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出处：Stone A, Lindt J W V D, Chen S. Design and Costs for Simple-Made-Continuous Rolled Steel Girder Bridges: Literature Survey[J]. Practice Periodical on Structural Design amp; Construction, 2010, 15(3):231-235.
先简支后连续钢梁桥设计与造价的研究综述
A. Stone, A.M.ASCE~; J. W. van de Lindt, M.ASCE2; and S. Chen, M.ASCE3
摘要：在整个美国，采用先简支后连续方法修建的钢桥正越来越兴起，因为它 能显著地节约成本。特别是，该方法能避免钢主梁钢部分拼接，而且可以按简支 梁设计梁和板的恒重,然后其他的活载和剩下的恒荷按连续梁设计。这样消除了 判定和考虑棱角部位是有利与不利部位的时间。而且因为不需要大量拼接方面的 工作量，大大加快了建设速度。在 2006 年,科罗拉多州交通局发起了一项研究用 来：(1)评核当前使用标准型钢简支变连续的方法；(2)开发设计图表用以快速拟 定钢桥尺寸和进行简支变连续桥成本估算。本文直到 2007 年才为这种结构提出
一种先进的复核模式，本文集中研究了最近完成的很成功的此类土木工程项目。 土木工程数据库主题词：桥梁设计；钢梁；桥梁；钢材；造价。
本文关键词：简支变连续；钢结构设计；桥梁设计；型钢梁。
介绍
过去 50 年里，在美国的中西部，中小跨径的钢桥的建设规模已经下滑，最 好的形势，也只是保持稳态，而预应力钢筋混凝土桥梁结构占据着主要市场。特 别是在科罗拉多州，实际上钢桥梁建设市场渐渐消退而预应力的桥梁占据市场的 现象早已为人所知。它市场消退的一个原因是，在这个区域缺少与该州较强实力 的预制混凝土公司合作的钢铁厂。另外，在某些区，如科罗拉多州，缺乏可用资 金和创新工艺和机具去设计和修建钢桥梁，也妨害了这个产业发展。
在桥型式选择的投标过程中，投标者必须做一些准确预算钢材与混凝土方面 的工作。预制混凝土产业也已经致力于探究新的工艺使这个过程更加容易，随后 借此占据了在科罗拉多州的市场。这些工艺类型对于投标钢桥梁是行不通的，因 此，对设计和建筑承包商而言，需要在钢材的选择上做更多工作。这个趋势使得 投标者去思考出更容易的，随着时间推移，更令人熟悉的选择，而且此类选择逐 渐被预应力混凝土市场所占据。
简支变连续：经济性钢桥设计方法 修建多跨钢桥的传统方法是将设计它们为连续梁去分担所有类型的荷载。
在这种方法中，钢梁被预制和运送到作业现场，工人在低应力状态下用螺栓或焊 接拼接方法将它们组装起来。而最近有一个比较简单的方法，其中简支梁是按照 设计者的规定设计，然后主梁在桥墩处通过使用一个混凝土的隔板或一个搭接板 连接使之成为连续体系。（Azizinamini et al.2005）。在这种方法中，当混凝土路 面和搭接板浇筑完成时，简支梁的承受荷载就得考虑自重和潮湿的混凝土路面的 总和。混凝土隔板硬结之后结果就变成连续体系梁桥，所有其它的荷载（活荷载， 二期恒载）被连续体系的主梁共同承担。这一种理念称之为简支承受恒载，连续 承受活载，或者叫简支变连续体系（Azizinamini et al.2005）。与“传统方法”相 比参照，采用现场的拼装方法实现的简支变连续具有一些优点，主要有：(1)它 不需要昂贵的现场拼接费用；(2)减少在支点的负弯矩，同时增加了在跨中的正 弯矩；(3)全跨都采用等截面设计可以减少装配难度，最大限度减少钢梁的细节 设计；(4)小型号的起重机就能满足装配主梁系统的需求；(5)不需要现场拼装， 架设时间减少；(6)与常规比较方法相比，对交通中断影响较小。截至 2007 年， 有几个州已经开始在他们的一些钢桥中，设计和施工采用这种类型。已经修造了 简单变连续的钢桥的各州名单中包括科罗拉多州，新墨西哥州，内布拉斯加州， 俄亥俄州，和田纳西州。本文对这些桥梁项目做一个简单的概要，主要包括设计 方法和造价比较。
