隨著大跨橋梁的大規(guī)模應用，大量采用鋼結(jié)構(gòu)是我國交通基礎設施未來發(fā)展的必然趨勢。橋梁造價應綜合考慮建設成本、安全耐久、管理養(yǎng)護等各種因素，鋼結(jié)構(gòu)橋梁自重較輕，節(jié)約了下部結(jié)構(gòu)造價，同時施工速度較快，工期較短。鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性能不足的問題可采取涂裝長效高性能防腐涂料、采用耐候鋼等方法解決。
鋼結(jié)構(gòu)橋梁分鋼箱梁、鋼桁梁全鋼結(jié)構(gòu)，鋼混組合梁結(jié)構(gòu)（鋼板組合梁橋、鋼箱組合梁橋、波形鋼腹板橋梁）
新時期公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設計、建設情況
鋼桁梁橋
貴陽至黔西高速公路：鴨池河大橋---主跨800m鋼桁梁斜拉橋
(72+72+76+800+76+72+72)=1240m雙塔雙索面半漂浮體系的混合梁斜拉橋，邊跨為預應力混凝土箱梁，中跨為鋼桁梁結(jié)構(gòu)，邊中跨比為0.275。鋼桁梁結(jié)構(gòu)采用“N”型桁架，橫向兩片主桁，中心間距為27.0m，桁高7.0m，節(jié)間長度為8.0m。
湖北宜昌至張家界高速公路：白洋長江公路大橋---主跨1000m鋼桁梁懸索橋
主橋采用單跨1000m雙塔鋼桁梁懸索橋。
主桁架采用華倫式，中心距36m，桁高7.5m，小節(jié)間長度7.5m，兩節(jié)間設一吊點，4節(jié)間作為一節(jié)段整體吊裝，標準吊裝節(jié)段長度30m，端吊裝節(jié)段14.2m，跨中吊裝節(jié)段10.58m。
鋼混組合梁橋
多座橋梁采用30m~50m鋼混組合梁通用圖設計。
充分利用鋼材和混凝土的材料優(yōu)勢，混凝土提高了鋼梁的穩(wěn)定性。
減小結(jié)構(gòu)高度、提高結(jié)構(gòu)剛度、減小結(jié)構(gòu)在活荷載下的撓度。工廠化生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝質(zhì)量高、施工費用低、施工速度快。
大幅減少水泥用量，減小對環(huán)境污染。存在抗扭剛度較弱、適用跨度不大的缺點。
結(jié)構(gòu)形式設計選擇
組合小箱梁斷面存在梁高矮，鋼結(jié)構(gòu)后期養(yǎng)護不便利問題；
工字梁組合斷面施工過程中梁的側(cè)傾及鋼腹板的穩(wěn)定問題較為突出；
設計優(yōu)化組合箱梁和工字梁的優(yōu)勢，將工字鋼梁兩片組合為一榀一起預制吊裝，形成工字梁組合斷面。
架設方案
施工：采用橋面吊機將兩片鋼梁和橋面板組成一榀后，整體預制吊裝架設。
鋼板組合梁橋
多座大橋采用40m、50m鋼混組合梁橋設計。
負彎矩區(qū)結(jié)構(gòu)設計關(guān)鍵技術(shù)↓↓↓
1 配筋限制裂縫寬度法
2 支座頂升法
3 預加荷載法
4 施加預應力筋法
5 抗拔不抗剪連接新技術(shù)
抗拔不抗剪連接新技術(shù)
對于負彎矩區(qū)段，應用清華大學聶建國院士的創(chuàng)新技術(shù)---抗拔不抗剪連接新技術(shù)，有效解決負彎矩區(qū)開裂的難題。
波形鋼腹板組合梁橋
主跨跨徑范圍為70m~110m，在甘肅、廣東珠海分別完成各一座，主跨跨徑分別為100m和160m，組合箱梁均為變截面，懸臂澆筑施工。
波形鋼腹板組合梁橋設計關(guān)鍵技術(shù)
1、根據(jù)抗剪強度與剪切屈曲穩(wěn)定性合理選擇波形鋼腹板的厚度與形狀。波形鋼腹板在縱向由于折皺效應，其縱向抗拉壓剛度小，故設計時認為波形鋼腹板不承受軸向力：即近似認為抗彎慣矩計算可僅考慮混凝土頂、底板，而剪力則完全由鋼腹板承擔，且剪應力在腹板上作均勻分布。
2、折形腹板間的連接
臨時栓接+焊接形式
3、波形鋼腹板與混凝土頂板的連接：波形鋼板與混凝土頂板的連接采用埋入式連接，即在波形鋼板的頂端焊接鋼板，鋼板上焊接穿孔板，使之與混凝土板結(jié)合在一起。
4、波形鋼腹板與混凝土底板的連接：目前采用了兩種方式：一是常規(guī)的埋入式；另一種為托底式連接。
波形鋼腹板與混凝土頂板的連接
波形鋼腹板與混凝土底板的連接-埋入式
波形鋼腹板與混凝土底板連接-托底式
常規(guī)跨徑和橋型的鋼結(jié)構(gòu)應用經(jīng)濟分析
對部版預制T梁和小箱梁指標統(tǒng)計：
組合梁指標統(tǒng)計：
幾座高速鋼板組合梁與T梁、小箱梁上部結(jié)構(gòu)重量比較表：
通過以上表對比可看出：30m跨組合梁總重相比T梁減輕36%，40m跨組合梁總重相比T梁減輕41%， 50m跨組合梁總重相比T梁減輕43% 。
幾座高速抗震結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析對比L：
