ZB-200型装配式公路钢桥的研究设计

ZB-200型装配式公路钢桥的研究设计

型装配式公路钢桥的研究设计/011-.

朱永焯23徐关尧03苟明康4

526交通部规划司3北京

211748906总装备部工程兵科研二所3北京

02;14<=

2111:49

46总装备部工程兵科研一所3江苏无锡

摘

要>为了解决?装配式公路钢桥承载力不足A桥面较窄A疲劳寿命较低等问题而设计的-402@/011型装配.

式公路钢桥是一种由单销连接桁架结构主梁的下承式桥梁3其主要性能已达到当前国际同类产品的先进水平3对提高我国国防交通保障能力A完善战时交通保障体系将发挥重要的作用B关键词>贝雷桥9装配式桥梁9组合钢桥

中图分类号>;D602文献标识码>2870/4:<45011;=12/112;/1<C;E文章编号>

G前言

装配式公路钢桥是一种可分解的A能快速架设的A主要用于各种车辆通过江河A沟谷等障碍3并可在危桥A断桥上架设桥上桥及道路抢修时应急使用的制式桥梁B最初的装配式公路钢桥5国外称贝雷桥=由英国的唐纳德H贝雷5工程=IJKLMNOPQ.OJPRS师在2在第二次世:4D年第二次世界大战初期设计B界大战期间3这种贝雷钢桥被大量用于欧洲及远东战场9战后3世界各国都在原贝雷桥的基础上结合本国实际情况设计了类似的装配式公路钢桥B我国于01世纪81年代初期采用国产28TN钢把贝雷钢桥

设计成装配式公路钢桥5简称?装配式公路钢402@桥=从2在军事运输A抢险救灾A边3:8<年定型以来3境自卫反击A国际维和行动等应急交通保障中发挥了重要作用B

经过长期使用后3发现?钢桥存在许多需要402@解决的问题3如木桥面易损A双层架设不方便A承载力不足A桥面较窄A疲劳寿命较低等3特别是其腹杆型材D号工字钢为非标产品3组织生产有一定困难3且质量难以控制B因此3急需研制一种能解决以上问题的新型装配式公路钢桥UU-/011型装配式公.路钢桥B

VWYVZZ型装配式公路钢桥的组成X

/011型装配式公路钢桥是一种下承式的销-.

接桁梁桥B主要构件包括桁架A横梁A桥板A连接销及各种连接系构件5见图2构=B该器材的主要特点是>件简单A架设方便A标准化程度高A互换性强A结构形式多样A承载能力大A适应性好3可以保障履带式荷载<轮式轴压2以下的各种车辆通行3可用于1[A4[抢修被破坏的桥梁B

图GWYVZZ型装配式公路钢桥的组成X

V6G桁架单元桁架单元5图0是构成桥梁承重梁的基本构=件B主要采用2连接尺1号AD号0种槽钢组焊而成3寸>长4高0与61;D\3624;\B每片桁架重421]3^

桁架每片约0而在结构?402@71]^相比增加不大3上大大提高了抗弯性能3抗弯能力增加<8_B有些跨度桥梁原来用?钢桥桁架必须用双排或双层3402@而改用-这/011型钢桥桁架后只需单排或单层3.就至少节省4降低了桥梁造价B1_的用钢量3V6V横梁

收稿日期>0114/20/1;

