钢箱梁构造设计说明

- 说明一、设计范围镇江扬州长江公路大桥施工图设计 G3标为南汊悬索桥加劲梁，各册内容如下：第二册南汊悬索桥第五分册㈠钢箱梁构造第五分册㈡竖向支座和抗风支座第五分册㈢维护检查车和箱内小车第五分册㈣附属工程本册图纸为第二册南汊悬索桥第五分册㈠钢箱梁构造本册内容包括：箱梁断面布置；箱梁主体结构设计，其中包括顶板及其U形加劲肋、底板及其U形加劲肋、斜腹板及其球扁钢加劲肋、横隔板等；吊索锚箱；检修道；端梁段支座承力构造；梁段的划分及吊装步骤；梁段现场连接及临时连接件；堆放支点构造；桥面铺装与检修道铺装；主梁防护等。

二、设计依据1.交通部“交公路发(2000)411号文”：关于对镇江扬州长江公路大桥初步设计的批复。

2.江苏省气象科学研究所2000年5月提交的“镇江扬州长江公路大桥桥位风速观测及设计风速计算专题研究报告”。

3.同济大学土木工程防灾国家重点实验室2000年6月提交的“镇江扬州长江公路大桥节段模型风洞试验研究”报告。

4.同济大学土木工程防灾国家重点试验室2000年9月提交的“镇江扬州长江公路大桥节段模型风洞试验研究”补充报告。

5.同济大学土木工程防灾国家重点试验室2000年9月提交的“镇江扬州长江公路大桥地震反应分析报告”。

三、主要设计规范及标准1. 《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）2. 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）3. 《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）4. 《铁路桥涵设计规范》（TBJ2－96）5. 《铁路钢桥制造规范》（TB10212－98）6. 《碳素结构钢》（GB700－88）7. 《低合金高强度结构钢》（GB／T1591－94）8. 《焊接用钢丝》（GB1300－77）9. 《气体保护电弧焊用碳素低合金钢焊丝》（GB8100－95）10.《碳钢焊条》（GB5117－95）11.《低合金钢焊条》（GB5118－95）12.《碳素钢埋弧焊用焊剂》（GB5293－85）13.《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》（GB3323－87）14.《钢结构工程施工及验收规程》（GBJ205－83）15.《表面粗糙度参数及其数值》（GB1031－95）16.《铁路钢桥保护涂装》（TB1527－89）17.《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结构分级》（GB11345－89）18.《对接焊缝超声波探伤》（TB1558－84）19.《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》（GB985－88）20.《焊条质量管理规程》（JB3223－83）21.《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－89）22.《钢桥、混凝土及结合桥》（英国标准BS5400）23.《钢床板设计要领·同解说》（日本国本四连络桥公团，1989）24.《上部结构设计基准·同解说》（日本国本四连络桥公团，1989）25.《美国公路桥梁设计规范》（AASHTO，1994）26.《焊缝符号表示方法》（GB324－88）27.《机械设计手册》（机械工业出版社）四、设计要点1.技术标准⑴桥面按六车道布置，每条车道宽3.75m，中间设3.0m中央带（0.75+1.50+0.75），两侧各设一条紧急停车道，宽3.0m，桥面总宽32.9m。

车行道外侧，每侧设一条总宽1.2m 宽的检修道。

⑵计算行车速度： 100km/h⑶荷载：计算荷载汽车超20级验算荷载挂车 120⑷桥面坡度：桥面纵坡2％，竖曲线半径为R＝37250m，桥面横坡2％，检修道上设内向1.5％横坡。

