交通運輸部發(fā)布的《裝配化工字組合梁橋通用圖》(JTG/T 3911-2021,以下簡稱《通用圖》),作為公路工程推薦性行業(yè)標準,自2022年4月1日起施行。為便于理解《通用圖》的編制背景、定位與主要內(nèi)容,充分掌握和用好《通用圖》,推進我國鋼結(jié)構(gòu)橋梁高質(zhì)量發(fā)展,提高常規(guī)跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋梁的設(shè)計技術(shù)水平,現(xiàn)將《通用圖》解讀如下:
一、編制背景
鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有自重輕、抗震性能好、跨越能力強、使用壽命長、適合工業(yè)化建造、綜合能耗低、對環(huán)境影響小等優(yōu)勢,有利于減少對傳統(tǒng)建筑材料的依賴,提升橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性。
標準化水平是一個國家科技與經(jīng)濟發(fā)展水平的反映,工程建設(shè)標準設(shè)計作為標準化的重要組成部分,在保證和加快工程建設(shè)速度、確保和提高工程建設(shè)質(zhì)量、傳播和推廣科技創(chuàng)新成果等方面發(fā)揮著極其重要的作用。
鋼-混凝土工字組合梁構(gòu)造簡潔、受力明確、建造方便,可以充分發(fā)揮鋼材及混凝土各自的受力特性,且易形成標準化和規(guī)格化的產(chǎn)品,適用于標準化設(shè)計、工業(yè)化建造,既可提高結(jié)構(gòu)建設(shè)效率也易保障質(zhì)量。
為貫徹落實《交通強國建設(shè)綱要》和《關(guān)于推進公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導意見》,推進橋梁建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展,進一步提升我國公路橋梁結(jié)構(gòu)安全性和耐久性水平,推動鋼結(jié)構(gòu)材料、制造工藝、建設(shè)水平的提升,促進鋼橋設(shè)計、施工、管養(yǎng)高質(zhì)量發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,我部組織并完成了《通用圖》的編制工作。
二、《通用圖》的定位及特點
?。ㄒ唬锻ㄓ脠D》的定位?!锻ㄓ脠D》和《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》(JTG D64—2015)、《公路鋼混組合橋梁設(shè)計與施工規(guī)范》(JTG/T D64-01—2015)、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650—2020)形成一個完整的鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計、建造技術(shù)體系?!锻ㄓ脠D》是在國內(nèi)各地近年鋼橋建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,借鑒國內(nèi)外相關(guān)建造技術(shù),經(jīng)過系統(tǒng)研究、總結(jié)、提煉我國常規(guī)跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)形式,統(tǒng)籌技術(shù)的成熟性、先進性后編制而成。
?。ǘ锻ㄓ脠D》編制指導思想。通過“標準化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、信息化管理、智能化應(yīng)用”,推動我國鋼結(jié)構(gòu)橋梁產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級,實現(xiàn)“綠色、循環(huán)、低碳和高質(zhì)量發(fā)展”。
?。ㄈ锻ㄓ脠D》適用范圍。適用于高速公路、一級公路雙向四車道和六車道的主線橋,平曲線半徑不小于1000m。