作者简介>朱永焯5男3高级工程师2:;DF=3

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桥面净宽为5横梁长9双车道桥面净宽67826782

达:横梁长<6;9826;983-6.桥板

桥板/图5是桥面构件2用于直接承受履带式1

和轮式荷载作用3桥板长0宽=6=57826>583由桥;88的花纹面板和588的钢板冷弯焊接而成3板与纵梁组合在一起2通过栓接与横梁联成整体2改善了行车性能3

图-桁架单元

图?桥板

-6?加强弦杆

加强弦杆/图;用于加强桁架弦杆3加强弦杆1

的两端分别为阴头和阳头2中间有支撑架孔和弦杆

图.横梁

螺栓孔3支撑架孔用来连接支撑架@弦杆螺栓孔用来连接桁架和加强弦杆3-6A水平撑架和竖向撑架

横梁/图0是桥面承重梁2并对两侧主梁的稳1

定起支撑作用3横梁采用热轧4型钢制作2单车道

图A加强弦杆

水平撑架和竖向撑架用于连接同侧的多排桁架2使多排桁架形成整体结构2以便共同受力2撑架见图93

.6C设计理论与方法

与D钢桥相比207EFI7==型钢桥在设计方面GH采取了如下措施J

采用结构可靠性理论3首先采用有限元分析/E1方法对G得到各种响应2然后I7==钢桥进行建模2H通过可靠性理论分析桥跨结构体系可靠度3通过分析20<8双排单层加强型/I7==型装配式KLM1GH公路钢桥在履带I若横梁采用7;=级荷载作用下2:N号工字钢时横梁弯曲应力失效模式可靠指标OP桥跨端部斜杆压杆失效模式可靠指标O760;2P

跨中挠度失效模式可靠指标O体系可76>E2P56;>2靠指标O横梁对结构体系可靠度的影P76EE3可见2

.优化设计要点

图B撑架

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研究

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与设计

2I

据LM的试验H靠近桁架接头的抗风拉杆孔.NNMO

是疲劳寿命的薄弱点-为此.1233钢桥的抗风拉/0

响最大-为了提高结构体系可靠度.1233型装配/0式公路钢桥把横梁改用433号5型钢-这一改进

后.横梁弯曲应力失效模式可靠指标6体系7289:.可靠指标提高到6满足<军用桥梁体系可靠728;9.指标6不小于2的要求-8;=采用有限元分析方法-通过有限元分析可>2?知.1233型钢桥采用双排及双排以上组合结构型/0式时.有@无斜撑时对桁架受力影响不大.因此.1/0233型钢桥采用双排及双排以上组合结构型式时.取消斜撑-采用有限元和优化相结合的技术.改进端柱>A?受力性能.减少材料种类数-采用有限元和优化相结合的技术后.1233型钢桥的型材和棒材型号数分/0别为4和B而<钢桥的型材和棒材型号数分别.A2C=为:和C钢桥的端柱为压弯构件.C-<A2C=1233钢/0桥的端柱为轴向受压构件.改善了受力性能.经过分析可知.端柱应力不大.故其截面型式也由<钢A2C=桥的C测2号槽钢改为/1233型钢桥的C3号槽钢.0试结果表明.1233型钢桥端柱采用C3号槽钢是/0非常科学的-

杆的连接由与桁架连接改为与横梁连接-

图P现场试验时桁架下弦阳头端的破坏情况

Q8R结构构造方面

横梁从<钢桥每节桁架>C?减少横梁数量-A2C=上安设2根改为在233型钢桥每节桁架上安设C根

横梁-桥板与纵梁组合在一起.通过栓接与横梁联成整体.改善了行车性能-由于横梁每节由2根改为C根.那么横梁放在靠近桁架阴头端还是阳头端S经过

2I

可知.疲劳开裂均从单阴@阳头连接节点疲劳试验H

耳根部的焊缝开始.接头寿命由阳头端>单耳端?控制-现场试验表明.装配式钢桥的寿命由桁架下弦阳头端控制.图B为现场试验时桁架的破坏情况-另一方面.通过有限元分析可知.在偶数节桥梁跨中作用单位力时.靠近跨中横梁下的桁架下弦杆内力要比靠近跨中与桁架竖杆相连的下弦杆内力大23K-因

此.横梁必须放在靠近桁架阴头端.改善桁架受力条件.从而延长桥跨使用寿命-减轻桥板-桥板的优化和减重非常重要-作>2?

