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    烏蘭察布鋼結構大型橋箱梁熱浸鍍鋅的大型橋鋼梁設計要點

    作者:admin 發布日期:2018/10/18 關注次數: 二維碼分享
    烏蘭察布鋼結構報道:大型鋼結構橋箱梁熱浸鍍鋅的大型橋鋼梁設計要點

    (一)熱浸鍍鋅方式的確定

    烏蘭察布鋼結構設計熱浸鍍鋅鋼橋首先需要決定采用何種鍍鋅方式,目前,鋼結構箱梁隨著截面形式、大小的不同,可采用下列三種鍍鋅方式。

    全截面熱浸鍍鋅法:

    尺寸小于鋅鍋,完成鋼結構箱梁每段焊接制造后,以整體段全截面方式浸漬至鋅鍋內鍍鋅。

    分割式熱浸鍍鋅法:

    尺寸大于鋅鍋,浸鍍時需要分割鋼結構箱梁成若干段,并做適當的加勁處理來控制變形,待完成鍍鋅程序后再用螺栓連接方式按照截面結構要求組合鋼結構箱梁。

    烏蘭察布鋼結構大型橋箱梁.jpg


    大于鋅鍋的鍍鋅新工藝:


    分割式熱浸鍍鋅法雖然可克服鋼結構箱梁的尺寸大于鋅鍋的矛盾,但仍有增加抑制變形夾具、增加螺栓接頭數量及外觀不好等缺陷。

    為解決這個問題,目前已有鍍鋅企業開發出大于鋅鍋的鋼結構箱梁鍍鋅新工藝,這種工藝采用鋼板先鍍鋅,再焊接制造鋼結構箱梁,在鋼結構箱梁設計切割完成后的鋼板上焊接加勁材料及裝設抑制變形的構造材料,并在鍍鋅后預定的焊接部位作記號涂漆,或者保證鍍不上鋅的處理劑,待鍍鋅完成后在焊接組裝鋼結構箱梁。

    本例依據橋梁跨距及鋼結構箱梁的型深進行配置,并參考了臺灣島內外相關鋅鍋尺寸及評估技術成熟程度后,決定采用全斷面熱浸鍍鋅方式,進行設計、施工。

    (二)熱浸鍍鋅工件本體設計步驟

    橋梁配置計劃:

    本例中,上部結構配合捷運禮車上下行線,采用雙鋼結構箱梁配置,并以橫梁連接鋼結構箱梁。


    烏蘭察布鋼結構大型橋梁.jpg


    下部結構共有16個橋墩,為鋼筋混凝土橋墩配以樁基基礎,其中橋墩P1~P12為直線段,P12~A1橋面為曲線段(曲率半徑38m),橋墩P3~P6處及P12~P15處,需要跨越路口,采用大跨徑三跨連續鋼橋,其跨度分別為25m、40m、25m直線橋及32.2m、53.6m、32.2m曲線橋,其余配置配合實際軌道接到底下管線位置調整,采用三跨連續鋼橋,其跨度為21.5m、21.5m、21.5m。

    直線段保持箱梁型深1.25m、曲線段箱梁型深由1.25m漸變到1.5m。

    決定鋼結構箱梁尺寸:

    為能順利將鋼結構箱梁浸入鋅鍋中,考慮市場的鋅鍋規格(包含鍋寬、鍋深等)及大曲線鋼結構箱梁實際放樣,本例控制鋼結構箱梁寬度(含輔助拖梁長度)為2.84m,型深1.25m~1.5m,于鍍鋅時將鋼結構箱梁翻轉90°吊放。

    決定鋼結構箱梁每段長度:

    考慮交通運輸、大曲線鋼結構箱梁的曲率、坡度、鋅鍋長度及鍍鋅企業天車起重能力,控制鋼結構箱梁每一段的長度,直線段小于14m,曲線段小于10m。

    決定烏蘭察布鋼結構箱梁的鍍鋅量:

