高性能耐候鋼在鋼板組合梁橋中的應用

張鈺伯

（邯鄲市交通運輸局公路勘察設計院，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，可以降低鋼結構橋梁服役過程中維修養護的要求，大大減少了維護費用、中斷交通間接費用，并延長使用壽命，具有很大的經濟意義。高性能耐候鋼可以避免或者減少涂裝，對環境影響小，符合可持續發展戰略要求。

組合結構橋梁由于多項新技術的應用，具有良好的機能和耐久性，快速施工縮短了投資回報期，多樣化結構適應了不同橋位不同跨度橋梁建設的需求和景觀要求，簡化的結構減少了橋梁施工和維修管理工作量[1]。

為了響應交通部綠色公路的要求，本項目橋梁在設計上遵循“安全、耐久、經濟、美觀”原則，以工廠化生產、標準化施工為主要建設理念與目標，某新建高速公路上跨橋擬采用高性能耐候鋼鋼板組合梁，以減少后期維護工作量。支線上跨橋按四級公路標準設計，橋梁寬8.5m。下部道路為雙向8 車道標準高速公路，支線上跨橋采用2m×35m 跨徑布置，中墩設置于現有高速公路中分帶中，如圖1 所示。

2 橋梁結構設計

2.1 設計標準

1）公路等級：四級公路；

2）行車速度：縣道60km/h 或40km/h；

3）橋梁設計基準期：100a；

4）設計安全等級：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 鋼結構橋梁設計

鋼主梁主體結構板材采用Q345qDNH 高性能耐候鋼，技術標準須符合GB/T 714—2015《橋梁用結構鋼》的有關規定，交貨技術條件應符合相關規范要求?；瘜W成分應滿足GB/T 714—2015 表5 的相關要求。耐候鋼耐腐蝕性指數按照GB/T 714—2015 附錄C 中計算出的耐腐蝕性指數應大于6。

橋梁橫向寬度8.5m，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橫向聯系，中支點設置中橫梁，端支點設置端橫梁?？玳g設置小橫梁。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。橫梁長度根據主梁橫向間距不同進行對應調整。

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。端橫梁兩側均設置外伸挑臂。

在工字型縱梁間設置有小橫梁，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 混凝土橋面板設計

橋面板采用鋼筋混凝土結構，跨中板厚24cm，在與鋼梁支撐結合處加厚到35cm，由預制混凝土板、橫向濕接縫和剪力釘群預留孔3 部分構成。

8.5m 橋面板單塊預制板橫橋向為一塊整板，預制板橫向寬度為8.5m，縱橋向長度為2.65m，預留有4 個50cm×58cm 的剪力釘群孔，縱向濕接縫寬度為0.35m。

各塊預制混凝土板吊裝就位后，將縱橫向濕接縫的環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構，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構影響，每塊預制板吊裝前，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 鋼板組合梁橋標準橫斷面

圖3 鋼主梁立面布置

2.4 下部結構設計

橋梁下部結構采用樁柱式結構，橋臺采用樁柱式橋臺。中墩橋墩直徑1.2m，基礎采用直徑1.4m 的鉆孔灌注樁，樁基按摩擦樁設計。橋臺基礎采用直徑1.2m 的鉆孔灌注樁，上設蓋梁。

2.5 主要施工方案

鋼主梁分段運輸至現場后，縱向一跨范圍內焊接為整體后，橫向形成整體框架（完成端橫梁、中橫梁及小橫梁的連接）后進行整體吊裝，所有主梁吊裝就位后，在中墩墩頂設置臨時支架，將鋼主梁縱向焊接為整體。

預制板工廠預制，現場分塊吊裝至鋼主梁上，最后澆筑剪力釘槽時接縫，橋面板的現場按從跨中向墩頂方向進行合龍。預制橋面板保濕養護不少于30d，存放期應在6 個月以上?，F場現澆濕接縫保濕養護不少于28d。

3 耐候鋼局部細節構造設計

3.1 耐候鋼梁端設計

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，容易發生腐蝕。在此不利工況下，高性能耐候鋼有時不能形成穩定的銹層，為了提高橋梁的耐久性，在梁端部位需要進行局部涂裝[2]。同時適當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性，方便梁端后期檢修維護。在墊石頂板設置排水橫坡。

梁端腹板及底板涂層體系采用長效型，保護年限為15～25a。鋼板表面涂裝前應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 排水構造細節設計

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彎處理，主梁下翼緣設置排水橫坡；

2）為了避免梁端伸縮縫漏水倒流至跨中，引起其他區域鋼梁腐蝕，在梁端附近底板上下緣均設置截水板；

3）鋼板梁腹板加勁肋設置過水孔，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，應不積存雨水。同時桿件堆放的高度，應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為色調上的差異，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生的有害附著物[3]。

關于成品的堆放，要避免促使桿件發生局部銹層，要在盡量與架設狀態相近的、易于排水的狀態下堆放，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。

運輸至現場后，應注意按照規定時間間隔進行灑水處理，以加速表面穩定銹層的形成。

梁段連接前，焊區必須徹底清磨，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用，主要結論如下：

1）高性能耐候鋼是近年來大力推廣的一種材料，符合綠色公路的發展理念。本項目采用的雙主梁鋼板組合了結構形式簡單、施工方便，大量減少了后期養護的工作量，為同類項目的建設提供了參考與借鑒；

2）介紹了高性能耐候鋼在鋼板組合梁中的應用，結構形式簡單，受力明確，結構通透性較好，有利于穩定化銹層結構的形成；

3）介紹了部分適用于鋼板組合梁的免涂裝耐候鋼橋的構造設計方法，有助于提高結構的耐久性，其他同類橋型也可參考執行。