合理化桥梁的介绍和应用

刘海峰 朱明宇 王占生

摘要: 介绍了日本近几年发展的新型桥梁形式，以及合理化设计的设计理念。

关键词: 新型桥梁，合理化设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

前言

日本是桥梁大国，特别是钢桥方面，处于世界领先位置，从1997年开始，日本陆续推出几种合理化的新型桥梁形式，并基本已经实现标准化设计及建设，主要目的是通过桥梁的结构简素化，合理化，达到缩减桥梁总体费用的最终目的。由于未来公共事业的经费缩减可能是整体的大趋势，所以这些新型桥梁的设计理念，对于未来桥梁的发展方向，具有一定的指导性。本文主要是介绍这些新型桥梁的设计理念，为国内桥梁技术者提供新的思路，并进行积极推广。

2．新型桥梁的设计理念

首先，桥梁作为交通体系的重要组成部分，就其价值观来说，主要体现在其功能性，强度以及美观三项，新型桥梁的设计理念就是通过完善着3个方面，对桥梁进行改善，从而提高桥梁的整体性能。

从前的桥梁设计，针对桥梁的经济性，大多只是单纯追求减少材料的用量，实际上，桥梁的整体费用，包括初始投资成本和后期维护费用两大项，初始投资成本又包括设计费用，制作费用，施工费用。后期维护费用包括桥梁的日常检查维护，补修等费用。所以日本近年来，针对桥梁的省力化，合理化陆续推出几个相应的设计指针，以材料费，加工费，施工费和维护费用总量最小为目标，对结构进行了简素化，统一化，以期实现省力化的目标。

3．桥梁的标准化设计

日本桥梁建设协会在1995年，推出标准化设计指针，通过规范设计思想，统一设计思路的方法，实现桥梁设计的标准化设计，从而达到缩减桥梁整体费用的目标。其主要规定如下：

主梁的截面变化位置原则上设在连接板处。（在梁段内部，截面一定）同一梁段内，翼缘和腹板分别用整块板制作，不设板间焊缝。

全桥翼缘的宽度值取固定值。

腹板的厚度全桥尽量采用固定值。

水平加劲肋原则上设一段。连续梁中间支点附近应力较大的位置，如果增加水平加劲肋的段数可以使腹板板厚保持一致的话，可以考虑增加水平加劲肋的段数。

连接板两侧翼缘厚度不同时，采用垫板垫在薄的一侧找平。

腹板的连接板，原则上不分别设弯矩板和剪力板，而采用一整块连接板。

在全桥范围内采用的型钢种类取1至2种。

当采用钢筋混凝土桥面板时，在全桥范围内板托高度取固定值。至少同一主梁取固定值。

4．合理化桥梁

1998年日本桥梁建设协会根据研究开发，并总结实绩总结，出版【新型钢桥的诞生】并与2003年进行完善，以此作为桥梁合理化提案并作为合理化桥梁的指导性资料。其中主要的桥梁形式包括：少数I形主梁桥，开断面箱梁桥，细幅箱梁桥，合理化钢桥面板少数I形主梁桥，合理化桁架桥。

少数主梁桥 少数I形主梁桥近年来已经成为一种常见的钢桥形式，适用于曲率半径大于700米的场合，经济跨径小于60米。采用大刚度，高强度，大跨度的合成桥面板或PC桥面板，减少主梁数目，并使横梁，风撑结构简素化甚至可以省略的新形桥梁。

特长：1）加工，架设费用递减，工期缩短：

采用大刚度，高强度的合成桥面板或PC桥面板，提高了桥面板的跨度。合成桥面板的底钢板同时兼做混凝土的模板，提高了现场施工的效率性。现场打设的PC桥面板或工厂预制的桥面板均可对应。

主梁，横梁结构的合理化，风撑结构的省略。桥面板跨度的增加，从而减少了主梁数目。横梁的间隔也可以达到10米程度，且横梁可以直接使用型材，使横梁结构简素化。通过大刚度的桥面板抵抗横方向的荷重，进而可以省略下风撑。除去强风地域，一直到60米均可保证抗风安全性。跨径再大的话需要对抗风做特别的考虑。