?。ㄋ模锻ㄓ脠D》跨徑范圍??紤]到公路橋梁跨徑的適應(yīng)性和經(jīng)濟性,在滿足規(guī)范車輛荷載通行的前提下,《通用圖》工字組合梁跨徑為30m、40 m、50 m、60 m,按照三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)控制設(shè)計,可推展到四跨、五跨、六跨連續(xù)結(jié)構(gòu)使用。
(五)《通用圖》技術(shù)特點。按照工業(yè)化建造理念進行設(shè)計,具有“工廠化、模塊化、裝配化、無?;?、高性能、非預應(yīng)力、BIM技術(shù)、非超限運輸”等技術(shù)特點。
1.工廠化:將鋼結(jié)構(gòu)、橋面板、護欄等構(gòu)件按照工廠流水線制造生產(chǎn)。
2.模塊化:將組合梁結(jié)構(gòu)、混凝土護欄等結(jié)構(gòu)在工廠內(nèi)按模塊單元制造。
3.裝配化:將運輸至現(xiàn)場的鋼主梁、橋面板、混凝土護欄等結(jié)構(gòu)模塊進行搭積木式的安裝施工。
4.無模化:完成安裝后,橋面板濕接縫等采用無模板澆筑。
5.高性能:采用高強度鋼、耐候鋼等高性能材料。
6.非預應(yīng)力:采用鋼筋混凝土橋面板與工字鋼梁組合結(jié)構(gòu),不使用預應(yīng)力鋼絞線。
7.BIM技術(shù):采用BIM技術(shù)進行通用圖正向設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計。
8.非超限運輸:將工廠化制造的結(jié)構(gòu)模塊按照陸路或水路非超限運輸方式運至施工現(xiàn)場。
三、主要內(nèi)容
《通用圖》涵蓋了3×30m、3×40m、3×50m及3×60m雙向四車道和雙向六車道工字組合連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)的施工圖設(shè)計,主要內(nèi)容如下:
?。ㄒ唬┚幹圃瓌t?!锻ㄓ脠D》按照“安全、適用、耐久、美觀”的理念和原則進行編制,主要工程材料的技術(shù)指標、設(shè)計水平等與國際先進水平接軌。
?。ǘ?ldquo;裝配化”理念?!锻ㄓ脠D》中涉及的組合梁的主要構(gòu)件如鋼主梁、橋面板、護欄均采用工廠制造、工地現(xiàn)場裝配的模式;預制橋面板采用非預應(yīng)力結(jié)構(gòu),濕接縫為無?;瘽仓?;裝配化率達到95%,大大減少了現(xiàn)場作用人員和工作量,實現(xiàn)了施工快捷;施工安全、品質(zhì)、進度、成本、環(huán)保等要素可期可控。
(三)設(shè)計荷載。設(shè)計荷載按公路—Ⅰ級選?。恢髁浩诤奢d采用計算模型Ⅰ和計算模型Ⅱ,橋面系構(gòu)件采用疲勞模型Ⅲ;系統(tǒng)溫差按整體升溫39℃,整體降溫-32℃選用;豎向溫度梯度正溫差T1=14℃,T2=5.5℃,反溫差為正溫差乘以-0.5;支座不均勻沉降取10mm;支座摩阻系數(shù)取0.03;抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計基本地震動峰值加速度值為0.05g;與汽車荷載組合時,橋面處風速取25m/s。
?。ㄋ模┲饕牧稀d摿簶?gòu)件采用Q370qD~Q420qD鋼材;鋼梁連接用高強度螺栓性能等級為10.9S;預制橋面板采用C55混凝土,橋面板濕接縫采用C55自密實微膨脹混凝土,混凝土護欄采用C50混凝土;橋面鋪裝采用瀝青混凝土;混凝土橋面板普通鋼筋采用HRB500鋼筋。
?。ㄎ澹┲黧w結(jié)構(gòu)。
1.橫斷面形式。上部結(jié)構(gòu)采用“工字型鋼梁+混凝土橋面板”的形式,雙向四車道單幅橋采用三片鋼梁,雙向六車道單福橋采用四片鋼梁。鋼主梁主要由上翼緣板、腹板、腹板加勁肋、底板及橫肋組成,采用工廠分節(jié)段制造,節(jié)段間采用高強度螺栓工地現(xiàn)場連接。
2.橋面板。為實現(xiàn)橋面板制造及安裝標準化、工廠化和裝配化,簡化現(xiàn)場安裝架設(shè)工藝,本通用圖橋面板采用預制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),通過調(diào)整梁高和配筋控制橋面板的開裂。橋面板與橋面板之間采用自成底模的形式澆筑濕接縫。橋面板在圓柱頭焊釘處設(shè)置預留槽,便于后澆混凝土濕接縫。
