劉甜甜 陳正星 陳耀軍 王亞萍

摘要 通過對比中日幾本鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，對受壓加勁肋剛?cè)嵝耘袛?、彎剪?fù)合應(yīng)力、角焊縫計算長度及鋼箱梁隔板需求剛度等內(nèi)容，總結(jié)出設(shè)計中對新版《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D60—2015）（以下簡稱“規(guī)范”）的幾點體會，供設(shè)計人員在實際工程中參考使用。

關(guān)鍵詞 受壓加勁肋; 剛?cè)嵝耘袛? 橫隔板; 需求剛度

中圖分類號 U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0181-03

0 引言

近年來，隨著國家政策引導(dǎo)，鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用越來越多。1986年版公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁規(guī)范，編制年代久遠(yuǎn)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不適應(yīng)公路鋼橋建設(shè)發(fā)展的形勢需求。2009年，國務(wù)院要求交通運輸部組織開展了在建橋梁改用鋼結(jié)構(gòu)論證分析，2013年，中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會組織編寫了“鋼結(jié)構(gòu)在建設(shè)領(lǐng)域中推廣應(yīng)用的方案”，同時隨著環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展理念逐步完善，人工成本提升，鋼結(jié)構(gòu)越來越具有經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢，大力推廣碳排放量低的鋼結(jié)構(gòu)橋梁勢在必行，新版《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D60—2015）[1]應(yīng)運而生。各設(shè)計單位對該規(guī)范部分條文理解不同而產(chǎn)生意見分歧，鑒于該規(guī)范整體框架與《日本道橋示方書·鋼橋篇》[2]類似，該文結(jié)合上述兩本規(guī)范和國內(nèi)其他鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范，對公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范部分條文予以探討，希望對這些分歧意見的統(tǒng)一有所裨益。

1 對公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范部分條文的理解與思考

1.1 關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)沖擊韌性

對于基材與焊縫，公路常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)橋梁采用低合金高強(qiáng)度鋼，沖擊韌性規(guī)定不明確。鐵路鋼橋均用橋梁用鋼，沖擊韌性規(guī)定明確。例如對沖擊試驗部分的低溫沖擊功，該規(guī)范要求焊縫不低于基材，無論焊縫還是基材都需滿足34J（Q345），可能會造成鋼廠供貨按照滿足34J出廠，但焊接后就不能滿足34J的要求?？梢越梃b《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB 10091—2017）[3]附錄A中寫法進(jìn)行明確。

1.2 關(guān)于抗傾覆驗算

規(guī)范在4.2.2條[1]采用抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)來驗算，但對具體指標(biāo)及機(jī)理描述未知，設(shè)計應(yīng)用存在一定困難。指標(biāo)建議按照國標(biāo)《鋼-混凝土組合橋梁設(shè)計規(guī)范》（50917—2013）[4]增加約束的扭轉(zhuǎn)角，并參考《日本道橋示方書·鋼橋篇》[2]在1恒+2活（或不利風(fēng)）組合下不出現(xiàn)負(fù)反力。

1.3 關(guān)于撓度驗算

規(guī)范表4.2.3[1]表注：當(dāng)荷載作用于一個跨徑內(nèi)有可能引起該跨徑正負(fù)撓度時，計算撓度應(yīng)為正負(fù)撓度絕對值之和。規(guī)范本身條文規(guī)定主要針對懸索橋或拱橋制定的，而實際工程中，部分設(shè)計者對于梁橋仍舊采用不同跨產(chǎn)生的正負(fù)撓度絕對值之和，對于梁高受限情況下，不得不加厚頂?shù)装搴穸忍岣呓孛鎽T性矩從而提升剛度滿足規(guī)范要求，造成不必要的材料浪費。李喬在《公路橋規(guī)撓度限值方式討論》[5]一文中表明，即使懸索橋或大跨度拱橋，一跨內(nèi)正負(fù)撓度相加也存在一定爭議。

1.4 關(guān)于受壓加勁肋剛?cè)嵝耘袛?/p>

張華敏[6]關(guān)于5.1.6條條文進(jìn)行了公式推導(dǎo)，規(guī)范中計算橫向加勁肋相對剛度公式分母中a應(yīng)為b。該條文引自日本橋梁設(shè)計規(guī)范，分母中a修改為b后，公式基本與日本一致。