2）维持管理费用的递减

a) 由于主梁，横梁，风撑数目的减少，钢材表面涂装面积大幅减少，日常养护费用减少。

b) 合成桥面板和PC桥面板和普通的RC桥面板相比较，耐久性大幅增加，从而减少了桥面板补修的费用。

3）由于桥面板模板等设备的省略，使现场施工架设作业时的效率性和安全性提高。

4）由于部材数的大幅减少，使整个桥梁具有简洁的外观，景观性提高。

开断面箱梁桥 开断面箱梁桥适用于曲率半径大于300米的场合，经济跨径50到80米。采用大刚度，高强度，大跨度的合成桥面板或PC桥面板，而且桥面板和钢梁构成混合结构，从而减少主梁断面。

特长：1）加工，架设费用递减，工期缩短：

主梁结构的合理化。桥面板和主梁构成混合结构，共同作用，减少钢梁的断面。

采用大刚度，高强度的合成桥面板，提高了桥面板的跨度。省略纵梁，横梁，牛腿以及风撑构造。合成桥面板底钢板在现场架设施工时，可以起到防止全体座屈的作用，并可以兼用为桥面板打设模板。

隔板的合理化。隔板采用桁架结构，使用型材。

2）维持管理费用的递减

a) 由于纵梁，横梁，牛腿，风撑数目的减少，钢材表面涂装面积大幅减少，日常养护费用减少。

b) 合成桥面板和PC桥面板和普通的RC桥面板相比较，耐久性大幅增加，从而减少了桥面板补修的费用。

细幅箱梁桥 细幅箱梁桥适用于曲率半径大于300米的场合，经济跨径60到100米。采用大刚度，高强度，大跨度的合成桥面板或PC桥面板，而且桥面板和钢梁构成混合结构，从而减少主梁断面。

特长：1）加工，架设费用递减，工期缩短：

主梁结构的合理化。纵向加劲板减少，横向加劲板省略。

采用大刚度，高强度的合成桥面板，提高了桥面板的跨度。省略纵梁，牛腿以及风撑构造。

2）维持管理费用的递减

a) 由于纵梁，牛腿，风撑数目的减少，钢材表面涂装面积大幅减少，日常养护费用减少。

b) 合成桥面板和PC桥面板和普通的RC桥面板相比较，耐久性大幅增加，从而减少了桥面板补修的费用。

合理化钢桥面板少数I主梁桥

合理化钢桥面板少数I主梁桥适用于曲率半径大于700米的场合，经济跨径60到100米。采用大尺寸的U形加强肋，合理化钢床板少数I梁桥采用了较厚的钢桥面板，增强了耐久性。

特长：1）加工，架设费用递减，工期缩短：

钢桥面板的合理化。采用大断面U形加强肋，减少加强肋和焊接线的数目，采用了较厚的钢桥面板，增强了耐久性。

和混凝土桥面板相比较，不用现场加工，基本在工厂加工完成，可以大幅缩短制作周期。

2）上部工重量减轻，提高抗震性能。

合理化桁架桥

合理化桁架桥适用于曲率半径大于1000米的场合，经济跨径80到150米。与从前的钢桁架桥相比，省略了支持桥面板的纵梁和牛腿等床组结构，采用了适用于大跨度的合成桥面板或PC桥面板。通过桥面板抵抗横向荷载，省略了上风撑。

特长：1）加工，架设费用递减，工期缩短：

采用大刚度，高强度的合成桥面板或PC桥面板，提高了桥面板的跨度。合成桥面板的底钢板同时兼做混凝土的模板，提高了现场施工的效率性。现场打设的PC桥面板或工厂预制的桥面板均可对应。

桥面板支持结构结构的合理化，采用大刚度，高强度的合成桥面板，提高了桥面板的跨度。省略纵梁，牛腿构造。

通过大刚度的桥面板抵抗横方向的荷重，进而可以省略上风撑。

5．我国城市交通中的钢桥现状及未来发展

我国现阶段，大跨径桥梁技术发展迅速，但是对于城市交通系统中的中小型钢桥，大多为普通的I形主梁和箱梁结构，桥面板基本采用RC，PC桥面较多，对于合成桥面板应用还不多，在设计理念上，还没有过多的考虑结构的合理化，但根据国外钢桥发展经验，今后桥梁的合理化必然是一个大的趋势，日本首先提出的这些新型的桥梁形式，对我国城市道路桥梁发展是非常好的借鉴。