目 录
1 概述 ............................................................................................................. 1 1.1 钢箱梁发展简述 ............................................................................. 1 1.2 钢箱梁构造特点 ............................................................................. 2 1.3 钢箱梁受力特点 ............................................................................. 4 1.4 钢箱梁设计方法研究现状 ........................................................... 5 1.5 指导书编制的目的、用途和意义 ............................................. 7 2 项目依托工程情况及其它必要支撑条件 ........................................ 8 2.1依托项目概述 ................................................................................... 8 2.2 技术标准 ......................................................................................... 11 2.3 主要设计规范及标准 .................................................................. 11 2.4 主要材料 ......................................................................................... 12 2.5 计算荷载 ......................................................................................... 13 3 钢箱梁桥上部设计 ................................................................................ 13 3.1 钢箱梁桥适用范围 ....................................................................... 13 3.2 钢箱梁桥梁总体布置 .................................................................. 17 3.3 钢箱梁细部设计要点 .................................................................. 22 4 钢箱梁下部设计 .................................................................................... 26 4.1 布设原则 ......................................................................................... 27 4.2 桥墩设计 ......................................................................................... 27 4.3 桥台设计 ......................................................................................... 28 4.4 承台设计 ......................................................................................... 28
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4.5 桩基础设计 .................................................................................... 28 5 钢箱梁计算 .............................................................................................. 29 5.1 钢主梁（第一体系）计算 ......................................................... 29 5.2 钢桥面（第二体系）计算 ......................................................... 31 5.3 钢横梁计算 .................................................................................... 32 5.4 腹板计算 ......................................................................................... 32 5.5 局部稳定性计算 ........................................................................... 32 5.6 焊接计算 ......................................................................................... 32 5.7 倾覆计算 ......................................................................................... 32 5.8 抗震计算 ......................................................................................... 33 6 指导性安装方法 .................................................................................... 33 6.1 钢箱梁的制造 ................................................................................ 33 6.2 钢箱梁的运输 ................................................................................ 33 6.3 钢箱梁的安装 ................................................................................ 33 7 施工阶段及运营阶段常见问题及处理对策研究 ......................... 35 附录1 初步设计工程量指标表 ............................................................ 36 附录2 焊缝符号及表示方法 ................................................................. 38 附录3 3x40(B=18.5m)计算书 ................................................................. 43