⑸桥下通航净高： 48m+2m⑹基本风速： 10m高度处频率1／100的10分钟平均最大风速U10＝29.1m/s⑺地震基本烈度： 7度。

2.设计基准温度设计基准温度规定为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。

3.主要材料⑴钢材箱梁的主体结构，吊索锚箱，支座承力构造，临时连接件，检修道栏杆柱底座等，采用Q345－D钢，应符合GB1591－94的标准。

箱梁附属设施中的检修道栏杆，防撞护栏，车行道路缘石，路灯底座等采用 Q235－C 钢，应符合GB700－88标准。

⑵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%，各材料均应符合现行国家标准。

⑶桥面铺装材料桥面铺装材料采用沥青混凝土。

行车道桥面铺装为70毫米厚的改性沥青混凝土，其材料配比及施工工艺详见有关专题报告。

检修道铺设30毫米厚的沥青砂。

4.箱梁断面气动选型本设计采用全焊扁平流线形封闭钢箱梁断面，断面的气动性能是截面选型的关键。

经同济大学土木工程防灾国家实验室进行了节段模型风洞试验研究，结果是：桥梁设计基准风速37.4m/s颤振检验风速[Vcr]＝54m/s颤振临界风速为Vcr＝Vcr＞[Vcr]，满足抗风稳定性的要求，涡振试验表明：未出现竖向弯曲及扭转涡激振动现象。

节段模型试验的前提条件是：检查车轨道设置于箱梁底部，桥面中央分隔带中心顺桥向设连续的风稳定板。

5.主梁各部主要尺寸梁高（中心线处，外轮廓/内轮廓） 3.024m/3.0m双向横坡 2％顶板宽 32.9m底板宽 27.3m风嘴宽 1.7m检修道、栏杆总宽 1.2m总宽（包括检修道宽） 38.7m顶板厚 14mm上斜腹板厚 12mm底板及下斜腹板厚 10mmU形加劲肋板厚 6mm顶板U形加劲肋上口宽 300mm下口宽 169.3mm高 280mm间距 600mm底板U形加劲肋上口宽 400mm下口宽 180mm高 250mm间距 900mm加劲球扁钢厚 10mm高 160mm横隔板间距 3.22m横隔板板厚吊索处 10mm非吊索处 8mm跨中段范围内设置刚性中央扣，中央扣板厚为40mm检修道悬臂梁顶板厚12mm，检修道顶板下设间距3.22m支承横梁，板厚12mm。

桥面车行道沥青混凝土铺装厚度 70mm检修道沥青砂铺装厚度 30mm6.各部设计要点⑴主梁直接承受车辆荷载的作用，并通过吊索将力传至大缆。

设计中对结构体系进行了总体验算，对疲劳强度，桥面板在荷载作用下变形进行了验算，另外对吊点处、中央扣处，端梁段设支座处等局部进行了分析验算。

⑵箱梁顶板为U形肋纵向加劲的正交异性钢桥面板，直接承受车辆的反复作用。

在车辆动荷载作用下，顶板在顺桥向与横桥向均要产生挠曲变形，U形加劲肋与顶板的焊缝是在极其复杂的交变应力条件下工作，车辆着地直径一般为30cm，故U形加劲肋与上口宽与U肋间净矩均取30cm，其目的是减小顶板在横桥向的挠曲变形，虽然根据计算桥面板厚12mm满足强度及挠曲变形（桥面铺装所需的桥面板刚度）的要求，但考虑到已建桥梁如江阴桥重车比重大，且重车超载严重的现象，考虑到结构的耐久性及桥面铺装施工的因素，钢桥面板厚度取14mm；U形加劲肋厚度6mm。

桥面板宜尽量采用3m以上的分块宽度，以减少纵向焊接量。

⑶横隔板间距采用3.22m，采用较小的横隔板间距是为了减小桥面正交异性板的支承跨径，并对钢箱梁的横向刚度与抗扭刚度起到加强的作用。

⑷箱梁的吊索锚箱，采用耳板构造，吊索与耳板为销接。

耳板直接插入箱体并与其相垂直的三块承力板相焊连，中间一块与横隔板成为一整体。

耳板及其承力板是箱梁悬吊传力的关键部位，耳板与承力板之间的焊接，尤为重要，此处焊接为双面坡口熔透焊。

⑸跨中段中央扣为刚性扣，由竖杆及斜杆构成，竖杆斜杆均采用厚40钢板焊接而成I形断面，伸入箱体内，风嘴处设上缘板、内外腹板，与中央扣竖杆及斜杆相焊。

内外腹板自跨中段延伸至相邻梁段内第三道横隔板处并与相连，上缘板至第二道横隔门处再渐变至斜腹板。

竖杆及斜杆在桥面以上高度1.834m处与大缆索夹栓连。

⑹梁段的划分、吊装与现场连接箱梁的加工制造以梁段为单元，梁段分为标准梁段，跨中梁段，跨中相邻段及端部梁段四种，标准梁段长度及跨中相邻段长度与吊索间距相同，为16.1m。