橫向加勁肋的相對剛度規(guī)范原公式：

（1）

建議調(diào)整公式：

（2）

公式中字母意義同該規(guī)范。

《日本道橋示方書·鋼橋篇》[2]4.2.5款公式如下：

式中：α為加勁板縱橫尺寸比，α=a/b，a和b字母意義同該規(guī)范;α0為加勁板縱橫尺寸比界限，;為縱向加勁肋相對剛度比，;其余字母參數(shù)意義見《日本道橋示方書·鋼橋篇》4.2.5款。

下面通過一個小例子來驗證：

已知：腹板間距：4 400 mm，隔板間距：6 000 mm，

中間插入2道橫肋，頂板設(shè)置14道板式縱向加勁肋，加勁肋尺寸為（220×20）mm，橫肋采用倒T型，腹板尺寸為（420×20）mm，翼緣尺寸為（320×20）mm，鋼材均采用Q345C鋼材。計算結(jié)果見表1：

由表1可知，采用修改后公式計算與日本公式計算結(jié)果基本一致。如仍采用原規(guī)范公式計算，為了滿足剛性加勁肋要求，必須增大加勁肋尺寸，造成了材料浪費。

1.5 關(guān)于腹板縱向加勁肋設(shè)置高度

規(guī)范第5.3.3條，當(dāng)腹板需要設(shè)置1道縱向加勁肋時，設(shè)置高度為距離翼緣板為0.2倍的腹板高度，當(dāng)需要設(shè)置2道縱向加勁肋時，設(shè)置高度分別為0.14和0.36倍腹板高度。在條文說明中提到，本條規(guī)定基于中性軸位于腹板中心附近，當(dāng)腹板受壓區(qū)高度相對于腹板高度很大時，應(yīng)采用其他更精確的方法計算。在組合梁設(shè)計時，當(dāng)設(shè)計為恒載組合梁（混凝土面板和鋼主梁形成組合截面之后共同承受恒載和活載），對于小跨度簡支組合梁而言通常中性軸位于混凝土橋面板或距離上翼緣很近，腹板加勁肋需求弱。在設(shè)計中應(yīng)搞清楚規(guī)范本意，合理應(yīng)用，以免浪費材料或結(jié)構(gòu)不安全。此外梁高很高時，不僅僅需要布置兩根縱向加勁肋，希望規(guī)范補(bǔ)充明確。

1.6 第一體系、第二體系疊加的問題

在鋼箱梁橋設(shè)計中，常規(guī)設(shè)計方法是將頂板正交異性橋面板采用第一體系和第二體系應(yīng)力疊加控制結(jié)構(gòu)設(shè)計。第一體系：作為縱腹板主梁的上翼緣組成部分，頂板及縱向加勁肋參與主梁體系的受彎承載，同時主梁體系需要考慮剪力滯效應(yīng)、局部穩(wěn)定造成的有效寬度折減。此效應(yīng)采用車隊荷載的等價活載——車道荷載。第二體系：車輪荷載縱向傳遞給橫隔板，此效應(yīng)必須考慮輪載特性。桿系模型的縱向計算中并不建立橫隔板（也沒法建立），忽略了頂板縱肋將力流引導(dǎo)到橫隔板的這個力流流向，因此需要額外計算頂板加勁肋被隔板支撐的第二體系，與第一體系應(yīng)力疊加。

日本鋼箱梁橋面通常設(shè)置60～80 mm澆筑式瀝青鋪裝。在冬季時鋪裝硬化，對荷載有一定擴(kuò)算作用，但在夏季鋪裝軟化，荷載擴(kuò)散效用大打折扣，因此不考慮鋪裝層擴(kuò)散。同時考慮第一體系和第二體系時時容許應(yīng)力可提高40%[4]，而國內(nèi)設(shè)計習(xí)慣是第一體系與第二體系應(yīng)力疊加并不折減。

此外與各大設(shè)計院溝通，設(shè)計者計算第二體系應(yīng)力時，采用1.8的車輛分項系數(shù)，而實際情況對于從來不跑三聯(lián)軸的橋梁，理論上不需要采用1.8的分項系數(shù)。

