20世纪50年代采用整体节点技术的钢桁梁和钢桁拱技术

深海鱼

       桁梁和钢桁拱一直都是一个国家钢桥技术的重要标志之一。德国的钢桁梁和钢桁拱在1980年左右进入全焊接阶段。在此之前，大致在1950到1960年，以英国和德国工程师为主，钢桁拱和钢桁梁基本开始整体节点，此时的整体节点有采用焊接的，也有采用铆钉或螺栓连接的。下面列举20世纪50年代末的一座采用了整体节点的公路拱桥和一座采用了整体节点的公铁合建桥来说明一下在那个年代采用整体节点的钢桁梁和钢桁拱。

最后简单介绍一座60年代的三主桁铁路桁梁桥。

1 东欧某公铁合建桥

这座桥为主跨5X162m的等截面连续钢桁梁，桥梁建于1957-1962年。桥梁承载2线铁路，4车道公路和人行道。桥梁采用公铁平层合建，两线重载铁路位于桁梁的内侧，4车道公路位于钢桁梁的悬臂上。钢桁梁采用整体节点，当时德国工程师设计的是工厂焊接，现场栓接的整体节点，但是当时这个国家尚不能大批量生产高强螺栓，于是在工地采用铆钉来连接。
主桁梁中心距11.0m，桁梁高16m，桥梁总宽29.17m。铁路部分采用纵横梁体系的明桥面，公路部分采用在纵横梁体系上铺设混凝土板。

图 1该桥的总体布置

图2 本桥桁梁横截面

图3 本桥的典型整体节点

图 4 桥梁总体照片

图 5 桥梁典型整体节点

在当时的桥梁钢结构技术中，它的工作是开创性的。虽然这座桥的建成时间距今已近58年，但它的整体节点钢桁梁技术细节已经考虑得相当周到。它对此后钢桁梁整体节点技术的发展，起到了良好的引导作用。

现在来看它的结构。图3和图5中，除小竖杆外，弦杆和斜杆都是箱形杆件。大量采用箱形截面是非常值得肯定的，可以明显节省钢料。要知道，在我国钢桥弦杆中大量使用箱形杆件已比此桥晚了三十多年。

它的弦杆的内宽80mm，斜杆外宽与斜杆内高相同。这一点在早期这样做完全可以理解的，但现在已经改了，即将斜杆高减少2mm。弦杆拼接在节点外，节点板加厚到50mm，与竖板对接处做成斜坡。只是，斜坡没有离开节点板圆弧端。由于右边弦杆截面比左边大很多，所以拼接缝左边的翼缘板加厚伸过节点中心，然后与左边的翼缘板对接。不过，为什么下翼缘伸过那么多，已超出节点范围之外，不知是出于什么考虑。从受力角度讲，是不需要伸长那么多的。

它的杆件成形都是焊接，但工地连接是铆钉，而不是螺栓。节点中心和铆钉群外的隔板也是铆上去的。这些都是明显的早期特点，因为那时高强度螺栓技术的发展各国也是不平衡的，不使用是可以理解的。

特别值得注意的是右边这根斜杆。由于内力很大的压杆，翼缘板用到50X1000mm，腹板用到30X800mm，截面积还是不够。在那时，板厚用到50mm已经很不容易了，再加厚的话问题就更多了。在翼板外边焊了4块17X450mm的钢板。为什么要焊4块17X450mm的钢板？因为17mm钢板的局部稳定不容许，只好分成两块。这两块外贴板并未伸到杆端，而是终止于端隔板处。这一点很特殊，因为外贴板端以外的有效面积减弱了，除非在杆端采用更大的稳定折减系数。

本桥用钢每米大致10t。

图 6 本文作者考察本桥

2 非洲某公路拱桥

这是主跨245.4m的两铰拱桥，桥面宽度约10.0m，于1957年竣工，是一座公路两铰拱桥。这座桥承载两车道公路和人行道。拱肋采用钢拱肋，桥面采用在钢纵横梁体系上面铺设混凝土板。

该桥的总体布置

弦杆的内法兰连接构造

这座桥的桥面体系，其中的钢横梁因为使用了60年部分开裂。加纳公路局在2013年左右，把原公路桥面换为正交异性板钢桥面。

本文作者考察本桥

正因为使用了整体节点和内法兰连接技术，主拱肋每平方米的用钢量大致才246kg.

写历史的目的不是把读者拉向遥远的过去，更重要的是让读者看清楚这种技术的和现在的联系，这个联系本文不再赘述，感兴趣的朋友可以仔细慢慢去品味和对比。

另外可以设想一下，在今天如果重新设计这些桥，我们设计的能超越原设计吗？设计的出来的用钢量能比别人低吗？

作者简介

工学博士，桥梁工程师，英国注册工程师。在12个国家设计和咨询大型桥梁30多座。主要研究方向为：钢桥，钢-砼结合梁桥，桥梁总体设计。以第1作者发表钢桥，钢-砼结合梁桥领域的论文14篇。其中SCI收录11篇，EI收录20篇。获得2016年度《英国桥梁工程学报》优秀论文奖。设计的桥梁中已有三座登上国际杂志封面。