由上表可知，相比混凝土T梁，上構(gòu)采用組合梁,E1、E2地震作用下橋墩內(nèi)力大幅降低，降低比例為11.5%~26.8%。因此,在高烈度地區(qū)，上部結(jié)構(gòu)采用組合梁形式更具優(yōu)勢。
從經(jīng)濟性上看，對于地震動峰值加速度0.4g的情況，由于上部組合梁支承反力的減小，地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力大幅減少，總體上組合梁造價低約8.2%左右，具有優(yōu)勢。
一般地區(qū)高速鋼混組合梁經(jīng)濟性：
綜合上、下部結(jié)構(gòu)后，總體上40m、50m鋼混組合梁較預制T梁造價分別增加了13.1%、18.9%。
70~160m波形鋼腹板經(jīng)濟性分析：
與常規(guī)混凝土梁相比，波形鋼腹板混凝土用量減少10%~25%，預應力用量減少15%左右，鋼材用量增加40%左右，同時下部結(jié)構(gòu)總量可減少20%左右;
在75~130m跨徑范圍內(nèi)，波形鋼腹板與連續(xù)剛構(gòu)經(jīng)濟性相當;
在130~160m范圍內(nèi)，波形鋼腹板造價高約13%;
另外考慮到波形鋼腹板橋梁抗扭性能較弱，對跨徑90～160m范圍的曲線橋梁，建議仍采用預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。
山區(qū)高速公路鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的幾點思考
1、加強推動高性能結(jié)構(gòu)鋼的應用
在中小型橋梁中，橋梁鋼結(jié)構(gòu)的應用面臨PC橋的競爭，為提高競爭力，高性能鋼結(jié)構(gòu)鋼的應用成為國際鋼橋發(fā)展的重要措施。
我國鐵路鋼橋多采用《橋梁結(jié)構(gòu)用鋼》（GB/T714-2015）,而建筑鋼結(jié)構(gòu)、公路鋼橋則多采用《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》（ GB/T 1591）。目前耐候鋼的材料性能基本達到了橋梁鋼結(jié)構(gòu)標準，應當大力推廣應用。
2.加強橋梁結(jié)構(gòu)方案比選：
優(yōu)先選用鋼結(jié)橋梁的工程：
鋼結(jié)構(gòu)橋梁自重輕，尤其在特大跨徑橋梁、高地震烈度區(qū)橋梁中優(yōu)勢明顯、應該優(yōu)先選用。
彎坡斜等特殊形狀的橋梁，受力條件復雜、適宜鋼材各向同性的優(yōu)勢發(fā)揮，應優(yōu)先采用。
3.做好鋼結(jié)構(gòu)橋梁的選型工作：
每一類結(jié)構(gòu)，根據(jù)細部結(jié)構(gòu)差異又可以分為多種結(jié)構(gòu)類型，每種結(jié)構(gòu)有其各自的特點和適用范圍。
4.加強鋼結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)造設計：
細部設計
加強節(jié)點、截面過渡和連接部的細部設計，做到結(jié)構(gòu)連續(xù)均衡，避免斷面突變和過分應力集中，減少結(jié)構(gòu)疲勞損傷。
防腐設計
完善排水設計，切實做到不滲不漏，防止橋面水對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，強化排水系統(tǒng)材料選擇、結(jié)構(gòu)設計和施工安裝等精細化設計。
穩(wěn)定設計
加強上部結(jié)構(gòu)的抗傾覆構(gòu)造設計和驗算，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對于箱型整體性斷面，支點間距不宜小于結(jié)構(gòu)寬度的60%.
鋼結(jié)構(gòu)橋梁斷面尺寸小，構(gòu)造設計對橋梁結(jié)構(gòu)的安全和耐久性影響顯著。應針對鋼結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)造特點，重點做好細部構(gòu)造設計。
鋼結(jié)構(gòu)橋梁適宜工廠化制造、工業(yè)化生產(chǎn)，應通過結(jié)構(gòu)標準化、加工只能化，更好地提升鋼結(jié)構(gòu)橋梁建造品質(zhì)，降低建設成本，提高生產(chǎn)效率。
設計師：統(tǒng)籌考慮鋼結(jié)構(gòu)橋梁標準化設計、工廠化制造等問題，合理劃分構(gòu)件和節(jié)段。
施工現(xiàn)場工程師：鋼結(jié)構(gòu)拼裝方案要進行專項設計，現(xiàn)場拼裝可以采用焊接連接，也可以采用栓接、鉚接等方式，盡量減少施工現(xiàn)場焊接、防腐涂裝，增加施工操作的便利性，保證質(zhì)量耐久性。
來源：路橋工程設計
