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乌兰察布钢结构大型桥箱梁热浸镀锌的大型桥钢梁设计要点

作者:admin 发布日期:2018/10/18 关注次数: 二维码分享
乌兰察布钢结构报道:大型钢结构桥箱梁热浸镀锌的大型桥钢梁设计要点

(一)热浸镀锌方式的确定

乌兰察布钢结构设计热浸镀锌钢桥首先需要决定采用何种镀锌方式,目前,钢结构箱梁随着截面形式、大小的不同,可采用下列三种镀锌方式。

全截面热浸镀锌法:

尺寸小于锌锅,完成钢结构箱梁每段焊接制造后,以整体段全截面方式浸渍至锌锅内镀锌。

分割式热浸镀锌法:

尺寸大于锌锅,浸镀时需要分割钢结构箱梁成若干段,并做适当的加劲处理来控制变形,待完成镀锌程序后再用螺栓连接方式按照截面结构要求组合钢结构箱梁。

乌兰察布钢结构大型桥箱梁.jpg


大于锌锅的镀锌新工艺:


分割式热浸镀锌法虽然可克服钢结构箱梁的尺寸大于锌锅的矛盾,但仍有增加抑制变形夹具、增加螺栓接头数量及外观不好等缺陷。

为解决这个问题,目前已有镀锌企业开发出大于锌锅的钢结构箱梁镀锌新工艺,这种工艺采用钢板先镀锌,再焊接制造钢结构箱梁,在钢结构箱梁设计切割完成后的钢板上焊接加劲材料及装设抑制变形的构造材料,并在镀锌后预定的焊接部位作记号涂漆,或者保证镀不上锌的处理剂,待镀锌完成后在焊接组装钢结构箱梁。

本例依据桥梁跨距及钢结构箱梁的型深进行配置,并参考了台湾岛内外相关锌锅尺寸及评估技术成熟程度后,决定采用全断面热浸镀锌方式,进行设计、施工。

(二)热浸镀锌工件本体设计步骤

桥梁配置计划:

本例中,上部结构配合捷运礼车上下行线,采用双钢结构箱梁配置,并以横梁连接钢结构箱梁。


乌兰察布钢结构大型桥梁.jpg


下部结构共有16个桥墩,为钢筋混凝土桥墩配以桩基基础,其中桥墩P1~P12为直线段,P12~A1桥面为曲线段(曲率半径38m),桥墩P3~P6处及P12~P15处,需要跨越路口,采用大跨径三跨连续钢桥,其跨度分别为25m、40m、25m直线桥及32.2m、53.6m、32.2m曲线桥,其余配置配合实际轨道接到底下管线位置调整,采用三跨连续钢桥,其跨度为21.5m、21.5m、21.5m。

直线段保持箱梁型深1.25m、曲线段箱梁型深由1.25m渐变到1.5m。

决定钢结构箱梁尺寸:

为能顺利将钢结构箱梁浸入锌锅中,考虑市场的锌锅规格(包含锅宽、锅深等)及大曲线钢结构箱梁实际放样,本例控制钢结构箱梁宽度(含辅助拖梁长度)为2.84m,型深1.25m~1.5m,于镀锌时将钢结构箱梁翻转90°吊放。

决定钢结构箱梁每段长度:

考虑交通运输、大曲线钢结构箱梁的曲率、坡度、锌锅长度及镀锌企业天车起重能力,控制钢结构箱梁每一段的长度,直线段小于14m,曲线段小于10m。

决定乌兰察布钢结构箱梁的镀锌量:

镀锌的寿命与其镀锌层厚度成正比,一般镀锌层的耐用年限计算方法是以镀锌层残存10%的时间定用耐用年数,本工程依据桥梁的使用年限、维护问题及镀锌时的温度、浸渍时间等,决定钢结构箱梁镀锌附着量为600g/m2、螺栓及螺母附着量550g/m2。

细部分析与设计:

建立桥梁整体有限元法分析模式,考虑主跨(三跨)与临跨(两跨)效应的影响采用静力分析、反应谱动力分析及时效分析,并进行设计校核工作。

工作应力校核:

校核大梁疲劳应力、变形及转角需求,依据应力需求配置钢结构箱梁及隔板位置等。


乌兰察布钢结构大型桥箱梁热浸镀锌的大型桥钢梁设计要点.jpg


乌兰察布钢结构箱梁极限强度设计:

依照抗震规范进行桥墩的耐震设计及基础设计等。

(三)热浸镀锌工件本体的细部设计要点

热浸镀锌钢结构箱梁设计的基本原则依据桥梁设计规范要求的许用应力值、板厚、其他设计考虑因素外,也针对镀锌特性及需求考虑下列要素:

增加加劲板:

乌兰察布钢结构箱梁厚度、隔板及腹板竖向加劲板,已满足公路桥梁设计规范要求,无须设置腹板纵向加劲板,只需考虑锌锅内高温对钢结构箱梁产生的不均匀变形,于应力较大处,应增设加劲板以减少这个变形,并利用有限元法软体模拟高温下钢结构箱梁的应力分布。

控制钢板厚度比:

控制钢结构箱梁翼板与腹板的板厚,避免翼板与腹板板厚比差异过大,板厚相差太大时易造成厚板镀锌量远高于薄板,造成厚板镀锌附着力不足而剥落且易因热应力产生变形,设计时控制翼板、腹板厚度的比值在2.5以下。

乌兰察布钢结构箱梁的腹板,在结构中主要用于承受剪力,热浸镀锌钢结构箱梁除了需要满足翼板钢桥的设计外,也需要考虑翼板与腹板的厚度比,以及钢结构箱梁旋转90°后,其腹板的功能转变为翼板的功能(抗弯曲力矩用),并需要考虑放入锌锅时,锌液浮力对腹板的面压力,及吊起时锌液对钢结构箱梁内部对腹板的面压力,故镀锌钢结构箱梁应增加腹板厚度,并加强腹板面外强度(采用减少竖向加劲板间隔及增加纵向加劲板段数)以避免腹板弯曲变形。


乌兰察布钢结构大型桥箱梁热浸镀锌的大型桥钢梁设计.jpg


镀锌螺栓强度的增减变化:

镀锌后螺栓在连接时,需考虑接合面的抗滑系数会降低的问题。其设计容许剪力强度依照公路桥梁设计规范所规定的数值予以增减变化。

避免采用强度过高的高拉力螺栓:

镀锌螺栓设计时考虑A490或F10T级以上的高拉力螺栓,锌液温度超过高拉力螺栓回火温度,其机械性能将发生变化或造成延迟破坏,故采用A325螺栓进行设计。

确保锌液流动顺畅性:

乌兰察布钢结构钢结构箱梁中,开孔主要是焊接的需求,其次为了保证锌液流动的顺畅性,增加加劲板开孔以避免漏镀发生,并减少工件在锌液中的浮力,其开孔大小与一般钢桥不同。以本例来分析,与当地现有的旧钢结构箱梁在外观上尽量接近一致,为了美观,采用了梯形截面结构,尤其需要注意不均匀变形,以及锌液流动顺畅性的问题。

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