3.墊條。為避免混凝土橋面板與鋼主梁上翼緣頂面直接接觸損傷,保證接觸面緊密貼合,在主梁上翼緣板的兩側(cè)邊緣、順橋向通長設(shè)置并固定兩道50mm寬的可壓縮墊條,隨后吊裝和安裝預制橋面板。在橋面板自重作用下,墊條被壓緊,并通過自身壓縮適應(yīng)橋面板橫坡。
4.護欄。為實現(xiàn)護欄制造及安裝的標準化、工廠化和裝配化,提高施工效率和護欄品質(zhì),護欄采用預制裝配式混凝土護欄,外側(cè)采用SS級,內(nèi)側(cè)采用SA級。預制護欄與預制橋面板之間采用高強度螺紋鋼棒連接。為提高護欄抗沖擊能力,預制護欄之間、預制護欄和預制橋面板之間均設(shè)置混凝土剪力鍵,匹配面涂抹環(huán)氧樹脂。
5.伸縮裝置及支座。伸縮裝置采用多向變位梳形板伸縮裝置,伸縮裝置頂面標高具有可調(diào)節(jié)功能。支座選用非抗震型雙水平摩擦面球型鋼支座,適用于不超過地震烈度6度區(qū)或非抗震控制區(qū)域。
6.結(jié)構(gòu)耐久性。通用圖鋼結(jié)構(gòu)均采用重防腐涂裝,涂裝體系壽命不小于25年。鋼結(jié)構(gòu)也可以根據(jù)環(huán)境條件采用耐候鋼材,若主體結(jié)構(gòu)采用耐候鋼材,與之相匹配的伸縮裝置、支座、高強度螺栓、圓柱頭焊釘及拼接板等金屬構(gòu)件,均應(yīng)使用耐候鋼材。
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1.鋼梁架設(shè)。對于橋跨數(shù)較多的主線橋梁,推薦采用架橋機施工;對于跨河、跨谷以及橋墩較高的主線橋梁,可采用在一側(cè)岸進行主梁組拼,隨后頂推就位施工,若跨徑較大,可根據(jù)需要設(shè)置臨時墩支撐;其余地形條件可采用支架法施工。
2.橋面板安裝。鋼梁架設(shè)完成后,應(yīng)從一側(cè)或兩側(cè)同時吊裝鋪設(shè)橋面板。首先進行各跨正彎矩區(qū)橋面板預留剪力槽口及濕接縫混凝土的澆筑,待正彎矩區(qū)橋面板濕接縫混凝土達到設(shè)計強度和滿足彈性模量要求后,再進行中墩負彎矩區(qū)橋面板預留剪力槽口及濕接縫混凝土的澆筑。
?。ò耍┎捎霉芳俺鞘袠蛄涸O(shè)計規(guī)范的荷載,對本通用圖結(jié)構(gòu)進行驗算評估,各項指標均滿足規(guī)范要求。
?。ň牛锻ㄓ脠D》編制采用了BIM正向設(shè)計技術(shù),實現(xiàn)了BIM技術(shù)與通用圖一體化,通過參數(shù)化設(shè)計修改,任何一處參數(shù)發(fā)生變更,所有相關(guān)信息即隨之變化,可以實現(xiàn)梁高、板厚、板件位置等參數(shù)的變化,進而實現(xiàn)了不同跨徑和橋?qū)挼脑O(shè)計需求,自動完成工程量統(tǒng)計,實現(xiàn)二維及三維出圖等。
四、實施注意事項
?。ㄒ唬锻ㄓ脠D》使用者應(yīng)充分理解通用圖,根據(jù)具體工程項目的建設(shè)條件、荷載條件、施工方案與裝備條件等進行計算復核、論證,確保工程項目的質(zhì)量、安全和耐久。項目的設(shè)計者依法對《通用圖》在工程項目中的應(yīng)用負有全部設(shè)計責任。
?。ǘ锻ㄓ脠D》編制過程中,已對其中的裝配式混凝土護欄開展實車碰撞試驗驗證,結(jié)果表明:裝配式混凝土護欄的各項技術(shù)指標均符合《公路護欄安全性能評價標準》(JTG B05-01-2013)中SS級評價要求。護欄、伸縮裝置及支座等按圖推薦選用,因橋梁實際條件需求,在充分研究論證的情況下可采用其它類型。
(三)《通用圖》工字組合梁上部結(jié)構(gòu)可以與立柱蓋梁式橋墩、箱型薄壁式橋墩等下部結(jié)構(gòu)配合使用?!锻ㄓ脠D》使用者應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點及工程項目特點自行選定,并注意根據(jù)荷載組合條件,特別是特種荷載和地震、碰撞等偶然荷載條件,對下部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計驗算,確保結(jié)構(gòu)安全。
?。ㄋ模┚慕M織宣貫培訓?!锻ㄓ脠D》服務(wù)于各省(自治區(qū)、直轄市)的交通運輸主管部門、建設(shè)單位、勘察設(shè)計等單位,在公路建設(shè)中有廣泛的使用需求,需加強宣貫培訓,尤其對一線橋梁設(shè)計人員,以期正確理解并應(yīng)用好《通用圖》。同時建議對《通用圖》的使用情況進行跟蹤,進一步收集相關(guān)工作意見,利于修訂時研用。