内布拉斯加州
最近内布拉斯加公路局与内布拉斯加大学联合合作，确定/制定一个小跨径
（80-110 英尺）钢桥梁比较经济合理的解决方案（Azizinamini et al.2003）。两个 提出的备选方案一个是主梁在简支时承担恒载，而连续时承担活载；另一个是主 梁全部连续承担所有的恒载与活载。随后进行的两个备选方案试验表明，连续时 承担活载的主梁，在支点处只产生一个较小的负弯矩，同时在跨中产生较高的正 弯矩（Azizinamini et al.2003）。这个结果很具有吸引力，正如上面提到的现象， 因为这样可以断定将主梁全长度设计为等截面是经济的。经过比较选择，内布拉 斯加大学推荐恒载简支而活载连续梁。他们最初在支点连接处细节构造设计，如 图 1 所示。
部分点焊
端板
混凝土横隔板
活载连续预应力筋
支点桥撴
弹性垫块
图片 1.内布拉斯加大学设计的连接板细节构造
六号嵌入钢筋
一座运用内布拉斯加州大学和全国桥梁研究协会制定的设计原则的研究性 桥建于奥马哈，内布拉斯加州。680 号州际公路大桥这座新的钢桥采用两个 97 英尺跨度取代了原来的四跨桥（Azizinaminiand Vander Veen 2004）。新推出连续 钢梁桥，在 2004 年八月完成，使用了四个 W40times;249 级 50W 梁，其三十二英尺 梁宽，再加上 7 英尺悬挑人行道。梁的中心间距为 10 英尺 4 英寸。这座桥采用 整体桥台，在桥面不需要设置支座或者伸缩缝。支点截面处，主梁坐落在一个由 一个海绵垫橡胶接头填料包围的 1.75 英寸支座。简支斜板通过横隔板交叉连接 构成承重加劲梁。在支点的负弯矩产生底部产生巨大的应力，足以压碎混凝土连 接板。因此，一块 2 寸厚的钢板与每个下缘无缝焊接，将压应力转移给钢板而不 是混凝土。 通过设置在主梁横向的加强筋也可以为它们附近的现浇混凝土连结 隔板提供额外支撑。(Azizinamini and Vander Veen 2004)。这座桥设计要求的混凝 土连接板被浇满三分之二，使梁暂时部分连续。当桥面现浇的时候，另外三分之 一将被浇筑完全，使主梁完全连续。在期间，这个过程促进了桥面板在现浇阶段 的稳定。在支座上的桥面板里设置加强筋可以提供的额外的连续性和应对张应力 的能力。对于这座钢桥梁，与使用现场拼接的连续主梁的方法，即常规方法相比， 由简支变连续的设计估计节约三分之一的费用。与现场拼接型钢桥概预算估价的 费用$0.75/1b 相比较，这座桥梁的费用共计仅$0.52/1b，(Azizinamini 和 Vander Veen 2004)。图 2 显示的是在奥马哈，内布拉斯加建造的研究性跨过州线 680 桥 梁的连接基本的细节。
图 2.制造一个带有混凝土隔板的连续梁
田纳西州
田纳西州也开发了并且应用了这个理念。在田纳西交通局的初步设计是一个 简单变连续梁桥（图 3）之一，连续性通过一块现浇内部加筋的 3,000 psi 混凝土 隔板连接支撑得以实现(Talbot 2005)。 一个 0.5 英寸的钢板被焊接在主梁的末端 承担了下缘的压应力。
图 3.田纳西州桥的初步设计
在田纳西试验桥梁采用四个跨径 65，71，71 和 45 ft 的 W36X150 等级 50W
的钢材，八道主梁间距在 9.3 和 11.5 英尺不等。不同的间距归因于桥面的宽度从
75 到 87 英尺不等。结构钢单位重量是 18.3 psf，就位费用为$0.72/lb。在田纳西 的其他地方，尽管混凝土隔板技术是成功，从经济上，与预制混凝土桥梁相比, 还是没有很好的竞争力(Talbot 2005)。交通局研究出另一个方法就是主梁全长等 截面以满足最大正弯矩的设计要求。这是通过在顶板处锚栓一个单面连接板得以 实现。受压的底板则焊接一个盖板得以与之相适应。二个梯形楔子紧紧嵌入了入