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1 概述
1.1 钢箱梁发展简述
世界第一座单塔钢箱梁斜拉桥西德Cologne的Severin桥，建成于1959年，跨径布置为49m+89m+50m+302m+151m+43m。加劲梁为两个箱梁，钢面板厚lOmm。
1970年10月，西德在杜伊斯堡——诺因卡帕之间完成一座莱茵河桥。这是一座在当时跨度上创了纪录的斜拉桥。在中跨跨中的中轴线处设一独塔，并仅在中轴面设置缆索。桥面总宽36.3m，车道是2x12.5m，中央分隔带占2x1.95m，两侧人行道占2x3.70m。加劲梁取双室箱形，箱总宽2x6.35m，高3.75m。凭着箱形截面的抗扭能力，钢箱向两侧的挑臂各长11.8m(8.07+3.73m)，凭借斜撑支承挑臂。
1975年，在法国的圣·纳泽尔市跨卢瓦尔河建成的圣·纳泽尔桥，全长3358．4m，主跨404m，边跨158m，三跨连续钢梁，钢箱梁为单箱倒梯形截面，是世界第一座跨度超过400米的钢箱梁斜拉桥。钢箱顶板、底板及上下斜腹板均带有纵横向加劲肋。箱内设有带人孔的横隔板，横隔板上密布有竖向加劲肋。钢箱梁实际上是六边形，利用两侧上部的斜腹板锚固斜索。
近几年来，随着交通工程、高速公路网的建设，我国已建成或在建的跨度超过500m以上的钢斜拉桥和钢悬索桥有10余座。例如南京长江二桥(主跨628m钢箱梁斜拉桥)，钢箱梁截面高为3.5米，宽为38.2米。托架钢箱梁块件长7.25~7.5米，最重梁段为200吨。此外还有广东虎门大桥、江苏润扬长江大桥、江阴长江大桥、上海卢浦大桥、苏通大桥等等均采用薄壁钢箱梁。
此外，随着市政工程建设发展，钢箱梁作为大跨度过街人
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行天桥的结构形式也被广泛的采用。例如上海市在2003年建成的主跨为40米钢箱梁作为过街天桥的结构形式(浦东南路过街天桥)，北京市2004年采用44米钢箱梁(主跨)作为过街天桥的结构形式(北京太平桥大街过街天桥)，沈阳市2005年采用49米(主跨)钢箱梁作为过街天桥的结构形式(沈阳农业大学过街天桥)。南京市在2006年用50米(主跨)的钢箱梁作为亚东城过街天桥(50M主跨)的结构形式。
钢箱梁也应用于城市轨道交通中，例如我国第一条商用磁悬浮运营线——上海磁悬浮轻轨线就采用了约60根单箱单室钢箱梁作为轨道梁。
我国已建、在建和正在规划设计中的特大跨桥梁多数采用钢桥结构，中小桥建设中钢桥的比率也在逐渐加大。随着国民经济的发展和西部大开发战略的进一步实施，立交桥中的特色钢桥也必将得到广泛应用。至2003年，我国钢材产量己经达到2亿3千万吨，连续8年钢材产量居世界首位；新品种钢材的开发，钢材质量和性能的提高，冶炼控制技术的创新，钢材的韧性、可焊性，以及相应的焊接工艺，焊接手段的不断完善这些都为钢桥在我国的发展和应用奠定基础和提供有力的保证。 1.2 钢箱梁构造特点
钢箱梁承受的弯矩、剪力一般不大，钢箱梁常常具有宽幅、扁平的外形轮廓特征(即现在运用越来越广泛的扁平薄壁钢箱梁)，其高宽比一般可达到1:10左右。
在构造上，钢箱梁一般是由顶板、底板、横隔板和纵膈板等板件通过全焊接的方式连接而成。钢箱梁的顶板通常按桥面横向坡度要求设置，底板多采用平底板的构造形式。钢箱梁的顶板、底板通过横隔板、纵隔板等横纵向联接杆件联成整体受
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力体系。钢箱梁横隔板、纵隔板的刚度大小和布置形式对钢箱梁截面变形起着决定性的作用，并对正交异性钢桥面板及其纵向加劲肋起着支承的作用。横隔板、纵隔板可采用实腹式和桁架式两种构造形式：实腹式隔板对钢箱梁截面畸变约束力大，钢箱梁整体性好，桥面集中荷载作用下横隔板应力扩散性能好，缺点是通透性稍差，必须在隔板上设置人孔、电缆孔等；而桁架式隔板通透性好，可以略微节省一些钢材，但缺点是刚度不够大，钢箱梁的整体性不及实腹式隔板好，在国内工程实践中，多数采用实腹式隔板的构造形式。
正交异性钢桥面板是钢箱梁直接承受车辆荷载并作为箱梁翼缘承受整体内力的重要构件。正交异性钢桥面板最早应用于20世纪50年代的德国，采用纵横相互垂直的加劲肋连同桥面盖板共同承受荷载的桥面结构体系。桥面板不仅具有支承桥面荷载的功能，同时又作为主梁翼缘的一部分，与主梁共同工作。正交异性钢桥面板自重较轻，钢桥面板自重仅为常规钢筋混凝土桥面板自重的1／3~1／7，大大减轻了上部结构的恒载重量，因此，正交异性桥面板对桥梁具有良好的经济效益，也使得在不良地质基础的桥位上建造大跨度桥梁成为可能。钢桥面板纵肋可采用开口加劲肋和闭口加劲肋两种形式，开口肋常采用I形钢、船用球扁钢和正球头钢，闭口肋包括梯形肋、V形肋和U形肋等结构形式。闭口加劲肋具有抗扭惯矩大、桥面变形小等优点，在正交异性钢桥面板中广泛采用，其中U肋的工厂加工性能和受力性能更好，工地连接方便，是实际工程中采用最多的纵肋结构形式。如图1-3所示，为某一单箱三室的钢箱梁横断面图。
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图1-1 I形钢、船用球扁钢、正球头钢
图1-2 U形肋、V形肋
图1-3 钢箱梁构造示意图
1.3 钢箱梁受力特点
为发挥钢材的承载能力，钢箱梁常常采用薄壁、高强材料，扁平钢箱梁具有薄壁箱形截面的受力特性和变形状态。钢箱梁越显薄壁化，箱梁截面常常会发生翘曲和横向变形，使常规的基于周边刚性假设的薄壁杆件理论(弯曲 理论、扭转理论)已不能准确描述扁平钢箱梁的受力特性。扁平钢箱梁在偏心荷载作用下，产生纵向弯曲、扭转、畸变及横向挠曲四种基本变形状态。箱梁扭转包括自由扭转和约束扭转：自由扭转假定箱梁无纵向约束，截面沿桥纵轴方向可自由凹凸，但保持截面周边投影不变化，截面产生自由扭转剪应力；约束扭转假定箱梁有强大横隔板，扭转时截面沿桥纵轴方向自由凹凸受到约束，而使纵向纤维受到拉伸或压缩，截面产生约束扭转正应力和剪应力。
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箱梁畸变是由于横隔板、横梁等横向联结板件幅面较大而刚度较小，薄壁宽箱截面发生周边变形后，截面产生畸变正应力和剪应力；如果箱壁不太薄并沿梁的纵向布置足够数量的横隔板而限制箱梁的弯扭变形，则畸变应力不大。箱梁横向挠曲是由于恒载、活载作用下横隔板的弯曲、剪切变形而产生。在大跨钢箱桥梁中，恒载占总荷载的比例较大，一般来说钢箱梁对称挠曲的纵向弯曲应力(包括弯曲正应力和弯曲剪应力)是主要的，偏心荷载引起的扭转和畸变应力是次要的。扁平钢箱梁的横向弯曲应力状态，对验算桥面板(箱梁项板)与横隔板，以及腹板与顶板焊缝疲劳强度还是需要注意，特别是在横隔板间距较大、高度较小的情况下。
钢箱梁大量采用薄壁、高强材料，取得了良好的经济性，但却加剧了结构因失稳而丧失承载能力的可能。引起板件失稳的因素众多，如连接处的小半径构造、焊缝的不平整性和板件的初始变形等。部分板件的稳定问题可以通过构造加强、施工工艺控制予以解决，而受更多不 确定失稳因素影响的局部构件只能通过承载力试验来确定，如扁平钢箱梁的拉索锚固区的承载力、横隔板的承载力问题等。 1.4 钢箱梁设计方法研究现状