而在我國規(guī)范中并未見相關(guān)條文，希望規(guī)范補(bǔ)充明確。

1.7 彎剪復(fù)合應(yīng)力驗算

5.3.1-6條公式右側(cè)為1[1]，對比《公路鋼混組合橋梁設(shè)計與施工規(guī)范》（JTG/T D64-01—2015）[7]7.2.2-3條和《鋼-混凝土組合橋梁設(shè)計規(guī)范》（GB 50917—2013）5.2.2條[4]，該規(guī)范多了1.1（結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)）×1.1（點應(yīng)力放大系數(shù)）=1.21倍，顯然該規(guī)范折算應(yīng)力控制過嚴(yán)，建議公式右側(cè)調(diào)整為1.1。

彎剪復(fù)合應(yīng)力規(guī)范原公式：

（10）

建議調(diào)整公式：

（11）

1.8 關(guān)于角焊縫計算長度

6.2.19條[1]，規(guī)范規(guī)定側(cè)面角焊縫計算長度，當(dāng)承受動荷載時，不宜大于50hf;當(dāng)受靜荷載時，不宜大于60hf。當(dāng)計算長度大于上述數(shù)值時，其超過部分在計算中不予考慮。在計算支承加勁肋角焊縫強(qiáng)度時往往會遇到焊縫長度不夠后加大角焊縫尺寸問題，造成焊縫材料浪費和增加焊接工作量。該條文出自《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50017—2003）[8]，新版《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）[9]條文中對此進(jìn)行了修訂：11.2.6明確角焊縫計算長度可以超過60hf但不應(yīng)超過180hf，超過60hf時，焊縫承載力設(shè)計值乘以折減系數(shù)αf：

（12）

公式中字母意義同《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）。夏志斌[10]在書中也有明確。

1.9 關(guān)于鋼箱梁橫隔板需求剛度

針對8.5.2條條文說明[1]，部分設(shè)計者對該條文的應(yīng)用存在一定誤解。對于鋼箱梁橋，國內(nèi)設(shè)計習(xí)慣采用單箱多室結(jié)構(gòu)，設(shè)計者仍舊采用該規(guī)范驗算結(jié)構(gòu)。實際上，規(guī)范公式中主扇慣矩應(yīng)為畸變翹曲慣矩，只針對單箱單室或?qū)ΨQ雙室有解析解，而規(guī)范給出的解析解僅針對單箱單室情況。

該規(guī)范條文在假定橫隔板相對剛性的基礎(chǔ)上參考日本經(jīng)驗限制隔板間距及剛度要求用于控制箱梁畸變翹曲正應(yīng)力。當(dāng)?shù)刃Э鐝絃<50 m時，實際橫隔板間距LD≤6 m，但計算需求剛度時，LD≤6 m時，取6 m計算（日本大量實際橋梁小跨徑隔板間距6 m左右沒有安全問題，允許間隔最大6 m）。

當(dāng)?shù)刃Э鐝絃大于50 m時，實際橫隔板間距與等效跨徑相關(guān)，且不宜大于20 m（長大跨徑放寬隔板間距要求，但也不宜大于20 m。實際考慮施工過程制造運輸及加工，隔板間距也一般在6 m左右）。

理論上規(guī)范公式對橫隔板剛度要求過高，從精細(xì)化設(shè)計出發(fā)，可以采用薄壁桿件理論或有限元方法計算真實應(yīng)力狀態(tài)，優(yōu)化橫隔板設(shè)計。

2 結(jié)語

由于對《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D64—2015）部分條文的理解不同，造成在規(guī)范執(zhí)行中產(chǎn)生意見分歧，有必要作進(jìn)一步探討和說明。另外規(guī)范在部分條文中存在紕漏，希望補(bǔ)充修正。該規(guī)范結(jié)合最新的極限狀態(tài)法設(shè)計理念，同時很多內(nèi)容脫胎于容許應(yīng)力法，規(guī)范編制經(jīng)費有限，時間倉促，些許紕漏在所難免。未來國內(nèi)一定會有結(jié)合國內(nèi)實情、基于最新實驗和相關(guān)科研課題而自成體系的中國規(guī)范。

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