底板下缘之间的空白，与内布拉斯加设计细节相似。12 寸的槽钢肋骨与混凝土 隔板一起贯穿相邻 2 片主梁钢。 这个设计用于二跨，(87，76 ft) 40 ft 宽的钢桥 在 New.Johnsonville ，Tenn。六道 W33 ~ 240 等级 50W 主梁被修建，中心间距为 7.5 ft，一对结构钢单位重量 37.7psf。钢的投标人从低价格为 0.56/Ib 位，明显低 于较其先前的设计。桥梁建设的总只用了 90 天，无任何奖励机制赶工期原因。 该州交通局还设计了两个类似的桥梁，其中设计为整体式桥台。整体式桥台优势 包括被无缝设计，减少的维护，并有可能抑制震动。第一个是五个大跨度桥梁， 连接 Pond C reek 210 州道。此结构倾斜 35 度，跨度为 94，103，132，132，和 118 英尺。五片 W40X248 等级 50W 的梁支持 42ft 宽的桥面板。钢梁在 30 天内 完成。第二个是另一座型轧梁桥建于 2006 年，穿过线 158 和 71 州道。它包括六 个跨度 80，100，100，100，93，和 90ft。56 英尺宽的桥面由七道的 W30Ｘ173 等级 50Ｗ，间距为 8 英尺 2 英寸的主钢梁支撑。工程师估计桥的造价为 80/sq ft， 共 282 万美元。承包商投标的价格为$72.93/sq ft，总计 255 万美元（ Talbot 2005 ）。 沿全跨在支点处的混凝土隔板连接的详细构造如图 4 所示。
图 4.田纳西州桥墩处连续性细部构造
俄亥俄州
俄亥俄州交通部在 2003 年夏天修建了简支变连续钢箱梁桥作为替代桥梁。
现有结构为六跨钢桁梁，宽二十九英尺，桥横过美国 22（俄亥俄州交通部 2003 年）横跨瑟克尔维尔塞尔托河（90 ft 四跨，112 英尺 6 英寸主跨方法）。由于时 间所限，该州决定，加快项目的设计/建造工作。五片主梁，间距 9 英尺，用以 支撑整个桥梁，该桥是扩展到 44 英尺高性能钢梁，M270 级 50W。被设计为简 支，然后在现场通过混凝土横隔板实现成为连续梁。混凝土隔板为 3 英尺宽，并
在支点现浇形成与内布拉斯加州和田纳西州相类似的隔板形式。横梁和隔板也是 由一弹性支座与垫块组成。梁为板梁与 54 英寸腹板和 18 英寸翼缘。对美国 22
大桥，总的建设时间从拆除到新桥梁建设完成，为 48 天（俄亥俄州交通部 2003
年）。这座桥的总成本为 211 万美元，这等同于$ 75.6 每平方英尺。来源于俄亥
俄州的细部设计呈现如图 5 所示。
图 5 赛尔托河大桥桥墩处混凝土隔板细部构造
新墨西哥州
新墨西哥州交通部用于“恒载简支，活载连续”的方法设计连续跨的跨度 525 英尺（105 英尺/跨度），34.5 英尺宽更换钢板梁桥（Barber .2006）。上部结构 包含 4 片间距 7 英尺 4 的钢板梁，板梁的尺寸是腹板 54 英寸，顶板 13.8 英寸，
底板 17.3 英寸。（Barber .2006）这座桥在新墨西哥 187 线上横跨格兰德河，最终
建成于 2005 年的夏天。在较早的一个项目上，简支变连续的概念在美国运用于 U.S.70 新墨西哥州南部的大桥的双方案设计分析（预应力混凝土钢梁桥）。对于 美国 70 项目的设计顾问，Parsons Brinckerhoff 选标了 2 个方案的不同，它只是 超出建设费用$2100 万美元的 0.2% 。（Barber .2006）在这个项目上的一个创新 构件是在桥面板和横隔板的浇筑之后，混凝土横隔板外部设置在容许压力范围内 设置锚栓。在混凝土横隔板中加入钢筋，可以满足负弯矩的设计要求。钢筋还增 加在支点截面，以减轻连续性连接板处的压力，并在图 6 所示。大桥的费用为$75
每平方英尺。这比平方米的预制混凝土梁桥连接相比较的中标价分别为 68 和 88
每平方英尺（Barber .2006）。
平面图
150times;19times;0.299m
顶板
连接板
上翼缘
混凝土隔板
加劲板
网状板梁
立面图
图 6. NM187 桥上翼缘板搭接板细节构造
科罗拉多州
科罗拉运输部在 2006 年 7
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资料编号：[11704]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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