的影响。对于主梁的扭矩作用也可以如实地体现。虽然p1荷重是面分布荷重有载荷长10米的规定，但并仅限定于矩形分布，这一点对曲线桥，斜桥就有适应性了。P2荷重也类似，按照桥面的实际形状分布。在横桥向上，虽然主荷载荷重的宽度为5.5米，但并不意味着日本车线的幅员是2.75米，即使在主要干线道路上，车线的幅员为3.50米，主荷载荷重的宽度也是5.5米。由于p1荷重和p2荷重都是面分布荷重，可以完全按照桥面的实际形状而又没有太多手工计算量，在实际工程中十分方便。否则，设计起梯形桥面，斜桥，曲线桥，分合流出幅员变化，紧急停车带等幅员变化时会比较麻烦。而这些结构的设置情况，一般不是桥梁结构师所能决定的。细幅箱梁桥的设计要点传统的钢桥为了节省材料费，结构做得非常细致。随着技术进步，桥面板的制造水平的提高和耐久性问题得以解决；并且随时代变迁，钢材以外费用在总成本中所占比例不断上升，过分着眼于节省材料反而对总成本不利；过多焊缝对桥梁耐久性的影响，细幅箱梁桥应运而生。细幅箱梁桥的抗扭刚度不如传统钢桥，但再怎么说也比I形梁大的多，在平面线性曲率不大时很有优势。由于主梁的细幅化，上下翼缘板厚加大，减少了纵向加强肋，纵向加强肋仅在受压侧翼缘设置，省略了横向加强肋，横隔板的设置间隔可取5~6米。如果为近似直线桥，连接主梁之间的横梁间隔可取10~12米，横梁断面可使用宽翼缘热扎形材。但支点位置上横梁须采用焊接断面。端支点上横梁往往还采用外包混凝土的合成断面。细幅箱梁桥大量减少了材片数。例如，跨径75+90+75，有效幅员10.5m的钢桥的小型材片数，传统结构的钢箱梁桥为8921个，细幅箱梁桥为3364个。由于采用了合成桥面板或PC桥面板，桥面板的跨度大幅增加。桥面板跨度增加的同时，省略掉纵梁，牛腿等桥面板支持结构。主梁的断面高可取跨度的1/30~1/20，考虑节段在公路运输时的限制，梁高上限取到2.9米。考虑公路运输限制，节段长取10~11米。并考虑运输重量的限制。考虑工厂制造时的方便，腹板间隔取1.2米以上。在箱梁外侧上下翼缘每边比腹板宽出120~160mm。支点上横梁的下端空500mm以上，以便于检修人员从下边钻过去。为便与桥面板的施工，中间支点位置横梁上空500mm程度。一般部的中间横梁可取主梁高的1/3程度。使用了耐久性良好的合成桥面板或PC桥面板，并且在主梁与桥面板之间有可靠剪力键连接时，对于汽车荷载可按主梁与桥面板的合成断面进行设计。在进行主梁断面（钢梁断面及合成断面）设计时，按有效幅员计算。钢柱脚部结构日本在桥梁工程中大量采用钢制桥墩，在钢柱方面有很多工程实践可以借鉴。柱脚的决定工况一定是在罕遇地震（或强风时）柱受到大的水平荷载，柱脚部发生最大弯矩时的工况。为提高柱的塑性变形能力以及防止车辆可能造成的撞击，柱内部部分充填低强度混凝土。柱脚锚栓的常用直径为80到180毫米，对应螺纹为M75到M175。不仅在柱脚上面（螺栓的末端）设置螺母使锚栓能承受拉力，在常见的结构中，还在底板的下面设置螺母以使锚栓能承受压力。加上埋在基础里的两个螺母，在一个螺栓上最多能用到4个螺母。柱底设置刚性靴梁。柱脚部的设计原则是，柱脚部必须拥有比柱更大的耐力。对于底板下面也设置螺母的情况，柱脚部在常时和多遇地震时以桩方式进行计算，即不考虑柱底板下混凝土的抗压能力，拉力和压力全部由螺栓承担。在罕遇地震（或强风）工况下，才考虑柱底板下混凝土的承压能力，混