梁段与梁段之间的现场接缝为全焊构造，为减小现场接缝处的应力幅，现场接缝位置放在距横隔板442.5cm处，故16.1m长的标准梁段，对其吊点位置而言，每侧各为9.2m与6.9m。

箱梁的标准吊装段长为32.2m，即两个标准梁段焊连而成。

吊装从跨中开始，首先吊装跨中段，然后向两边对称起吊。

梁段吊装初期，各段间临时连接均为铰结状态，梁段上缘顶紧，下缘张开，随着吊装梁段的不断增加，下缘开口会逐步减小。

一旦下缘闭合达到设计规定的预留焊缝值后，则应立即进行现场连接的焊接工作。

端部梁段及合拢段：北塔位于水中，端部梁段采用荡运吊装，北合拢段设置可根据施工时水位临时确定，或结合采取开挖河床确定，南塔位于岸上距大堤70m左右，岸上部分梁段采用荡运或临时平台铺以轨道运输等方法从端部向跨中吊装，合拢段的设定，结合水位情况设置岸边水中附近。

根据桥位自然条件、梁段运输条件、吊装能力、架设工期等因素，钢箱梁划分47个吊装节段进行制造和安装。

32.2米的标准吊装梁段42个，其吊装重量约471t（包括检修道栏杆）；18.4米长的跨中节段1个，其吊装重量约269吨；25米长的梁端节段2个，其吊装重量约365.8吨；N1、S1梁段长32.2m，吊装重量为480吨。

钢箱梁梁段总长1485.16米。

箱梁吊装设计为四点起吊，除跨中段外，吊点设在吊索耳板的两侧；跨中段四点起吊，吊点设置在中央扣斜杆底部。

梁段吊装后的临时连接，由于标准梁段在吊索两边不对称，临时连接处产生较大的剪切力，吊装初期临时连接上缘产生较大的挤压应力，为保证临时连接处箱梁顶板不受损坏，又能保证连接为铰接，使以后吊装下缘逐渐闭合，故临时连接采用强劲的销接结构，其承受全部挤压力与剪力，又能保证截面旋转。

箱梁顺桥向处于竖曲线上，故顶板与底板由于竖曲线半径不同而发生长度的差异，在梁段制造时不予考虑，在现场接缝处使顶板与底板的焊缝间隙相差1.3mm，以调整弧长的差异。

⑺支座与伸缩缝在箱梁的两端设有支座，包括竖向支座，横向风支座。

箱梁梁端除竖向与横向线位移受约束外，纵向线位移及三个角位移均不受约束。

箱梁两端均设置伸缩缝，各端伸缩缝的伸缩量均包括了引桥的伸缩量。

伸缩量适应钢箱梁在活载及温度等因素引起的变形，其不受约束的伸缩总量为2160mm。

7.防腐涂装⑴涂装方案由于钢箱梁各部位所处环境不同，故防腐涂装对各部位采用不同的方案，分为以下几个部分。

①钢箱梁外表面钢箱梁外表面系指除桥面车行道铺装部分及检修道铺装部分以外的所有直接暴露在大气下的钢箱梁外部表面。

②钢箱梁内表面钢箱梁内表面系指箱内除U形肋内部以外的所有部分。

U肋内部仅喷涂车间底漆一道。

③钢箱梁桥面钢箱梁桥面系指车行道铺装与检修道铺装下之钢桥面部分。

④护栏与路灯底座护栏包括检修道栏杆（检修道栏杆可不做车间底漆）⑵材料要求所采用的油漆除应满足设计方案的要求外，还应满足以下的要求。