高性能耐候钢在钢板组合梁桥中的应用

张钰伯

（邯郸市交通运输局公路勘察设计院，河北 邯郸056001）

1 工程背景

高性能耐候钢除具有良好的耐候性能外，钢材的强度、焊接性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变性能、疲劳性能以及持久强度等方面都较普通钢材得到较大改善，采用它建造桥梁，可以降低钢结构桥梁服役过程中维修养护的要求，大大减少了维护费用、中断交通间接费用，并延长使用寿命，具有很大的经济意义。高性能耐候钢可以避免或者减少涂装，对环境影响小，符合可持续发展战略要求。

组合结构桥梁由于多项新技术的应用，具有良好的机能和耐久性，快速施工缩短了投资回报期，多样化结构适应了不同桥位不同跨度桥梁建设的需求和景观要求，简化的结构减少了桥梁施工和维修管理工作量[1]。

为了响应交通部绿色公路的要求，本项目桥梁在设计上遵循“安全、耐久、经济、美观”原则，以工厂化生产、标准化施工为主要建设理念与目标，某新建高速公路上跨桥拟采用高性能耐候钢钢板组合梁，以减少后期维护工作量。支线上跨桥按四级公路标准设计，桥梁宽8.5m。下部道路为双向8 车道标准高速公路，支线上跨桥采用2m×35m 跨径布置，中墩设置于现有高速公路中分带中，如图1 所示。

2 桥梁结构设计

2.1 设计标准

1）公路等级：四级公路；

2）行车速度：县道60km/h 或40km/h；

3）桥梁设计基准期：100a；

4）设计安全等级：一级；

图1 支线上跨桥立面布置

5）荷载等级：公路-Ⅱ级；

6）基本跨径：2×35m；

7）横断面：8.5m。

2.2 钢结构桥梁设计

钢主梁主体结构板材采用Q345qDNH 高性能耐候钢，技术标准须符合GB/T 714—2015《桥梁用结构钢》的有关规定，交货技术条件应符合相关规范要求。化学成分应满足GB/T 714—2015 表5 的相关要求。耐候钢耐腐蚀性指数按照GB/T 714—2015 附录C 中计算出的耐腐蚀性指数应大于6。

桥梁横向宽度8.5m，采用双主梁钢板组合梁。35m 跨径桥梁梁高1.61m，钢主梁高度为1.25m。主梁横断面如图2 所示。

钢主梁采用Q345qDNH 工字形直腹板钢梁，混凝土桥面板和钢主梁通过剪力钉连接。

钢纵梁上翼缘宽度600mm，板厚为20～60mm；下翼缘宽度800mm（中支点位置加宽至1 000mm），板厚为26～60mm；腹板厚由支点处20mm 渐变至14mm。腹板设置横向加劲肋，加劲肋宽度150mm，厚度12mm，纵向间距详见钢主梁总体布置图。

主梁之间采用横梁加强横向联系，中支点设置中横梁，端支点设置端横梁。跨间设置小横梁。钢主梁与横梁之间采用焊接连接。

中横梁与纵梁正交，采用焊接H 形截面，横梁梁高700mm，横梁顶板高上下翼缘宽度500mm，上下翼缘板厚度为25mm，腹板厚度20mm。横梁长度根据主梁横向间距不同进行对应调整。

钢板梁端支点横梁高700mm，上翼缘宽度600mm，下翼缘宽度400mm，上翼缘板厚度为22mm，下翼缘板厚度为20mm，腹板厚度14mm。端横梁两侧均设置外伸挑臂。

在工字型纵梁间设置有小横梁，采用焊接H 形截面，截面宽度220mm，高度均为400mm，小横梁纵向间距如图3 所示。

2.3 混凝土桥面板设计

桥面板采用钢筋混凝土结构，跨中板厚24cm，在与钢梁支撑结合处加厚到35cm，由预制混凝土板、横向湿接缝和剪力钉群预留孔3 部分构成。

8.5m 桥面板单块预制板横桥向为一块整板，预制板横向宽度为8.5m，纵桥向长度为2.65m，预留有4 个50cm×58cm 的剪力钉群孔，纵向湿接缝宽度为0.35m。