钢箱梁的设计方法主要是依据规范，规范的基础一般都是一些相对较成熟的、并经过一定量验证的理论和科研结果。钢箱梁的设计有两种原则不同的设计计算方法：
（1）容许应力法
容许应力设计法以弹性设计理论为基础，设计准则是：
，其中是结构标准荷载计算应力；为设计规范的容许
应力；为不同荷载组合的容许应力提高系数。
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（2）半概率极限状态设计法
根据不同荷载和材料与构件的统计特性，采用分项安全系数表示。
在实际过程中往往需要这两种方法同时使用。容许应力法作为较早用于计算结构承载力的方法，至今仍是很多算法和规范的基础，随着屈曲后强度、初始变形和残余应力等理论的发展，承载力的计算公式也在原基础上逐步向极限强度方向进行修正，而实验和有限元计算结果则用来对公式准确性进行验证。
现在对钢箱梁设计常用的规范有英国的BS5400，美国AASHTO和日本的道路桥示方书。美国AASHTO规范基于铁木辛柯的理论，以弹性设计理论为基础，对轴向受压构件中板件宽厚比的限值以局部屈曲应力大于屈服应力的准则作出了规定。在箱形截面翼缘纵向加劲肋的设计也是如此。规范同时规定了加劲肋的刚度问题，即保证加劲肋有足够刚性可以在母板局部屈曲时，形成直挺的波节。英国BS5400基于Perry压杆公式，以弹塑性设计理论为基础，采用破坏极限状态和正常使用极限状态相结合的设计法。规范对非加劲受压翼缘外伸宽度和加劲肋的宽度做出规定；对受压板件的设计，是按有无纵向加劲肋分别规定计算方法、计算公式和参数的。日本道路桥示方书以弹性设计理论为基础，采用容许应力设计法。对于受压加劲板的设计，基于Giencke．E的理论，采用刚性加劲的方法，即同时规定加劲肋的最小刚度比和面积比，使得受压加劲板件整体和局部屈曲系数相等。
以上三种规范在受压加劲板件的设计方面均有一套相对完善的理论及实践体系，而我国现行的《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)中几乎没有受压加劲板件的相关规定，
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仅规定了板梁受压翼缘的外伸宽度、四边简支板的宽厚比的限值及受弯腹板纵向加劲肋的要求。这些条文能够满足钢板梁桥的设计要求，但是对于钢箱梁、钢桥塔和钢拱肋这些受压板件较宽的构件，是否该设计加劲肋、加劲肋的尺寸应该选择多大、加劲肋的间距应该取多少，现有的规范条文远远不能够满足设计的要求。这使得我们在这些构件的设计时，不得不参考和使用英国、日本、美国等国外的规程和技术标准。
但是这些国外的规程和技术标准是基于本国公路桥荷载情况，钢材牌号、加工质量，制作工艺、安装技术水平等制定出的一些数值公式以及规范条文，而这些又不完全适合我国的国情。况且我国目前的钢桥设计缺乏统一的设计理论、计算方法、安全与可靠度指标和评价方法，可能会使钢桥设计施工中留下难以避免的遗憾甚至安全隐患。因此有必要对国内钢桥规范所欠缺的部分进行研究，以改善目前钢桥基础理论研究和技术规范落后于钢桥建设、不能满足目前钢桥的设计需要的现状。 1.5 指导书编制的目的、用途和意义
随着城市现代化的进一步加快和大跨径桥梁的迅速发展，薄壁钢箱梁在城市立交以及轨道交通建设过程中被广泛采用。尤其在城市立交、跨线桥梁的建设过程中，考虑到桥梁下部道路通车需要以及桥墩布置合理性，此时抗弯刚度和抗扭刚度大，安装养护方便、轻巧美观的薄壁钢箱梁往往成为首选。
钢箱梁对于城市互通及高架桥梁应用越来越广泛，随着城市快速路项目的承接，制定钢箱梁设计作业指导书和进行钢箱梁研究对于大规模城市互通改造和高架桥梁设计具有普遍的指导意义。该指导书将完善、优化钢结构设计及提高设计的工作效率，填补我院关于钢箱梁设计、研究区域的空白。并且也可
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以用在其它相同项目中，这样节省人力物力，在成本和质量中得到双赢的结果。因此钢箱梁设计指导书的编制对公司设计质量的提升有着重要的意义，能够为设计人员更快捷、高效的掌握钢箱梁的设计提供指导性思路和方法。
本次钢箱梁设计指导书的编制是基于城市高架桥梁设计的总结、调研、图纸的收集等多方面研究，给出城市高架建设中等截面钢箱梁设计的方法和思路。 2 项目依托工程情况及其它必要支撑条件 2.1依托项目概述
本次设计指导书的编制主要依托“江东路（下关大桥-应天大街段）部分节点改造工程”。
依托“江东路（下关大桥-应天大街段）部分节点改造工程”项目，通过施工图设计、科研、开会，完善、优化城市互通等截面钢箱梁的计算和图集。
江东路部分节点改造工程项目情况介绍：
江东路位于河西新城中轴，呈南北走向，北起纬一路，南至江山大街，全长15.9km，现状道路等级为城市主干路，红线宽度为80m。
江东路作为河西新城的发展轴线对河西地区交通出行的影响最为重要，现状江东路交通量增长较快，交通流量大，服务水平接近拥堵，尤其是草场门大街至汉中门大街段，高峰时段道路接近饱和，服务水平低。
未来四年，河西新城主要建设目标将重点推进“两纵两横
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一村一路一城”。 “一路”即对贯穿新城南北的江东路实施提升改造。同时为更好服务2013年亚青会、2014年青奥会两大重要国际性赛事，市政府提出了实施包括江东路在内的城西片区快速路网工程进行提升改造。
本项目北起下关大桥，南至纬七路节点及向南至兴隆大街高架，项目主线全长6.87km，其中一期工程全长约5.5km。采用技术标准：项目路按照城市主干路I级标准设计（节点处提高为城市快速路标准）；采用主辅分离的断面布置形式；主线设计速度60km/h；辅道设计速度40km/h；采用公路－I级荷载标准。
主线自北向南分别以桥梁形式跨越三汊河和定淮门大街，以隧道形式穿越草场门大街、清凉门大街、汉中门大街和水西门大街等相交道路，以地面快速化方式与集庆门大街相交，以桥梁形式与应天大街高架实现北向东、东向北方向的互通。
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江东路 城西干道 扬子江大道 图2-1 江东路（下关大桥-应天大街段）部分节点改造工程 定淮门高架桥主线桥跨布置：3×30+（33.4+33.561+33.4）+（3×30）+（4×30）+（4×30）+（3×33.5）+（40+60+40）（钢箱梁）+（3×40）（钢箱梁），桥梁全长882m，全桥共分8联，最后两联是钢箱梁，其它联为预应力砼箱梁，桥宽18.5m。
集庆门高架桥主线桥跨布置：3×30+（42+70+42）（钢箱梁）+（3×30），桥梁全长336m，全桥共分3联，第二联是钢箱梁，其它联为预应力砼箱梁，桥宽21.5m。
纬七路一期高架G匝道桥跨布置：3×30+2×34.634+（48+53.5+54）（钢箱梁） +2×21.715+3×30+（27+30+35）+（30+30+35）m，桥梁全长570.05m，全桥共分七联，第三联是钢箱梁，其它联为预应力砼箱梁，桥宽9m。
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由于，本项目钢箱梁跨径及桥宽类型多，这为本课题提供了很好的研究基础。 2.2 技术标准
（1）汽车荷载标准：公路-I级。
（2）地震作用：地震动峰值加速度0.1g，地震设防烈度为7度。
（3）环境类别：I类。
（4）设计基准温度： 20℃，设计图中所标注的全部尺寸，均是指在基准温度条件下的尺寸。 （5）设计使用年限：100年。 （6）结构重要性系数 1.1。 （7）设计安全等级：一级 2.3 主要设计规范及标准