    鍍鋅的壽命與其鍍鋅層厚度成正比,一般鍍鋅層的耐用年限計算方法是以鍍鋅層殘存10%的時間定用耐用年數,本工程依據橋梁的使用年限、維護問題及鍍鋅時的溫度、浸漬時間等,決定鋼結構箱梁鍍鋅附著量為600g/m2、螺栓及螺母附著量550g/m2。

    細部分析與設計:

    建立橋梁整體有限元法分析模式,考慮主跨(三跨)與臨跨(兩跨)效應的影響采用靜力分析、反應譜動力分析及時效分析,并進行設計校核工作。

    工作應力校核:

    校核大梁疲勞應力、變形及轉角需求,依據應力需求配置鋼結構箱梁及隔板位置等。


    烏蘭察布鋼結構大型橋箱梁熱浸鍍鋅的大型橋鋼梁設計要點.jpg


    烏蘭察布鋼結構箱梁極限強度設計:

    依照抗震規范進行橋墩的耐震設計及基礎設計等。

    (三)熱浸鍍鋅工件本體的細部設計要點

    熱浸鍍鋅鋼結構箱梁設計的基本原則依據橋梁設計規范要求的許用應力值、板厚、其他設計考慮因素外,也針對鍍鋅特性及需求考慮下列要素:

    增加加勁板:

    烏蘭察布鋼結構箱梁厚度、隔板及腹板豎向加勁板,已滿足公路橋梁設計規范要求,無須設置腹板縱向加勁板,只需考慮鋅鍋內高溫對鋼結構箱梁產生的不均勻變形,于應力較大處,應增設加勁板以減少這個變形,并利用有限元法軟體模擬高溫下鋼結構箱梁的應力分布。

    控制鋼板厚度比:

    控制鋼結構箱梁翼板與腹板的板厚,避免翼板與腹板板厚比差異過大,板厚相差太大時易造成厚板鍍鋅量遠高于薄板,造成厚板鍍鋅附著力不足而剝落且易因熱應力產生變形,設計時控制翼板、腹板厚度的比值在2.5以下。

    烏蘭察布鋼結構箱梁的腹板,在結構中主要用于承受剪力,熱浸鍍鋅鋼結構箱梁除了需要滿足翼板鋼橋的設計外,也需要考慮翼板與腹板的厚度比,以及鋼結構箱梁旋轉90°后,其腹板的功能轉變為翼板的功能(抗彎曲力矩用),并需要考慮放入鋅鍋時,鋅液浮力對腹板的面壓力,及吊起時鋅液對鋼結構箱梁內部對腹板的面壓力,故鍍鋅鋼結構箱梁應增加腹板厚度,并加強腹板面外強度(采用減少豎向加勁板間隔及增加縱向加勁板段數)以避免腹板彎曲變形。


    烏蘭察布鋼結構大型橋箱梁熱浸鍍鋅的大型橋鋼梁設計.jpg


    鍍鋅螺栓強度的增減變化:

    鍍鋅后螺栓在連接時,需考慮接合面的抗滑系數會降低的問題。其設計容許剪力強度依照公路橋梁設計規范所規定的數值予以增減變化。

    避免采用強度過高的高拉力螺栓:

    鍍鋅螺栓設計時考慮A490或F10T級以上的高拉力螺栓,鋅液溫度超過高拉力螺栓回火溫度,其機械性能將發生變化或造成延遲破壞,故采用A325螺栓進行設計。

    確保鋅液流動順暢性:

    烏蘭察布鋼結構鋼結構箱梁中,開孔主要是焊接的需求,其次為了保證鋅液流動的順暢性,增加加勁板開孔以避免漏鍍發生,并減少工件在鋅液中的浮力,其開孔大小與一般鋼橋不同。以本例來分析,與當地現有的舊鋼結構箱梁在外觀上盡量接近一致,為了美觀,采用了梯形截面結構,尤其需要注意不均勻變形,以及鋅液流動順暢性的問題。

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