公路、市政桥梁确定采用钢箱梁桥后,接下来的几个重要工作:
1、拟定合适的梁高,根据跨度确定;
2、拟定合适的箱室布置;
箱室划分考虑因素:
① 桥梁宽度;
② 结构受力,综合考虑剪力滞、局部稳定、顶底板受力;
③ 钢箱梁节段运输的便利、现场节段焊接便利;
④ 保证铺装,纵腹板车轮轨迹线的避让;
⑤ 台风区域抗风要求高的桥梁,有时也会影响断面形式;
⑥ 桥梁景观性、耐久性。
3、拟定合适的顶底板纵向加劲肋形式;
4、根据箱室尺寸、加劲肋形式,确定合理的隔板形式与间距。
本文主要关注于箱室的划分,并且仅限于梁桥,关于拱桥、斜拉桥、悬索桥等结构的断面形式的探讨后面我们将开设相应专题。
对于梁桥而言,钢箱梁的结构形式大体上分为以下几种。
一、单箱单室断面
1、适用于宽度较小的桥:公路市政窄桥、半径较小的匝道桥。

公路市政 窄桥单箱单室断面


单箱单室钢箱梁匝道实景图
2、适用于公路大跨度宽桥钢箱梁:纵向跨度大,宽跨比小,剪力滞折减少。
德国 Hochmoselbrücke ,主跨209.52m,桥宽29m,采用单箱单室断面。
这座桥的结构受力合理,造型优美。惊叹于设计师的创造力和想象力。

Hochmoselbrücke 立面布置图

Hochmoselbrücke 单箱单室横断面 (桥宽29m)


德国 Hochmoselbrücke 实景图 (主跨209.5m)

Hochmoselbrücke 顶推施工中

Hochmoselbrücke 局部有限元模型
二、单箱多室桥梁
1、市政宽桥:市政桥梁,宽跨比较大时,采用多箱室断面,翼缘剪力滞折减降低,顶底板利用率更高。

互通区变宽单箱八室钢箱梁 (主跨45m)

单箱八室钢箱梁有限元模型图
2、海中考虑抗风、减小盐害对策,采用单箱多室断面。
单箱多室断面,封闭表面积增加,外露面积降低,减少了飞盐和油漆更换的数量,减少了维护和管理费用。

港珠澳 单箱双室钢箱梁

港珠澳 单箱双室钢箱梁 制造过程中

日本伊良部主航道大桥 立面布置图

日本伊良部主航道大桥 标准横断面
单箱三室八边形断面 抗风性能良好、较少盐害

日本伊良部主航道大桥 制造过程中

日本伊良部主航道大桥 实景图
三、多箱单室桥梁
适用于桥宽较大的桥梁,在公路、市政桥梁中均有较多采用。

37m桥宽 四箱单室断面示意 (主跨90m)


26m桥宽 三箱单室断面示意

16m桥宽 双箱单室断面示意
对于国内的公路钢箱梁设计、市政钢箱梁设计的现状探讨如下:
1)都是钢箱梁结构,第一体系基本一致,第二体系公路车辆荷载小于城市车辆荷载,公路车辆55t,对应最大轴重车轮尺寸为0.2×0.6m,城市车辆70t,对应最大轴重车轮尺寸为0.25×0.6m。
公路的车辆最终都要回归于城市,城市中车辆不一定有机会去公路的大千世界中看看。
2)城市高架钢箱梁桥底景观要求高,国内一般根据桥宽通常做成单箱多室结构,底板连续,有时挑梁倒T型底板之间也设置装饰钢板。
公路钢箱梁景观性要求不高,可以设计为多箱单室,减少底板系统面积,让中性轴更加靠近顶板,顶板第一体系小于底板,小于的数值等于顶板第二体系,此时用钢量经济节省。同时便于运输、吊装等。
值得一提的,单箱多室的钢箱梁设计在普通梁桥上的设计应用在国内较多。

杭州秋石高架桥
在国外,哪怕是市政桥梁,同样大量采用多箱单室结构。对美的理解,各有不同。
日本阪神高速北港通街立交桥梁
当然从另外一个层次来看,单箱多室结构,底板连续,箱内是个封闭结构,对涂装和后期养护稍有利。
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知识点:钢箱梁结构形式
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桥梁工程
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