（1）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)
（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)
（3）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86) （4）《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011) （5）《桥梁用结构钢》（GB／T714－2008） （6）《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591－94）
（7）《气体保护电弧焊用碳素低合金钢焊丝》（GB8100－95） （8）《碳素钢埋弧焊用焊剂》（GB5293－85）
（9）《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结构分级》
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（GB11345－89）
（10）《对接焊缝超声波探伤》（TB1558－84）
（11）部颁《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008) （12）《道路桥示方书.同解说（Ⅱ钢桥篇）》（日本道路协会） （13）《美国公路桥梁设计规范》（AASHTO） （14）《铁路钢桥制造规范》（TB10212-98） （15）《钢结构设计规范》（GB 50017-2003） （16）《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011） （17）《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166-2011）
（18）《工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50513-2008） 2.4 主要材料
（1）钢材
箱梁主体结构板材采用Q345qD钢，技术标准必须符合（GBT714-2000）的有关规定。
（2）主要焊接材料
焊接材料采用与母材相匹配的焊丝、焊剂和手工焊条，CO2气体纯度不小于99.5%， 焊接材料应符合现行国家标准。
（3）混凝土：
桥面铺装：防腐层、粘结层+ 4cm环氧沥青混凝土+ 4cm改性沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA-13)；
（4）普通钢筋
HPB300、HRB335普通钢筋，技术标准必须符合GB 1499.1-2007和GB 1499.2-2007的有关规定。
（5）支座
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全桥竖向支座采用球形钢支座。 2.5 计算荷载
（1）恒载：钢结构重：78.5KN/m3
桥面结构（包括桥面铺装及栏杆等） （2）活载：汽车荷载-公路Ⅰ级
（3）桥墩不均匀沉降按L/3500控制，L为计算跨径。 （4）计算体系由于均匀升温35℃、降温30℃引起的效应。 （5）支座摩阻力:按照该支座恒载竖向反力的5%计算。 （6）离心力：弯桥离心力按照《公路桥涵设计通用规范》4.3.3条计算
（7）汽车制动力：按照《公路桥涵设计通用规范》4.3.6条计算。
（8）风力：按照《公路桥涵设计通用规范》4.3.7条计算 3 钢箱梁桥上部设计 3.1 钢箱梁桥适用范围
近年来，城市高架道路系统得到了飞速发展,由高架道路组成的城市快速路或主干道在城市交通中发挥着举足轻重的作用。在城市立交桥中,桥梁结构布置的难点一般在匝道曲线段上的桥梁结构和跨路段的桥梁结构。墩位布置时,不仅要跨越其下的高架桥梁,而且要考虑到地面道路的交通,留出位置布置地面车道；另外，还要考虑施工工期及现场其他限制因素。跨径较小的普通钢筋混凝土梁难于满足这种需要,因此选用有较大跨越能力的预应力混凝土连续梁和连续钢箱梁。在施工工期、施工交通组织允许的情况下,一般选用较为经济的预应力混凝土连续梁。但在施工工期、施工交通组织要求较严的情况下,采用满堂支架浇筑的预应力混凝土连续曲梁一般难于满足,而选用连续直
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线或曲线钢箱梁,采用大节段整体吊装的施工方法满足交通要求和其他限制性要求。同时随着我国钢铁工业的迅速发展,钢材的供应有着充分的保证,钢箱梁的造价并不比预应力混凝土连续梁高多少,钢结构正逐渐被建设单位接受和采用。
在公路桥梁建设中，由于地形条件限制，预应力钢筋混凝土箱梁施工困难时，可以选择钢箱梁。尤其作为景观桥时，可以考虑采用钢箱梁结构形式。表3-1给出了混凝土箱梁和钢箱梁从经济、技术、施工方面的比较。
表 3-1 比较表 结构形式 经济 造价低，一般混凝土箱梁 4500~6000元/m 造价高，一般钢箱梁 12000~13000元/m2
除了要知道在何种情况之下选择钢箱梁，还必须了解钢箱梁桥的优缺点，这对钢箱梁桥的设计至关重要，钢箱梁桥的优缺点如下： （1）优点
（a）钢箱梁采用的是高强匀质材料—钢材，钢材是一种抗拉、抗压、抗剪强度高的匀质材料，承受拉、压、弯、剪均可，并且与混凝土等材料相比自重小，所以钢桥具有很大的跨越能力。
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技术 技术成熟，应用广泛 需要较高的技术和工厂专业化生产 施工 施工周期长，一般采用满堂支架施工 施工周期短，可以无支架、少支架施工 2钢箱梁设计指导书
桥梁跨度非常大、荷载非常重，采用别的材料来造桥将遇到困难时，一般采用钢桥。钢材可加工性能好，可用于复杂桥型和景观桥。
（b）钢箱梁桥的构件最适合用工业化方法来制造，便于运输，便于无支架施工，工地的安装速度也快。因此钢箱梁桥的施工期限较短，
（c）韧性、延性好，可提高抗震性能。
（d）钢箱梁桥在受到破坏后，易于修复和更换。 （e）旧桥可回收，资源可再利用，有利于环保。 （2）缺点
（a）钢箱梁自重轻、刚度小，容易发生纵向、横向倾覆，且变形和振动较混凝土桥大；
（b）钢材的主要缺点是易于腐蚀，需要经常检查和按期油漆；
（c）与预应力混凝土箱梁相比，造价高；
（d）钢箱梁节段需要大平板车装运，在城市中运输较困难。 目前，国内在城市高架桥梁建设中，一般采用现浇混凝土连续梁，但是，当混凝土箱梁设计困难、施工工期受限、桥型复杂、需作为景观桥梁的情况下，具有施工工期短、安装养护方便、轻巧美观的钢箱梁往往成为首选。
下面以江东路快速化改造项目为例，分析选择钢箱梁结构形式的条件：
（1）定淮门大街高架段钢箱梁的选择
路线与定淮门大街交叉，主线快速路采用高架桥上跨路口，地面辅道与定淮门大街平面交叉。定淮门大街下为在建纬三路过江通道隧道， 并且纬三路过江隧道通过匝道与江东路连接。
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其中纬三路过江隧道和江东路一样都是到2014年建成通车，这样在隧道东向南匝道和定淮门大街高架桥主线桥最后一联存在施工交织段，下部基础需要共建。该段若采用预应力砼梁存在着支架现浇施工和匝道施工难以协调时间上难以保证的问题，考虑到时间紧和施工时序问题该联采用了3×40m钢箱梁，下部基础和匝道共建，待匝道建成后采用吊装钢箱梁快速建成上部。另外，为了为了避免施工期间对定淮门大街交通的影响，主线上跨定淮门大街处采用（ 40+60+40 ）m钢箱梁跨越定淮门大街,采用吊装方案施工。
钢箱梁 过江隧道
图3-1 定淮门大街段高架桥
（2）纬七路互通式立交高架桥中匝道桥钢箱梁的选择