各块预制混凝土板吊装就位后，将纵横向湿接缝的环形锚固钢筋交错放置后，穿入横向抗剪钢筋形成整体锚固结构，桥面板通过剪力钉群与钢纵梁形成组合体系。为了减少混凝土收缩对结构影响，每块预制板吊装前，要求具有6 个月以上的存放时间，同时湿接缝均采用微膨胀混凝土。

图2 钢板组合梁桥标准横断面

图3 钢主梁立面布置

2.4 下部结构设计

桥梁下部结构采用桩柱式结构，桥台采用桩柱式桥台。中墩桥墩直径1.2m，基础采用直径1.4m 的钻孔灌注桩，桩基按摩擦桩设计。桥台基础采用直径1.2m 的钻孔灌注桩，上设盖梁。

2.5 主要施工方案

钢主梁分段运输至现场后，纵向一跨范围内焊接为整体后，横向形成整体框架（完成端横梁、中横梁及小横梁的连接）后进行整体吊装，所有主梁吊装就位后，在中墩墩顶设置临时支架，将钢主梁纵向焊接为整体。

预制板工厂预制，现场分块吊装至钢主梁上，最后浇筑剪力钉槽时接缝，桥面板的现场按从跨中向墩顶方向进行合龙。预制桥面板保湿养护不少于30d，存放期应在6 个月以上。现场现浇湿接缝保湿养护不少于28d。

3 耐候钢局部细节构造设计

3.1 耐候钢梁端设计

桥梁梁端伸缩缝、支座及与其连接的梁端部，由于受到伸缩缝漏水及附近的灰尘及积水的影响，容易发生腐蚀。在此不利工况下，高性能耐候钢有时不能形成稳定的锈层，为了提高桥梁的耐久性，在梁端部位需要进行局部涂装[2]。同时适当加大端横梁与桥台前墙的间距，提高了主梁在伸缩缝处的通风性，方便梁端后期检修维护。在垫石顶板设置排水横坡。

梁端腹板及底板涂层体系采用长效型，保护年限为15～25a。钢板表面涂装前应喷砂除锈露出金属本色，表面粗糙度为Ra2.5。钢梁表面涂装体系如表1 所示。

表1 钢梁表面涂装一览表

3.2 排水构造细节设计

1）为了提高工字钢下翼缘的排水性能，建议对工字钢下翼缘板做预弯处理，主梁下翼缘设置排水横坡；

2）为了避免梁端伸缩缝漏水倒流至跨中，引起其他区域钢梁腐蚀，在梁端附近底板上下缘均设置截水板；

3）钢板梁腹板加劲肋设置过水孔，避免雨水等积水在腹板加劲肋与底板交界处积累。

3.3 耐候钢其他注意事项

耐候钢各种杆件的堆放状态，应不积存雨水。同时杆件堆放的高度，应保证不受底面溅起雨水的影响。免涂装耐候钢桥梁的外观，受杆件的清扫程度和堆放保管方法的影响很大，尤其在锈层形成的初期，外观上的不均匀性在很大程度上可能表现为色调上的差异，这将会对耐候钢桥梁的整体景观性造成比较大的影响。锈层形成的前期，需要完全清除掉那些抑制锈层产生的有害附着物[3]。

关于成品的堆放，要避免促使杆件发生局部锈层，要在尽量与架设状态相近的、易于排水的状态下堆放，同时要与地面保持足够的距离，并采取措施不要让雨水、尘土等从地面上飞扬并积存在杆件上。

运输至现场后，应注意按照规定时间间隔进行洒水处理，以加速表面稳定锈层的形成。

梁段连接前，焊区必须彻底清磨，清除锈、氧化皮、油污水分，露出金属光泽。清磨范围按焊接工艺要求办理。

4 结语

本文以某跨线桥为工程背景，介绍了高性能耐候钢在钢板组合梁桥中的应用，主要结论如下：

1）高性能耐候钢是近年来大力推广的一种材料，符合绿色公路的发展理念。本项目采用的双主梁钢板组合了结构形式简单、施工方便，大量减少了后期养护的工作量，为同类项目的建设提供了参考与借鉴；

2）介绍了高性能耐候钢在钢板组合梁中的应用，结构形式简单，受力明确，结构通透性较好，有利于稳定化锈层结构的形成；

3）介绍了部分适用于钢板组合梁的免涂装耐候钢桥的构造设计方法，有助于提高结构的耐久性，其他同类桥型也可参考执行。