对2015版公路钢结构桥梁设计规范若干条文的理解与思考

刘甜甜 陈正星 陈耀军 王亚萍

摘要 通过对比中日几本钢结构设计规范，对受压加劲肋刚柔性判断、弯剪复合应力、角焊缝计算长度及钢箱梁隔板需求刚度等内容，总结出设计中对新版《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D60—2015）（以下简称“规范”）的几点体会，供设计人员在实际工程中参考使用。

关键词 受压加劲肋; 刚柔性判断; 横隔板; 需求刚度

中图分类号 U442.5 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0181-03

0 引言

近年来，随着国家政策引导，钢结构桥梁应用越来越多。1986年版公路钢结构桥梁规范，编制年代久远，已经远远不适应公路钢桥建设发展的形势需求。2009年，国务院要求交通运输部组织开展了在建桥梁改用钢结构论证分析，2013年，中国钢结构协会组织编写了“钢结构在建设领域中推广应用的方案”，同时随着环保、可持续发展理念逐步完善，人工成本提升，钢结构越来越具有经济技术优势，大力推广碳排放量低的钢结构桥梁势在必行，新版《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D60—2015）[1]应运而生。各设计单位对该规范部分条文理解不同而产生意见分歧，鉴于该规范整体框架与《日本道桥示方书·钢桥篇》[2]类似，该文结合上述两本规范和国内其他钢结构规范，对公路钢结构桥梁设计规范部分条文予以探讨，希望对这些分歧意见的统一有所裨益。

1 对公路钢结构桥梁设计规范部分条文的理解与思考

1.1 关于钢结构冲击韧性

对于基材与焊缝，公路常规钢结构桥梁采用低合金高强度钢，冲击韧性规定不明确。铁路钢桥均用桥梁用钢，冲击韧性规定明确。例如对冲击试验部分的低温冲击功，该规范要求焊缝不低于基材，无论焊缝还是基材都需满足34J（Q345），可能会造成钢厂供货按照满足34J出厂，但焊接后就不能满足34J的要求。可以借鉴《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 10091—2017）[3]附录A中写法进行明确。

1.2 关于抗倾覆验算

规范在4.2.2条[1]采用抗倾覆稳定系数来验算，但对具体指标及机理描述未知，设计应用存在一定困难。指标建议按照国标《钢-混凝土组合桥梁设计规范》（50917—2013）[4]增加约束的扭转角，并参考《日本道桥示方书·钢桥篇》[2]在1恒+2活（或不利风）组合下不出现负反力。

1.3 关于挠度验算

规范表4.2.3[1]表注：当荷载作用于一个跨径内有可能引起该跨径正负挠度时，计算挠度应为正负挠度绝对值之和。规范本身条文规定主要针对悬索桥或拱桥制定的，而实际工程中，部分设计者对于梁桥仍旧采用不同跨产生的正负挠度绝对值之和，对于梁高受限情况下，不得不加厚顶底板厚度提高截面惯性矩从而提升刚度满足规范要求，造成不必要的材料浪费。李乔在《公路桥规挠度限值方式讨论》[5]一文中表明，即使悬索桥或大跨度拱桥，一跨内正负挠度相加也存在一定争议。

1.4 关于受压加劲肋刚柔性判断

张华敏[6]关于5.1.6条条文进行了公式推导，规范中计算横向加劲肋相对刚度公式分母中a应为b。该条文引自日本桥梁设计规范，分母中a修改为b后，公式基本与日本一致。

横向加劲肋的相对刚度规范原公式：

（1）

建议调整公式：

（2）

公式中字母意义同该规范。

《日本道橋示方书·钢桥篇》[2]4.2.5款公式如下：

式中：α为加劲板纵横尺寸比，α=a/b，a和b字母意义同该规范;α0为加劲板纵横尺寸比界限，;为纵向加劲肋相对刚度比，;其余字母参数意义见《日本道桥示方书·钢桥篇》4.2.5款。

下面通过一个小例子来验证：

已知：腹板间距：4 400 mm，隔板间距：6 000 mm，

中间插入2道横肋，顶板设置14道板式纵向加劲肋，加劲肋尺寸为（220×20）mm，横肋采用倒T型，腹板尺寸为（420×20）mm，翼缘尺寸为（320×20）mm，钢材均采用Q345C钢材。计算结果见表1：

由表1可知，采用修改后公式计算与日本公式计算结果基本一致。如仍采用原规范公式计算，为了满足刚性加劲肋要求，必须增大加劲肋尺寸，造成了材料浪费。

1.5 关于腹板纵向加劲肋设置高度

规范第5.3.3条，当腹板需要设置1道纵向加劲肋时，设置高度为距离翼缘板为0.2倍的腹板高度，当需要设置2道纵向加劲肋时，设置高度分别为0.14和0.36倍腹板高度。在条文说明中提到，本条规定基于中性轴位于腹板中心附近，当腹板受压区高度相对于腹板高度很大时，应采用其他更精确的方法计算。在组合梁设计时，当设计为恒载组合梁（混凝土面板和钢主梁形成组合截面之后共同承受恒载和活载），对于小跨度简支组合梁而言通常中性轴位于混凝土桥面板或距离上翼缘很近，腹板加劲肋需求弱。在设计中应搞清楚规范本意，合理应用，以免浪费材料或结构不安全。此外梁高很高时，不仅仅需要布置两根纵向加劲肋，希望规范补充明确。