受现有地铁2号线集庆门站影响，集庆门节点快速路无法设置高架和隧道，只能以平面形式穿越。因此被交道直行交通采用（42+70+42）m钢箱梁跨越江东路。在纬七路大街互通式高架桥范围内存在着排水涵、排污管道及地铁2号线，并且该处地铁2号线由路两侧逐渐合并到江东路东侧，桥梁布跨的时候不但要考虑到避免管线、地铁还要考虑小半径匝道的影响，因此多处采用了钢箱梁的方案。
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地铁2号线
地下管道 一联钢箱梁
图3-2 纬七路互通式立交高架桥
3.2 钢箱梁桥梁总体布置
3.2.1 钢箱梁桥设计的一般要求和原则
钢箱梁桥一般用钢板、型钢等加工制作而成，加工工序多，工艺复杂，要求较高的技术和工厂专业化生产。为了便于控制和保证钢桥的质量，钢桥一般采用工厂焊接构件，工地现场拼装（高强螺栓连接或工地焊接）。钢结构设计要与架设方案统筹考虑，应以经济合理、便于加工、方便运输安装和检查养护为准。
钢箱梁桥是高强、轻型薄壁结构，截面和自重比混凝土桥小，跨越能力大。同时，钢桥的刚度相对较小，变形和振动比混凝土桥大。为了保证车辆行驶安全和舒适性、避免过大的变形和振动对钢桥产生不利的影响，钢桥必须有足够的整体刚度。规范规定，由汽车荷载所引起的竖向挠度L/600（连续梁桥），其中L为计算跨径。
在恒载作用下，桥梁结构会产生变形，为了保证钢箱梁桥成桥后的桥面线性尽可能与路线设计线性一致，当恒载挠度较大时，桥跨结构设预拱度。公路钢桥规范规定，当结构中和静活载产生的竖向挠度超过跨径的1/1600时，应设预拱度，其值
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等于结构重力和静活载的竖向挠度之和，起拱应做成平顺曲线。如桥面在竖曲线上，预拱度应与竖曲线纵坡一致。对于钢桥采用工地现场焊接时，还必须考虑由于焊接产生的结构变形。特别是当钢桥面板采用焊接，钢底板和腹板采用螺栓连接的混合连接形式桥梁，在支架上无应力状态连接时，焊接产生的变形较大，甚至接近或超过恒载挠度。
为了防止钢箱梁桥的横向失稳和过大的横向振动，桥梁结构应具有必要的横向刚度。通常，跨度超过桥宽的20倍时，应该验算桥梁结构的横向稳定。桥梁结构在施工架设期间也应保证横向和纵向的倾覆稳定性。公路钢桥规范规定，稳定系数不应小于1.3。
3.2.1 钢箱梁的结构形式
钢箱梁桥的结构形式与混凝土箱梁相类似，有单箱单室、单箱双室、单箱三室等多种结构形式。如图3-3、3-4、3-5所示。
图3-3 单箱单室
图3-4 单箱双室
图3-5 单箱三室
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钢箱梁桥可以采用钢筋混凝土桥面板和钢桥面板的结构形式，通常跨径小于60m时采用钢筋混凝土桥面板较为经济。随着跨径的增加，恒载弯矩增加较快，通常跨径大于80m时采用钢桥面板较为经济。跨径60~80m时需要进行较为详细的技术与经济比较。
钢桥面板具有自重轻、极限承载力大、适用范围广等优点，是钢箱梁桥中采用最多的结构形式。另外，钢桥面板结构高度小，当必须降低桥面标高和建筑高度时，钢桥面板也是一种很有效的结构形式。
钢桥面板
图3-6 钢桥面板
如图3-6所示，钢桥面板由顶板和焊接于顶板上的纵向和横向加劲肋组成，作为主梁的一部分参与主梁的共同受力。钢桥面的连接分为工厂连接和工地连接。工厂连接时将顶板、纵肋及横肋在工厂连接成具有一定刚度的桥面板。顶板与纵肋及横肋的连接，承受桥面板的弯曲剪应力、车轮直接压实力和扭转剪应力，容易出现疲劳，焊缝往往由疲劳设计。
根据受力体系钢箱梁桥也可分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥，钢箱梁桥特别适用于连续梁桥。 3.2.3 钢箱梁总体设计
（1）钢箱梁的材料
钢结构需用强度高且塑性性能好的材料制作，应当注意的是原
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来塑性表现好的钢材也会因工作条件的改变而出现脆性破坏现象。
为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。
承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、 Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。具体的选用条件可根据《钢结构设计规范》GB 50017-2003中3.3.2-3.3.4条文。 钢桥的主要受力构件一般采用Q345钢，只有构件受力过大，钢板厚度过后（超出40~50mm范围）时才考虑采用强度更高的钢材。当构件受力较小，构件由最小尺寸或稳定控制设计、或者对整体受力影响不大的次要构件与板件，可以选用Q235钢。对于焊接构件，钢材应该具有良好的可焊性。
（2）桥面铺装
钢桥桥面铺装主要有水泥混凝土和沥青混凝土两种形式。其中，常用的沥青混凝土铺装有：普通热拌混合沥青、透水性沥青混凝土、高温拌和浇注式沥青混凝土、改性沥青SMA、沥青玛蹄脂混合料和环氧沥青。
水泥混凝土铺装刚性大、造价低、耐磨性好，但是它容易开裂，摩擦系数小，修补麻烦，仅适合于重载交通的小跨径桥梁。 沥青混凝土铺装造价高、易老化和变形，但是摩擦系数大、重量轻、柔性好、振动小，而且维修养护方便，较适合于较大跨径桥梁的桥面铺装。钢桥面板通常采用高温拌和浇注式沥青混凝土、改性沥青、玛蹄脂沥青或环氧沥青混凝土铺装，当钢桥
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面为焊接时铺装层厚度通常为5cm~6cm，钢桥面为螺栓接连时铺装层厚度要加厚到位7cm~8cm。而且，为了保证钢桥面板和桥面铺装形成一个整体，钢桥面板通常要进行表面处理或采取其他措施。
人行道可以采用沥青表面处理或铺装层厚度为2cm~3cm的沥青混凝土。对于钢桥面人行道板，可以采用厚度为2~5mm的彩色环氧沥青混凝土铺装。 （3）跨径选取
钢箱梁连续梁桥一般用于跨径较大（一般大于40m）的城市高架设计中，具有连续梁桥的特点。等截面连续梁桥，可分为等跨等截面连续梁；不等跨等截面连续梁，此时边跨与中跨跨径之比一般取0.6~0.8。本次标准图集包括了等跨径的直线桥3x40m和曲线桥3x50m；不等跨径的直线桥40+60+40m和42+70+42m两种跨径组合，边中跨比分别为0.67和0.6。 （4）梁高选取
钢箱梁的主梁要求有足够的强度和刚度，通常主梁以截面应力控制设计时的用钢量比刚度控制设计的用钢量要省，为了有效的发挥钢材的作用和节省钢材，主梁设计应该尽可能地使得截面以应力控制设计。梁高对主梁抗弯强度和刚度影响较大，根据工程实际，梁高大约为跨径的1/20~1/30。
合理选用梁高是进行钢箱梁合理设计的重要因素。一般来讲，适当的增加梁高，钢材增加不多，但表征应力的截面抗弯模量有大幅度的提高和活载挠跨比大幅度下降。因此在中等跨径的城市高架钢连续箱梁设计中，如果梁高的设计条件允许，应适当增大梁高，取得节省钢材的经济效果。 等截面钢箱梁不同跨径对应的梁高
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表3-2
跨径(m) 梁高(m)
40 1.8
50 2.2
60 2.5
70 2.9
3.3 钢箱梁细部设计要点
（1）钢箱梁上部采用全焊单箱多室结构，采用斜腹板箱梁，斜度可与相邻混凝土箱梁协调。变高箱梁底板采用圆曲线过渡。底板横向做平，桥面横坡由箱梁顶板绕设计高程点旋转而成，由腹板高度来控制横坡。
桥梁横坡常采用下面两种形式：
a) 钢箱梁横坡采用底板水平，横坡由箱梁顶板截面绕设计高程点旋转而成。如图3-7所示。
图3-7 横坡形式（a）