为直接承受履带及车轮荷载作用的部件.桥板的承载能力在一定意义上决定了整个器材的承载能力-图D<燕尾形=接头

在设计中.既要考虑桥板连接的方便.又要最大限度地提高其承载能力.减少结构自重.在材料已经确定的情况下.我们通过结构的优化设计达到了这一目标-主要技术措施是在桥板两侧设置<剪力销=以多.块桥板共同工作来降低单块桥板的负荷-理论分析和试验表明.剪力销=对于单块桥板减荷作用明显.<提高了器材的承载能力.降低了单块桥板重量.与英国曼比桥相比.桥板重量轻约4;T-U

改进桥板固定技术-与已有的固定方法不>A?同.桥板与横梁的连接固定采用了全新的<螺母套=连接技术.其结构同时实现了限位与连接的功能-该

提高了抗疲劳寿命-接头的疲劳寿命控制整>4?

个器材的寿命.原<钢桥的疲劳寿命约为CA2C=89;万次>应力幅为2时?而国际同类器材在相39EF.G同的应力幅下.疲劳寿命可达28B万次-为了提高

我们对1233型装配式公路钢桥的疲劳寿命./0

CI

钢桥的接头疲劳试验进行了分析H提出了<A2C=.燕尾形=的接头过渡形式.见图9这项<-试验表明.

措施大大改善了接头的疲劳性能.比<钢桥接头A2C=疲劳寿命提高J在3K-与英国曼比233型桥相比.材料性能较低的情况下.达到了相同的疲劳寿命-根

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技术的采用-使桥板的拼装与固定更加方便-且.螺母套/易于更换和维修0

取消了双层架设0.钢桥在架设双层结123456/

构时-一方面费时费力-另一方面极大地降低了材料但排数使用效率0795::型钢桥取消了双层架设-8增加到2排-极大地发挥了材料性能0在架设4:;

以上跨度的桥梁时-比用.钢桥架设速度有很大456/的提高-具有很好的军事和经济效益0

接头疲劳试验在IJ共完成=副K机上进行-接头试验0其中5副应力幅为5最大应力为5:IL1M最小应力为N5=4IL-4IL3-6副应力幅为6?:MM

最大应力为5最小应力为D164IL-4IL30ILMMM根据可比点的结果-应力幅为5时-5:IL5副接头M的疲劳寿命平均为5约为.钢桥的6>O万次-456/>?倍-与英国曼比5::型桥相当15>O4万次30试验结果表明-95::型装配式公路钢桥的接头疲劳寿命78远远超过了.钢桥0456/

<综合性能试验

为了检验795::型装配式公路钢桥的各项技8

术指标是否达到战技指标要求-以及加工工艺和精度是否符合图样要求-总装工程兵科研二所于5::5

年65月6日至5::4年6月5:日在陕西省西安市对4=>?;双排单层加强型795::型钢桥分别进8行了拼装试验@强度试验和通载试验以及桁架接头疲劳试验0

拼装试验主要检验样桥能否完成架设撤收作业-以及拼装连接是否方便@人工架设是否可行等内容-同时对各主要部件的外形尺寸进行了测量0试验表明-钢桥可以很方便地架设成单排单层加强型@双排单层加强型@4排单层加强型@2排单层加强型等结构型式的桥跨-由5含5名指挥员3进5名作业手1行4采用=>?;双排单层加强型桥跨的拼装作业-人工架设-作业手为工厂工人-拼装时间为6:A0

桥跨强度试验是在4=>?;双排单层加强型钢桥上进行的0完成了桥跨静载试验@动载试验等内容0试验按汽95:分别位于桥跨中部@5种规格的桥板上以及B并9D:位于桥跨端部等D个工况进行-C

考虑荷载最大偏心-试验共布置应变测点D使5个-用经纬仪对桥跨的挠度进行测量0采用5辆4自:E

所测数据与计算值吻合卸载重车模拟汽95:荷载-良好0

通载试验完成了器材装运@人工架设@主战坦克和装甲输送车通行等内容0全套4=>?;试验样桥

由4辆运输车装运-各主要部件重量均不超过2>5

能实现人工作业-在通行战斗全重为4的D?E=FG-式坦克时-桥跨挠度为DH桥跨稳定无异常响声-;-撤收顺利-无咬@卡等现象0

P结论

双16395::型钢桥能架设单排单层加强型@78

排单层加强型@4排单层加强型@2排单层加强型等结构型式的桥梁-适应性强0

设计上体现了.平战结合-军民兼用/的原153则0构件外形尺寸和单件重量易于拼装连接@装载运输-可完全由人工作业0桥板通过优化减重-改善了连接和固定方式-提高了承载能力-降低了单件重量0

