20世紀(jì)50年代采用整體節(jié)點(diǎn)技術(shù)的鋼桁梁和鋼桁拱技術(shù)

深海魚(yú)

<p class="ql-block"><span style="color: rgb(51, 51, 51);">       桁梁和鋼桁拱一直都是一個(gè)國(guó)家鋼橋技術(shù)的重要標(biāo)志之一。德國(guó)的鋼桁梁和鋼桁拱在1980年左右進(jìn)入全焊接階段。在此之前，大致在1950到1960年，以英國(guó)和德國(guó)工程師為主，鋼桁拱和鋼桁梁基本開(kāi)始整體節(jié)點(diǎn)，此時(shí)的整體節(jié)點(diǎn)有采用焊接的，也有采用鉚釘或螺栓連接的。下面列舉20世紀(jì)50年代末的一座采用了整體節(jié)點(diǎn)的公路拱橋和一座采用了整體節(jié)點(diǎn)的公鐵合建橋來(lái)說(shuō)明一下在那個(gè)年代采用整體節(jié)點(diǎn)的鋼桁梁和鋼桁拱。</span></p><p class="ql-block"><span style="color: rgb(51, 51, 51);"> 最后簡(jiǎn)單介紹一座60年代的三主桁鐵路桁梁橋。</span></p> <h3></h3><h1><font color="#167efb">1 東歐某公鐵合建橋</font></h1>這座橋?yàn)橹骺?X162m的等截面連續(xù)鋼桁梁，橋梁建于1957-1962年。橋梁承載2線鐵路，4車道公路和人行道。橋梁采用公鐵平層合建，兩線重載鐵路位于桁梁的內(nèi)側(cè)，4車道公路位于鋼桁梁的懸臂上。鋼桁梁采用整體節(jié)點(diǎn)，當(dāng)時(shí)德國(guó)工程師設(shè)計(jì)的是工廠焊接，現(xiàn)場(chǎng)栓接的整體節(jié)點(diǎn)，但是當(dāng)時(shí)這個(gè)國(guó)家尚不能大批量生產(chǎn)高強(qiáng)螺栓，于是在工地采用鉚釘來(lái)連接。<br>主桁梁中心距11.0m，桁梁高16m，橋梁總寬29.17m。鐵路部分采用縱橫梁體系的明橋面，公路部分采用在縱橫梁體系上鋪設(shè)混凝土板。 <h1>圖 1該橋的總體布置</h1> <h1>圖2 本橋桁梁橫截面</h1> <h1>圖3 本橋的典型整體節(jié)點(diǎn)</h1> <h1>圖 4 橋梁總體照片</h1> <h1>圖 5 橋梁典型整體節(jié)點(diǎn)</h1> <p>在當(dāng)時(shí)的橋梁鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)中，它的工作是開(kāi)創(chuàng)性的。雖然這座橋的建成時(shí)間距今已近58年，但它的整體節(jié)點(diǎn)鋼桁梁技術(shù)細(xì)節(jié)已經(jīng)考慮得相當(dāng)周到。它對(duì)此后鋼桁梁整體節(jié)點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展，起到了良好的引導(dǎo)作用。</p><p>現(xiàn)在來(lái)看它的結(jié)構(gòu)。圖3和圖5中，除小豎桿外，弦桿和斜桿都是箱形桿件。大量采用箱形截面是非常值得肯定的，可以明顯節(jié)省鋼料。要知道，在我國(guó)鋼橋弦桿中大量使用箱形桿件已比此橋晚了三十多年。</p><p>它的弦桿的內(nèi)寬80mm，斜桿外寬與斜桿內(nèi)高相同。這一點(diǎn)在早期這樣做完全可以理解的，但現(xiàn)在已經(jīng)改了，即將斜桿高減少2mm。弦桿拼接在節(jié)點(diǎn)外，節(jié)點(diǎn)板加厚到50mm，與豎板對(duì)接處做成斜坡。只是，斜坡沒(méi)有離開(kāi)節(jié)點(diǎn)板圓弧端。