此种方式挑臂长度会随着横坡的变化而变化，但腹板不会形成扭面。
b）钢箱梁横坡采用顶底板平行，横坡由箱梁顶板截面绕设计高程点旋转而成。如图3-8所示。
图3-8 横坡形式（b）
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此种方式腹板会随着横坡的变化而形成扭面，但挑臂长度不会变化。
（2）为防止板材局部失稳，应按照公路钢结构规范的要求对钢梁顶板、底板、腹板、横隔板设置纵向加劲肋及竖向加劲肋，设置的各加劲肋强度、宽厚比及刚度，间距应满足规范及受力要求。
（3）箱形梁的构成部分主要是顶板、底板、腹板、横隔板和加劲构件。
a) 顶板及顶板纵向加劲肋
钢箱梁的顶板兼做桥面承重结构，按正交异性板设计,顶板厚度不小于16mm，日本《道路桥示方书》根据顶板相对挠度不大于纵向加劲腹板间距的1/300，规定顶板的最小板厚按
tmin0.037b计算，其中
b为纵向加劲肋腹板间距。开口加劲肋的
板厚不小于8mm，闭口加劲肋的最小板厚通常在6~10mm。开口加劲肋构造简单，便于工地连接，但它的抗扭惯性矩较小，受力不如抗扭惯性矩较大的闭口截面纵肋。闭口加劲肋中的倒梯形肋（U肋）工厂加工性能和受力性能较好，工地连接方便，是实际中采用最多的结构形式，我国公路钢桥U肋的口宽为300mm，高280~300mm，底宽160~190mm，如图3-9所示。
图3-9 U肋结构形式
b）纵向加劲肋
纵肋作为钢桥面板的一个组成部分与顶板和横肋共同承受
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桥面荷载，同时，纵肋还起到防止顶板屈曲的作用。纵肋间距不宜过大，间距过大时顶板有可能产生局部失稳，和导致变形过大影响桥面铺装。但是纵肋的间距也不宜过小，间距太小不便于桥面板的制作和安装。为方便钢梁的制造，位于直线或大半径平曲线上钢梁箱体部分顶板采用\"U\"形肋，悬臂部位顶板用板式肋和\"U\"形肋加劲，基本间距采用600mm；位于小半径平曲线上钢梁箱体部分顶板采用\"T\"形肋，悬臂部位顶板用板式肋和\"T\"形肋加劲,基本间距采用300mm。
图3-10 纵向U肋和悬臂加劲肋布置
c) 底板及底板纵向加劲肋
底板厚度不小于14mm，底板的纵向加劲肋采用\"T\"形肋加劲，基本间距采用400mm，加劲肋的板厚不小于8mm。
d) 腹板及腹板加劲肋
腹板厚度不小于14mm,腹板的水平、竖向加劲肋均采用\"T\"形肋加劲，加劲肋的板厚不小于8mm。
e) 横隔板及横隔板加劲肋
在钢箱梁中，由于活载的偏心加载作用以及车轮直接作用在箱梁的顶板上，使得箱梁发生畸变和横向弯曲变形，为了减少钢箱梁的这种变形，增加整体刚度，防止过大的局部应力，需要在箱梁支点和跨间设置横隔板。对于支点处的隔板还将承受支座处的局部荷载，起到分散支座反力的作用。
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中间隔板按挖空率可分为实腹式、框架式和桁架式，其中实腹式适用于尺寸较小的钢箱梁，制作简单，应用最广。
对于横隔板的间距LD，各国做法不一样，一般依据经验，以下是日本的经验公式：
（ L50） LD6 L0.14L1且20 （L50） D
（3-1）
其中L为桥梁等效跨径。
本次钢箱梁的设计，箱间横隔板采用实腹式隔板，中间开设人孔，板厚不小于12mm，隔板基本间距2~3m，隔板采用板式水平肋和竖向肋加劲。
f）横隔板连接
钢箱梁支点处必须设置横隔板，支点横隔板支座处应成对设置竖向加劲肋，横隔板与底板需磨光顶紧，焊缝应该完全熔透。
g)纵向加劲肋连接
纵向加劲肋应连续通过，不宜中断；纵向加劲肋与顶板焊缝焊接之后，宜将横向加劲肋或横隔板交叉处的过焊孔用熔透焊封闭；纵向加劲肋受拉翼缘或肢尖不应与横向加劲肋或横隔板焊接。
h）竖向加劲肋连接
竖向加劲肋应避免与箱梁翼缘焊接，可与受压翼缘紧贴，与受拉翼缘应离开一定距离。
(4) 由于钢箱梁为全焊结构，结构焊缝较多，所发生的焊接变形和残余应力较大，在保证焊接质量的前提下，应采用焊接变形和焊缝收缩小的焊接工艺。各类焊缝性能不低于母材的标
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准值。
(5) 焊缝尺寸在满足连接受力的情况下，需满足规范的相关要求。所有坡口焊接的坡口形式及尺寸均应依照GB985－88（或GB986－88）的要求处理。
(6) 钢箱梁的防腐设计
钢构件喷砂或抛丸除锈后表面清洁度要求达Sa2.5级，表面粗糙度40～80μm。钢箱梁防腐设计采用长效防腐方案。由于钢箱梁各部位所处环境不同，故防护涂装对各部位应采用不同的方案。
(7) 为减少汽车冲击对伸缩缝的影响，钢梁端预留槽口，采用模数式伸缩缝。
(8) 为提高钢箱梁（特别是小半径弯梁）的抗倾覆能力，钢梁横向支点应适当加大，必要时需在支点附近的箱体内灌注压重混凝土。
(9) 为适应支座处不同转角和位移需要，应采用球形支座，并且倒置。梁底支座垫板由工厂进行加工，要求顶面与梁底密贴，底面水平。
(10) 附属结构
箱梁防撞护栏采用钢混组合护栏。箱梁挑臂横坡低高程侧设置泄水管，纵桥向泄水管内水汇集到PVC管内由雨水管沿墩柱表面引入地面集水井。 4 钢箱梁下部设计
钢箱梁的下部设计与预应力现浇混凝土箱梁一样，此处不再赘述，给出一些基本参考原则。
由于地形、地质和水文等条件因桥址而异，下部结构难于标准化，其尺寸往往需要设计者根据实地情况与工程经验拟定。
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以下针对依托项目来具体介绍。 4.1 布设原则
(1)主线桥墩位置尽可能要保证地面道路设计线形设计需要，匝道桥桥墩不论高度如何，其形状一般保持稳定。
(2)全线桥墩形式不宜太多，主线一种，匝道一种，特殊时可增设一种大跨径桥梁桥墩及特殊位置匝道桥桥墩形式。 4.2 桥墩设计
1) 主线桥墩设计
(1)下部结构墩身结构形式应考虑其高度、跨径、上部结构形式等综合进行设计；
(2)墩身总体造型形式不宜太多，曲线部分尽可能一致。 (3)采用双柱式花瓶型墩与直双柱墩比选，墩顶设置横系梁，系梁离墩柱顶距离不宜太大，推荐采用双柱式花瓶型墩，其尺寸根据跨径、宽度、桥梁净高以及受力计算等情况确定，双柱式横桥向距离（在地面处)要保证地面道路设计，本次图集所采用的墩柱形式如下：
对于标准18.5m宽的桥梁墩柱(双柱式)1.6m(纵桥向)x1.5m(横桥向)。
对于标准21.5m宽的桥梁墩柱(双柱式)1.6m(纵桥向)x1.5m(横桥向)。
对于较矮桥墩，系梁低贴近承台，考虑将系梁下缘延伸到承台做成整板式以改善系梁受力。
墩顶系梁下缘与墩柱采用弧线或折线连接。
注：上述尺寸是按照墩身高度6-7m考虑的，如果墩身较高，则再根据具体计算和尺寸比例协调关系确定。
(4)墩身四周进行倒角处理。
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2)匝道桥推荐采用花瓶墩。
9m匝道花瓶墩身纵桥向宽度1.6m，横桥向宽度3.8m，特殊情况根据支座横向间距确定。 4.3 桥台设计
衔接挡墙处桥台采用U型组合式台，柱式钻孔桩基础，并注意处理好桥台与接线工程的挡土墙的衔接与协调。
背墙高度＝支承总厚度+梁高 4.4 承台设计
承台埋深：
主线桥承台顶面埋深原则上结合地下管线、路面结构厚度、老路补强厚度等因素确定埋的深度。一般情况下，老路补强段落，承台顶面埋深50cm，新路基段落，承台顶面埋深70cm，桥下没有地面道路段落，承台顶面埋深50cm。
承台厚度：
一般情况：3m(用于大跨径桥梁)、2.5m(用于主线桥梁)、2m(用于分幅桥、匝道桥梁)。 4.5 桩基础设计
钻孔桩按照摩擦桩或嵌岩桩设计，桩长按照新规范计算公式计算。