采用先进设计理论和方法-在连接接头@桥143

板型式及固定@横梁结构及连接等方面有多项创新-克服了.钢桥的不足0456/

钢桥整体性能良好-承载能力得到了较大提123高-强度@刚度满足设计要求-延长了器材的使用寿命0

桥梁是交通线上的咽喉要道-目标暴露-易炸难修-一但遭敌破坏-即对我方作战行动产生重大影北约在对南的空袭中-始终把桥梁作为其轰炸的响0

首选目标-先后炸毁了多瑙河上的诺维萨德大桥等使南境内主要交通陷于彻底瘫痪0引D:多座桥梁-鉴南联盟的经验教训-联系我军现实军事斗争准备勿庸质疑-在未来高技术战争中-我国主要的实际-大江大河的桥梁也将是敌在未来战争的初期空袭的重要目标0我国台湾省工程兵部队为了提高道路工从美国引进了I5装配式公路钢桥-以程保障能力-保障各种重装备安全通过0因此-我国应尽快储备以保障重量不断增加的95::型装配式公路钢桥-78

车辆通过江河等障碍0

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参考文献

姬改县1军用可分解钢桥使用寿命及其改进型式--./徐关尧0/1工程装备论证与试验034440567869:6;2陶莉1装配式公路钢桥设计和使用中的几个问题--3/苟明康0/1工程装备研究0344.05.78.:;2孙宏才等1装配式公路钢桥车辆冲击系数研究--9/徐关尧0/1钢结构034430.<5=783.:392-6/徐关尧1装配式桥梁的现状及发展趋势-/1钢结构0.>>>0.659786<:6>2

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ZB-200型装配式公路钢桥的研究设计

作者：

作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

朱永焯， 徐关尧， 苟明康

朱永焯(交通部规划司,北京,100736)， 徐关尧(总装备部工程兵科研二所,北京,100093)， 苟明康(总装备部工程兵科研一所,江苏,无锡,214035)国防交通工程与技术

TRAFFIC ENGINEERING AND TECHNOLOGY FOR NATIONAL DEFENCE2004,2(1)6次

参考文献(4条)

1.徐关尧 装配式桥梁的现状及发展趋势 1999(03)

2.徐关尧;孙宏才 装配式公路钢桥车辆冲击系数研究[期刊论文]-钢结构 2002(05)

3.苟明康;陶莉 装配式公路钢桥设计和使用中的几个问题[期刊论文]-工程装备研究 2001(01)4.徐关尧;姬改县 军用可分解钢桥使用寿命及其改进型式 2000(04)

引证文献(6条)

1.黄卫国.何伟兴 新型战备钢桥ZB-200型钢桥简介[期刊论文]-中国科技博览 2009(19)

2.徐关尧.孙宏才.田平 "321"装配式公路钢桥安全性评价[期刊论文]-国防交通工程与技术 2009(2)3.徐关尧.朱杰 我国装配式公路钢桥的发展及应用[期刊论文]-钢结构 2009(7)

4.孙宏才.徐关尧.田平 用网络层次分析法(ANP)评估应急桥梁设计方案[期刊论文]-系统工程理论与实践 2007(3)5.陈争.束必清.张彦红.杨平.孙洪岩 地铁车站便桥结构承载试验内力挠度分析[期刊论文]-江苏建筑 2007(1)6.肖叶桃 装配式公路钢桥的类型、特点及其应用[期刊论文]-国防交通工程与技术 2007(3)

本文链接：/Periodical_gfjtgcyjs200401005.aspx

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