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鋼箱梁入門系列漫談(五)橋梁用鋼牌號

  
美橋欣賞

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Salginatobel Bridge  

(Built in 1930 ,the Most Beautiful Bridge of the Century)

主跨 90 m 空腹箱型三鉸拱橋

 
 

 

國標的鋼號是以屈服點命名,如Q235qD,第一個Q為屈服漢語拼音首字母,屈服之意,第二個數字235為板厚16mm時的屈服點大小(是一個應力數值),第三個字q為橋梁用鋼漢語拼音首字母,最后一個大寫字母D為鋼材等級。

 

《橋梁用結構鋼》GB/T714-2015

 

《橋梁用結構鋼》GB/T714-2015常用鋼材質量等級有C、D、E、F,4個等級。鋼材等級主要表現在鋼中有害雜質S、P含量的多少,耐沖擊溫度的高低,對應牌號有不同要求。

 

鐵路鋼結構橋梁采用鋼材,鐵路橋梁活載比重大,滿載速度快,疲勞問題突出,要求具有良好的沖擊韌性

 

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《低合金高強度結構鋼》(GBT1591-2018)

 

 

《低合金高強度結構鋼》(GBT1591-2018)常用鋼材質量等級有:熱軋:B、C、D,3個等級;正火N:B、C、D、E、F,5個等級;熱機械軋制M:B、C、D、E、F,5個等級。

 

公路橋梁推薦采用鋼材,公路橋特點活載小,車道寬縱向滿載可能性小,加載速度慢,沖擊韌性要求低。

 

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有關牌號鋼材沖擊韌性要求,《公路鋼結構橋梁設計規范》(JTG D64-2015)第3.1.3條有詳細規定,在實際項目選取時根據橋梁結構環境溫度及結構計算選取相應鋼材牌號和質量等級。

 

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在同一座橋梁中可以采用同鋼牌號、不同質量等級的鋼材。對于需要驗算疲勞的焊接、非焊接構件,質量等級要求有別。從規范要求,可以看出另外一層意思是對于需要驗算疲勞和不需要驗算疲勞的構件質量等級同樣可以有別,具體選取由設計者自行把握。

 

當然同一座橋梁是否采用多種鋼牌號需要經濟技術比選確定。

 

經濟層面:同一座橋梁,體量很小時,采用多鋼牌號,理論上是降低了成本,但是實際操作起來有可能反而更加浪費。材質多了,排料時不能湊料,有可能反而降低了利用率。

 

技術層面:一座橋用不同鋼牌號,并非僅僅從經濟上考慮,往往是為了控制構件的尺寸

 

比如,對于大跨度鋼桁結構(鋼桁梁、鋼桁柔性拱、 鋼桁梁剛性懸索、鋼桁拱),為了控制控件尺寸,受力很大的桿件用高強鋼控制桿件尺寸 、最大板厚。桁梁、桁拱,桿件尺寸大,不僅構造連接麻煩,次應力大,節點板也需求大。此外薄板綜合性能(強度、穩定、韌性、材質均勻性和焊接應力等優于厚板。

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日本 BY527 工區橋 (圖片源自 2000 年日本橋梁年鑒)

 

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中國蘇通大橋(2008年) 主梁采用 Q345q 和 Q370q 

 

《鋁合金結構設計規范》(GB50429-2007)

 

鋁合金結構母材的防腐性能就很好,濕氣、酸堿抵蝕力均很強。要是進行陽極氧化,防腐性能更佳。鋁合金人行橋跨越能力與結構鋼差不多,鋁合金容重是鋼的1/3,但彈模也只有鋼的1/3。很多人行橋采用鋁合金結構

 

人行橋一般情況下,強度、疲勞不控制設計,主要由舒適度控制設計。由于《城市人行天橋與人行地道技術規范》新版本遲遲未推出,除了大跨度人行橋參考歐美規范外,大部分梁式人行橋仍舊采用95版《城市人行天橋與地道技術規范》(CJJ 69-95)要求的豎向自振頻率不小于3Hz控制。

 

由于某些建成的人行橋橫向頻率不足引起振動問題,設計師已經知道橫向頻率也同樣重要。當人行橋跨度較大,橋面較窄或橫向構件較弱時,設計師需控制好寬跨比、橫向構件的剛度等以滿足橫向舒適性要求。

 

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Pedestrian bridges-Doha Qatar (圖片源于網絡)

 

135編輯器

 

國外對高性能鋼進行了充分的研究,并在大量工程中得以應用。

 

目前歐洲標準已將S460、S690等級別的高強度結構鋼包含其中。耐候鋼在歐洲相應的標準中對常用耐候鋼的種類、每種耐候鋼的元素含量、力學性能以及生產要求做了詳細的闡述。

 

國內在武漢江漢七橋已經采用Q690qNH(NH為耐候兩字的拼音首字母)。在可以預見的未來,隨著高性能橋梁用鋼技術的發展,國內將在更多橋梁結構中采用高性能鋼材。

 

值得注意的是,日本有些地區耐候鋼因為氣候條件達不到,致密的保護層難以形成,耐候鋼有被逐步淘汰的趨勢。中國更是地大物博,并非每個區域都適合用耐候鋼。

 

 

作者:陳耀軍 / 劉甜甜 / 陳正星

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1. 實時協同設計:對項目進行合理的分工劃分后,每位工程師只需完成各自所負責的部分;道路、橋梁、管道、橋面系分開同時建模,且分工導致更加熟練及精確高效的工作,提升建模效率。

2. 參數化建模:CATIA建模過程中通過特征參數發布,可以很方便地捕獲歷史設計和模板化。橋梁設計的本質其實是構造參數的確定,建立參數驅動的參數化模型有多種好處:

3. 模型調整變得快捷——通過參數調整模型,提高設計效率;

4. 模型可重復利用——橋梁設計不再是大量重復,而是可積累可繼承的過程。

5. 自定義模板:屬于參數化建模的高級運用。一般以參數和骨架作為輸入,定義構件跟輸入之間的幾何邏輯關系,實現批量實例化的目的,從而極大的提高建模效率。

6. 支持復雜曲面設計:對于復雜空間曲面,在傳統二維設計中是難以表達清楚,采用CATIA進行三維設計可以定義多截面曲面,從而準確表達出曲面設計。

7. 骨架驅動模型:骨架可以理解為點、線、面的參數,而這些骨架參數又是以一般參數驅動的,因此能夠實現工程模型的全參化調整。在該功能支持下,可以實現更高效率的橋梁設計。

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