鉴于南京地质存在粉砂、细砂及淤泥质土，应控制控制桩长与桩径之比，常规桥型，1.2m或1.5m直径的桩基长度最好控制在60m或70m以内，原则上最大长度不宜超过75m，更不应该超过80m；对于变截面连续箱梁则不受上述限制；并注意桩基直径不宜频繁变化。
结论：原则上主线高架桥梁桩基直径以1.5m为主(如果地质条件较好，1.2m直径桩基长度不大于60m，原则上可选用1.2m
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桩径)，匝道桥桩基直径以1.2m为主，特殊跨径桥梁，其桩基直径根据具体情况设计。 5 钢箱梁计算
依据公路相关规范，连续箱梁桥的结构分析，内半径大于240m弯桥可按直桥，并可采用平面杆系程序进行计算；平曲线半径小于240m的箱梁应按弯梁考虑，并计算弯梁效应，应按空间程序计算。
钢箱梁的强度和稳定计算应该考虑局部稳定的影响，钢箱梁剪应力计算应该考虑扭转的影响。
参照日本规范钢箱梁的强度和稳定计算应该考虑剪力滞影响的翼缘有效宽度。
参照美国规范受弯钢箱梁腹板与底板斜度不应超过1:4，以防止斜角较大，产生较大的扭转效应。
常用的钢箱梁规范有日本的《道路桥示方书.同解说（Ⅱ钢桥篇）》、美国的《美国公路桥梁设计规范》（AASHTO）和中国的《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86)。由于我国的规范 部分内容已经过时或不够全面、合理，钢桥设计施工时较难使用其中相应的条文，导致公路钢桥在设计、施工与养护时不得不参考和使用国外的规范和技术标准，其中，日本是钢桥设计大国，设计理论和技术已经相当成熟，因此，在设计时，多数采用日本规范。 5.1 钢主梁（第一体系）计算
钢主梁主要是受弯构件，设计中需考虑强度、稳定、刚度变形等问题。
（1）强度计算：按照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》中1.2.17的强度计算公式进行法向应力、剪应力、换算应力计算。
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法向应力：
M[m]200MPa W剪应力： maxQSmCv[]
Im换算应力：2321.1[w]1.1210231MPa
式中: M、Q-验算截面的计算弯矩和剪力；
W-验算截面处对主轴的计算截面抵抗矩，验算受拉翼缘为净截面抵抗矩，验算受压翼缘为毛截面抵抗矩，为简化计，均可按毛截面的重心轴计算；
Sm-中性轴以上的毛截面对重心轴的面积矩； min、-分别为验算截面的最大剪应力和实际剪应力； CV-剪应力分布不均匀时允许应力增大系数，
max1.25时，Cv=1.00当max1.50时，Cv=1.250当1.25 -验算截面处按净截面计算的法向应力；验算结构在各种荷载作用下的强度和稳定性时，基本钢材和各种连接件的容许应力在附加组合下，按规范可以提高，提高系数k=1.25~1.40。 （2）疲劳计算：按照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》的疲劳容许应力验算疲劳。 [n]K[w] 30 钢箱梁设计指导书 式中，=245MPa、190MPa、165MPa、145MPa、110MPa、70MPa（容许应力类别A、B、C、D、E、F对应的疲劳基本应力强度）；Kp=1-0.6p（最大应力max为拉应力时），Kp=1-0.6p（最大应力max为压应力时），=负）。 （3）总体稳定计算：按照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》中1.2.17的受弯构件的总体稳定公式计算。 轴心受压： N1[]AmM2[]Wmmaxmin（同号应力为正，反号应力为 在一个主平面内受弯曲: 受压并在一个主平面内受弯曲或与此相当的偏心受压： NM11[]Am2Wm （4）钢梁刚度及变形计算：按照公路钢结构规范连续钢梁容许挠度公式计算容许挠度，并按照规范要求设置钢梁预拱度。 5.2 钢桥面（第二体系）计算 箱梁顶板第二体系（桥面系）是由钢盖板、纵肋和横肋组成的正交异性板，上面铺装层直接承受桥面车轮荷载。钢桥面板作为主梁的一部分，应该同时考虑下述情况。 （1）第一结构体系：桥面板作为主梁的顶板，共同参与结构总体受力。 （2）第二结构体系：桥面板为支承在腹板肋上的有盖板、纵肋、横肋组成的正交异性板，承受作用在桥面的荷载。 第二体系中桥面板纵、横隔板的计算参照第一体系计算。 应同时考虑上述两种体系各种工况下的最不利应力，其叠 31 钢箱梁设计指导书 加应力应满足规范允许应力。 5.3 钢横梁计算 箱间横隔板、支点钢横梁计算，及临时支撑计算参照第一体系计算（考虑剪力传力线计算）。 5.4 腹板计算 钢箱梁应计算腹板弯曲剪应力M,根据薄壁闭口截面理论，计算其弯曲剪应力。 5.5 局部稳定性计算 局部稳定性计算包括腹板横竖向加劲肋计算，底板加劲肋计算，保证局部稳定满足规范要求。 5.6 焊接计算 焊接连接的设计应能抵抗设计截面的设计弯矩、剪力或轴向力，承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝（焊透），应分别计算其法向应力和剪应力。在同时有较大法向应力和剪应力处，还应按下式计算换算应力： 2321.1ftw 。 5.7 倾覆计算 桥跨结构的抗倾覆稳定验算，属于外部形状的问题，而与材料本身的力学性质无关。钢结构在各种荷载的最不利组合下，由荷载标准值所生的稳定力矩应大于各种荷载标准值所产生的倾覆力矩的1.3倍。如图5-1所示，钢箱梁自重P产生的抗倾覆弯矩与F（风荷载）、C（离心力）、PV（汽车荷载）等垂直外力对钢箱梁左支点产生的倾覆弯矩之比要大于1.3。 32 钢箱梁设计指导书 图5-1 抗倾覆计算示意图 5.8 抗震计算 参照部颁《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）及《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166-2011），采用多振型反应谱法进行动力计算。建立用于决定作用效应的结构模型时，应考虑所有相关的结构构件、质量、强度、刚度和阻尼特性。 6 指导性安装方法 6.1 钢箱梁的制造 钢箱梁工厂的制造梁段划分应本着尽量减少工地焊缝数量，并综合考虑运输、吊装能力等因素最终确定。 6.2 钢箱梁的运输 根据项目所在位置的具体情况，建议采用大平板车运输至工地。由于所运钢箱梁节段为超长、超宽运输构件，施工单位应事先与交通管理部门取得联系，以保证运输过程中的安全，同时应采取措施避免梁段在运输过程中产生较大变形。 6.3 钢箱梁的安装 在钢梁桥位附近地面应预留钢梁现场焊拼场地，根据现场吊装能力，将运输至现场的钢梁节段整体焊接一定长度后吊装。 吊装钢箱梁所用吊点形式由施工单位根据吊装设备和起吊方式确定，必须设在横隔板与腹板相交处，临时支架上的支点 33 钢箱梁设计指导书 亦应设在横隔板与腹板相交处，以避免钢箱梁产生局部变形。需对钢梁架设工程中的稳定、强度进行验算。 （1）在跨间设置少量临时支墩的少支架安装。 梁段吊装到支架上并移至设计位置后，与前一梁段临时连接，精确调整后在支架上焊接拼装。 图6-1 少支架安装方案 （2）对于跨间无法设置支架的连续钢桥，可采用如下二种安装方案： 方案一：将钢梁先起吊至相邻桥跨的支架上，在支架上焊拼钢梁节段，再利用导梁拖拉钢梁至目标跨，最后精确调整就位。（跨桥区段） 图6-2 安装方案一 方案二：先安装支架的梁段，再逐段悬臂吊装不利用支架安装的梁段。吊装节段需要在移动支架平台定位焊接。安装钢梁时需预先抬高或合拢前起顶，以确保精确就位。(不好立临时墩区段) 34 钢箱梁设计指导书 图6-3 安装方案二 总之，连续钢箱梁一般采用大节段整体吊装拼接。