由于右邊弦桿截面比左邊大很多，所以拼接縫左邊的翼緣板加厚伸過(guò)節(jié)點(diǎn)中心，然后與左邊的翼緣板對(duì)接。不過(guò)，為什么下翼緣伸過(guò)那么多，已超出節(jié)點(diǎn)范圍之外，不知是出于什么考慮。從受力角度講，是不需要伸長(zhǎng)那么多的。</p><p>它的桿件成形都是焊接，但工地連接是鉚釘，而不是螺栓。節(jié)點(diǎn)中心和鉚釘群外的隔板也是鉚上去的。這些都是明顯的早期特點(diǎn)，因?yàn)槟菚r(shí)高強(qiáng)度螺栓技術(shù)的發(fā)展各國(guó)也是不平衡的，不使用是可以理解的。</p><p>特別值得注意的是右邊這根斜桿。由于內(nèi)力很大的壓桿，翼緣板用到50X1000mm，腹板用到30X800mm，截面積還是不夠。在那時(shí)，板厚用到50mm已經(jīng)很不容易了，再加厚的話問(wèn)題就更多了。在翼板外邊焊了4塊17X450mm的鋼板。為什么要焊4塊17X450mm的鋼板？因?yàn)?7mm鋼板的局部穩(wěn)定不容許，只好分成兩塊。這兩塊外貼板并未伸到桿端，而是終止于端隔板處。這一點(diǎn)很特殊，因?yàn)橥赓N板端以外的有效面積減弱了，除非在桿端采用更大的穩(wěn)定折減系數(shù)。</p><p>本橋用鋼每米大致10t。</p> <h1>圖 6 本文作者考察本橋</h1> <h1><font color="#167efb">2 非洲某公路拱橋</font></h1><h3><br></h3><h3> 這是主跨245.4m的兩鉸拱橋，橋面寬度約10.0m，于1957年竣工，是一座公路兩鉸拱橋。這座橋承載兩車道公路和人行道。拱肋采用鋼拱肋，橋面采用在鋼縱橫梁體系上面鋪設(shè)混凝土板。</h3> <h1>該橋的總體布置</h1> <h3>弦桿的內(nèi)法蘭連接構(gòu)造</h3> <h3>這座橋的橋面體系，其中的鋼橫梁因?yàn)槭褂昧?0年部分開(kāi)裂。加納公路局在2013年左右，把原公路橋面換為正交異性板鋼橋面。</h3> <h1>本文作者考察本橋</h1> <h1>正因?yàn)槭褂昧苏w節(jié)點(diǎn)和內(nèi)法蘭連接技術(shù)，主拱肋每平方米的用鋼量大致才246kg.</h1> <h3>寫歷史的目的不是把讀者拉向遙遠(yuǎn)的過(guò)去，更重要的是讓讀者看清楚這種技術(shù)的和現(xiàn)在的聯(lián)系，這個(gè)聯(lián)系本文不再贅述，感興趣的朋友可以仔細(xì)慢慢去品味和對(duì)比。</h3><h3>另外可以設(shè)想一下，在今天如果重新設(shè)計(jì)這些橋，我們?cè)O(shè)計(jì)的能超越原設(shè)計(jì)嗎？設(shè)計(jì)的出來(lái)的用鋼量能比別人低嗎？</h3> <p class="ql-block">作者簡(jiǎn)介</p><p class="ql-block">工學(xué)博士，橋梁工程師，英國(guó)注冊(cè)工程師。在12個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)和咨詢大型橋梁30多座。主要研究方向?yàn)椋轰摌颍?砼結(jié)合梁橋，橋梁總體設(shè)計(jì)。以第1作者發(fā)表鋼橋，鋼-砼結(jié)合梁橋領(lǐng)域的論文14篇。其中SCI收錄11篇，EI收錄20篇。獲得2016年度《英國(guó)橋梁工程學(xué)報(bào)》優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。設(shè)計(jì)的橋梁中已有三座登上國(guó)際雜志封面。</p>

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