国标的钢号是以屈服点命名,如Q235qD,第一个Q为屈服汉语拼音首字母,屈服之意,第二个数字235为板厚16mm时的屈服点大小(是一个应力数值),第三个字q为桥梁用钢汉语拼音首字母,最后一个大写字母D为钢材等级。
《桥梁用结构钢》GB/T714-2015常用钢材质量等级有C、D、E、F,4个等级。钢材等级主要表现在钢中有害杂质S、P含量的多少,耐冲击温度的高低,对应牌号有不同要求。
铁路钢结构桥梁采用钢材,铁路桥梁活载比重大,满载速度快,疲劳问题突出,要求具有良好的冲击韧性。
《低合金高强度结构钢》(GBT1591-2018)常用钢材质量等级有:热轧:B、C、D,3个等级;正火N:B、C、D、E、F,5个等级;热机械轧制M:B、C、D、E、F,5个等级。
公路桥梁推荐采用钢材,公路桥特点活载小,车道宽纵向满载可能性小,加载速度慢,冲击韧性要求低。
有关牌号钢材冲击韧性要求,《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)第3.1.3条有详细规定,在实际项目选取时根据桥梁结构环境温度及结构计算选取相应钢材牌号和质量等级。
在同一座桥梁中可以采用不同钢牌号、不同质量等级的钢材。对于需要验算疲劳的焊接、非焊接构件,质量等级要求有别。从规范要求,可以看出另外一层意思是对于需要验算疲劳和不需要验算疲劳的构件质量等级同样可以有别,具体选取由设计者自行把握。
当然同一座桥梁是否采用多种钢牌号需要经济技术比选确定。
经济层面:同一座桥梁,体量很小时,采用多钢牌号,理论上是降低了成本,但是实际操作起来有可能反而更加浪费。材质多了,排料时不能凑料,有可能反而降低了利用率。
技术层面:一座桥用不同钢牌号,并非仅仅从经济上考虑,往往是为了控制构件的尺寸。
比如,对于大跨度钢桁结构(钢桁梁、钢桁柔性拱、 钢桁梁刚性悬索、钢桁拱),为了控制控件尺寸,受力很大的杆件用高强钢控制杆件尺寸 、最大板厚。桁梁、桁拱,杆件尺寸大,不仅构造连接麻烦,次应力大,节点板也需求大。此外薄板综合性能(强度、稳定、韧性、材质均匀性和焊接应力等)优于厚板。
日本 BY527 工区桥 (图片源自 2000 年日本桥梁年鉴)
中国苏通大桥(2008年) 主梁采用 Q345q 和 Q370q
铝合金结构母材的防腐性能就很好,湿气、酸碱抵蚀力均很强。要是进行阳极氧化,防腐性能更佳。铝合金人行桥跨越能力与结构钢差不多,铝合金容重是钢的1/3,但弹模也只有钢的1/3。很多人行桥采用铝合金结构。
人行桥一般情况下,强度、疲劳不控制设计,主要由舒适度控制设计。由于《城市人行天桥与人行地道技术规范》新版本迟迟未推出,除了大跨度人行桥参考欧美规范外,大部分梁式人行桥仍旧采用95版《城市人行天桥与地道技术规范》(CJJ 69-95)要求的竖向自振频率不小于3Hz控制。
由于某些建成的人行桥横向频率不足引起振动问题,设计师已经知道横向频率也同样重要。当人行桥跨度较大,桥面较窄或横向构件较弱时,设计师需控制好宽跨比、横向构件的刚度等以满足横向舒适性要求。
Pedestrian bridges-Doha Qatar (图片源于网络)
国外对高性能钢进行了充分的研究,并在大量工程中得以应用。
目前欧洲标准已将S460、S690等级别的高强度结构钢包含其中。耐候钢在欧洲相应的标准中对常用耐候钢的种类、每种耐候钢的元素含量、力学性能以及生产要求做了详细的阐述。
国内在武汉江汉七桥已经采用Q690qNH(NH为耐候两字的拼音首字母)。在可以预见的未来,随着高性能桥梁用钢技术的发展,国内将在更多桥梁结构中采用高性能钢材。
值得注意的是,日本有些地区耐候钢因为气候条件达不到,致密的保护层难以形成,耐候钢有被逐步淘汰的趋势。中国更是地大物博,并非每个区域都适合用耐候钢。
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知识点:桥梁用钢牌号
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桥梁工程
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