每段在工厂整体制作完成后, 运至现场, 用大吨位的吊机起吊就位整体安装。在现场焊接节段间的焊缝, 形成连续结构。在钢箱梁制造中, 焊接质量是工程成败的关键。钢结构不像钢筋混凝土结构由多种材料分担受力, 往往在传力方向上只有一道钢板, 如果这道钢板由于焊接质量差而失效, 则整个结构就会失效。多座钢结构桥梁的破坏实例表明焊接质量存在问题是桥梁破坏的主要原因。钢结构一般采用油漆涂层防护体系保证结构的耐久性。钢板除锈质量的好坏直接影响到涂装质量, 钢板除锈应达到Sa2. 5 级。油漆涂层用来隔绝空气, 使钢材得不到水分和氧气发生腐蚀, 达到防腐的目的。涂层要有一定的厚度, 一般在150Lm 到200 Lm 之间。底漆和面漆要相溶, 使整个油漆涂层形成一个完整的保护系统。 7 施工阶段及运营阶段常见问题及处理对策研究（待续） 附录1 初步设计工程量指标表 附录2 焊接符号及其表示方法 附录3 3x40（B=18.5m）计算书 附录4 40+60+40 (B=18.5m) 计算书 附录5 42+70+42 (B=21.5m) 计算书 35 钢箱梁设计指导书 附录6 3x50 (B=9m,弯桥) 计算书 附录7 绘图一般要求 附录8 Midas计算注意事项 附录1 初步设计工程量指标表 初步设计阶段一般要针对每个桥计算工程量，进行工程概算。现结合标准图增加初步设计工程量指标表，以供设计参考，见表1。 表1 初步设计工程量指标 序号 1 结构 材料 单位 (kg/m2数量 钢箱梁 Q345 ) 500 HRB335 2 主线墩柱C40 R235 (kg/m3) 500 (kg/m3) 0 HRB335 3 匝道墩柱C40 R235 (kg/m3) 430 (kg/m3) 15 36 钢箱梁设计指导书 桥墩承台C30(主线HRB335 (kg/m3) 100 6.25x10m) R235 (kg/m30 4 ) 桥墩承台C30(匝道HRB335 (kg/m3) 115 5.4x5.4m) R235 (kg/m3) 0 HRB335 (kg/m35 系梁C30 ) 190 R235 (kg/m3) 0 6 搭板C30 HRB335 (kg/m3) 130 台帽 HRB335 (kg/m37 ) 150 C30 R235 (kg/m3) 0 桩基 HRB335 (kg/m38 ) 50 水下C30 R235 (kg/m3) 7 37 钢箱梁设计指导书 附注：本次钢箱梁标准图设计的用钢表 跨径(m) 桥宽(m) 用钢量 (kg/m2) 随着桥宽的减小，钢箱梁的用钢量增加，随着跨径的加大，用钢量也逐渐增加。 附录2 焊缝符号及表示方法 3x40 18.5 440.5 3x50 9 551.2 40+60+40 18.5 492.2 42+70+42 21.5 484.1 38 钢箱梁设计指导书 39 钢箱梁设计指导书 40 钢箱梁设计指导书 41 钢箱梁设计指导书 42 钢箱梁设计指导书 附录3 3x40(B=18.5m)计算书 1纵向模型简介 桥梁位于直线上。 主桥上部结构静力计算采用midas建立模型，按实际施工工序模拟施工阶段，对各施工及运营阶段进行总体受力分析。全桥共分88个单元，2个施工阶段。具体计算模型及结构计算图式见如下结构离散图（如下图1）。 图1主桥40+40+40连续梁计算模型图 2 材料、板厚及断面 钢材：Q345D 板厚：顶板：16、20mm 底板：16、22mm 腹板：外侧腹板厚度为14mm、内侧腹板厚度为16mm 横隔板：普通横隔板 12mm 板 30mm 端支点横隔板 20mm 主梁截面采用单箱三室（如下图2）。 43 中支点横隔 钢箱梁设计指导书 图2 主梁标准横断面（单位：mm） 3结构荷载 （1）一期恒载 一期恒载包括主梁材料重，钢箱梁容重取78.5kN/m3； （2）二期恒载 二期恒载包括桥面铺装、防撞护栏、声屏障等； 桥面铺装：沥青砼桥面铺装厚8cm,容重γ=24kN/m3； 护栏：防撞护栏按照7.5 KN/m计算 声屏障：按照4KN/m 梁端各5.49m范围内压重153.7t铁砂混凝土 （3）汽车及人群荷载： 荷载等级：公路Ⅰ级，其主要技术指标、排列及其折减系数按照《公路工程技术标准》进行。 冲击系数：总体静力计算的冲击系数按照《公路桥涵设计通用规范》的规定计算取值。 （4）地基及基础不均匀沉降 基础不均匀沉降端支点、中支点均按10mm计算。 4纵向应力计算 在第一体系中，桥面板作为钢梁顶板，钢箱梁根据实际截面导入桥博进行计算，正应力图如下图3、图4。 44 钢箱梁设计指导书 图3 钢箱梁上缘最大最小正应力（单位：MPa） 图4 钢箱梁下缘最大最小正应力（单位：MPa） 在第二体系中，桥面板作为纵肋顶板，取4个横隔板作为支点，对U肋进行正应力计算，计算图如下图5。 图5 梁U肋上缘最大最小正应力（单位：MPa） 对应位置处桥面板的合计应力： 45 钢箱梁设计指导书 Q345 钢材材料特性 质量 等级 厚度 （mm） 屈服强抗拉强伸长弹性模剪切模度 ） 度 ） 率 ） 量 ） 量 ） （MPa（MPa（%（MPa（MPa≤16 ＞16Q345 ～35 ＞35～50 ＞50～100 345 325 510 490 21 20 2.06E+0.79E+315 470 20 5 5 305 470 20 钢材线膨胀系数α=1.2E+7 按照BS5400规范考虑有效分布宽度系数，在中跨跨中上缘系数为ψ=0.897，在中跨跨中下缘系数为ψ=0.950，而在中支点上缘系数为ψ=0.684，在中支点下缘系数为ψ=0.764，在边跨跨中上缘系数为ψ=0.948，在边跨跨中下缘系数为ψ=0.975。 跨中顶板处：23.5+32.1=55.6/0.897=62.0＜[σ]=210MPa 支点顶板处：39.8+17.88=57.7/0.684=84.4＜[σ]=210MPa 边跨顶板处：45.5+32.1=77.6/0.948=81.9＜[σ]=210MPa 46 钢箱梁设计指导书 跨中底板处：44.8/0.950=47.2＜[σ]=210MPa 支点底板处：74.7/0.764=97.8＜[σ]=210MPa 边跨底板处：86.0/0.975=88.2＜[σ]=210MPa 通过计算满足要求。 5 纵向剪应力计算 剪应力如下图6。 图6 钢箱梁剪应力（单位：MPa） 剪应力：55.4＜[τ]=120MPa，满足要求。 6 横向应力计算 取一个横梁进行框架计算，计算如图7、图8所示。 图7钢箱梁框架上缘正应力（单位：MPa） 47 钢箱梁设计指导书 图8钢箱梁框架下缘正应力（单位：MPa） 应力最大值：63.8＜[τ]=210MPa，满足要求。 7支座反力汇总 在压重作用下，标准组合支反力如下图9、图10： 图9标准组合最小支反力（KN） 图10标准组合最大支反力（KN） 48 钢箱梁设计指导书 8 预拱度计算 在标准组合下，对钢箱梁的挠度进行验算。在公路-I级荷载作用下钢箱梁的挠度如图11、图12所示。 图11钢箱梁竖向最大位移（mm） 图12钢箱梁竖向最小位移（mm） 预拱度计算取恒载+1/2汽车活载，计算如下图13，施工时设置如下图数值向上的挠度。 49 钢箱梁设计指导书 图13 钢箱梁预拱度图（单位：mm） 由图12可知，在40m边跨产生的挠度为70mm，超过跨径的1/1600，需设置预拱度；40m中跨产生的挠度为38mm，超过跨径的1/1600，需设置预拱度，有图13可知，40m中跨设置预拱度为15mm，40m中跨设置预拱度为45mm。 9抗倾覆稳定性检算（最外侧两车道） 最外侧两车道合力点至支座的距离：3.3m。 位置 40m跨边支点 40m跨中支点 倾覆弯距 3714.5 7429.0 抗倾覆弯距 8816 14914 安全系数(>1.3) 2.37 2.0 50 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容