1.6 第一体系、第二体系叠加的问题

在钢箱梁桥设计中，常规设计方法是将顶板正交异性桥面板采用第一体系和第二体系应力叠加控制结构设计。第一体系：作为纵腹板主梁的上翼缘组成部分，顶板及纵向加劲肋参与主梁体系的受弯承载，同时主梁体系需要考虑剪力滞效应、局部稳定造成的有效宽度折减。此效应采用车队荷载的等价活载——车道荷载。第二体系：车轮荷载纵向传递给横隔板，此效应必须考虑轮载特性。杆系模型的纵向计算中并不建立横隔板（也没法建立），忽略了顶板纵肋将力流引导到横隔板的这个力流流向，因此需要额外计算顶板加劲肋被隔板支撑的第二体系，与第一体系应力叠加。

日本钢箱梁桥面通常设置60～80 mm浇筑式沥青铺装。在冬季时铺装硬化，对荷载有一定扩算作用，但在夏季铺装软化，荷载扩散效用大打折扣，因此不考虑铺装层扩散。同时考虑第一体系和第二体系时时容许应力可提高40%[4]，而国内设计习惯是第一体系与第二体系应力叠加并不折减。

此外与各大设计院沟通，设计者计算第二体系应力时，采用1.8的车辆分项系数，而实际情况对于从来不跑三联轴的桥梁，理论上不需要采用1.8的分项系数。

而在我国规范中并未见相关条文，希望规范补充明确。

1.7 弯剪复合应力验算

5.3.1-6条公式右侧为1[1]，对比《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01—2015）[7]7.2.2-3条和《钢-混凝土组合桥梁设计规范》（GB 50917—2013）5.2.2条[4]，该规范多了1.1（结构重要性系数）×1.1（点应力放大系数）=1.21倍，显然该规范折算应力控制过严，建议公式右侧调整为1.1。

弯剪复合应力规范原公式：

（10）

建议调整公式：

（11）

1.8 关于角焊缝计算长度

6.2.19条[1]，规范规定侧面角焊缝计算长度，当承受动荷载时，不宜大于50hf;当受静荷载时，不宜大于60hf。当计算长度大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。在计算支承加劲肋角焊缝强度时往往会遇到焊缝长度不够后加大角焊缝尺寸问题，造成焊缝材料浪费和增加焊接工作量。该条文出自《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）[8]，新版《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）[9]条文中对此进行了修订：11.2.6明确角焊缝计算长度可以超过60hf但不应超过180hf，超过60hf时，焊缝承载力设计值乘以折减系数αf：

（12）

公式中字母意义同《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）。夏志斌[10]在书中也有明确。

1.9 关于钢箱梁横隔板需求刚度

针对8.5.2条条文说明[1]，部分设计者对该条文的应用存在一定误解。对于钢箱梁桥，国内设计习惯采用单箱多室结构，设计者仍旧采用该规范验算结构。实际上，规范公式中主扇惯矩应为畸变翘曲惯矩，只针对单箱单室或对称双室有解析解，而规范给出的解析解仅针对单箱单室情况。

该规范条文在假定横隔板相对刚性的基础上参考日本经验限制隔板间距及刚度要求用于控制箱梁畸变翘曲正应力。当等效跨径L<50 m时，实际横隔板间距LD≤6 m，但计算需求刚度时，LD≤6 m时，取6 m计算（日本大量实际桥梁小跨径隔板间距6 m左右没有安全问题，允许间隔最大6 m）。

当等效跨径L大于50 m时，实际横隔板间距与等效跨径相关，且不宜大于20 m（长大跨径放宽隔板间距要求，但也不宜大于20 m。实际考虑施工过程制造运输及加工，隔板间距也一般在6 m左右）。

理论上规范公式对横隔板刚度要求过高，从精细化设计出发，可以采用薄壁杆件理论或有限元方法计算真实应力状态，优化横隔板设计。

2 结语

由于对《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）部分条文的理解不同，造成在规范执行中产生意见分歧，有必要作进一步探讨和说明。另外规范在部分条文中存在纰漏，希望补充修正。该规范结合最新的极限状态法设计理念，同时很多内容脱胎于容许应力法，规范编制经费有限，时间仓促，些许纰漏在所难免。未来国内一定会有结合国内实情、基于最新实验和相关科研课题而自成体系的中国规范。

参考文献

[1]公路钢结构桥梁设计规范：JTG D64—2015[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[2]社团法人.道路桥示方书·同解说Ⅱ·钢桥篇（H29）[M].东京：日本道路协会，2017.

[3]铁路桥梁钢结构设计规范：TB 10091—2017[S].北京：中国铁道出版社，2017.

[4]钢-混凝土组合桥梁设计规范：GB 50917—2013[S].北京：中国计划出版社，2013.

[5]李乔.公路桥规挠度限值方式讨论[EB/OL]. https：//mp.weixin.qq.com/s/4t1CJ2CcCseieF-Y5f-KSA.

[6]張华敏.加劲板横向加劲肋刚性判断公式的一种推导[J].上海公路，2019（1）：61-63+5.

[7]公路钢混组合桥梁设计与施工规范：JTG/T D64-01―2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

[8]钢结构设计规范：GB 50017—2003[S].北京：中国计划出版社，2013.

[9]钢结构设计标准：GB 50017—2017[S].北京：中国建筑出版社，2017.

[10]夏志斌.钢结构设计：方法与例题[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2005.