《公路鋼橋強韌性抗疲勞設(shè)計與建造技術(shù)規(guī)

程》（征求意見稿）

編制說明

一、工作簡況

（一）任務(wù)來源

本文件由哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出，經(jīng)中國技術(shù)市場協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化工

作委員會批準(zhǔn)，正式列入2022年團體標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃，標(biāo)準(zhǔn)名稱為

《公路鋼橋強韌性抗疲勞設(shè)計與建造技術(shù)規(guī)程》。

（二）項目背景

鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有自重輕、跨越能力強、施工周期短、可回收利用

等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、市政和軌道橋梁建設(shè)。進入21世

紀(jì)，中國橋梁建筑材料、設(shè)計、制造和施工技術(shù)水平不斷提升，中國

橋梁正在由橋梁大國向橋梁強國邁進。隨著國家推進交通強國和雙碳

戰(zhàn)略，高品質(zhì)、低碳、綠色是橋梁可持續(xù)性發(fā)展的主題，現(xiàn)代化的橋

梁設(shè)計更加重視結(jié)構(gòu)安全性、適用性、耐久性、易維護和低碳節(jié)能，

傳統(tǒng)的鋼橋建設(shè)技術(shù)已不能很好滿足這些要求，亟需進行橋梁建造材

料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造技術(shù)創(chuàng)新，建設(shè)符合中國交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展

需求的強韌性鋼橋。

（三）目的意義

聚焦中國橋梁建設(shè)的現(xiàn)實需求，國內(nèi)學(xué)者研究提出了強韌化、長

壽命鋼橋的設(shè)計新理念，并將建筑新材料、創(chuàng)新結(jié)構(gòu)形式、創(chuàng)新設(shè)計

理論和建造新技術(shù)進行有機結(jié)合。強韌性鋼橋具有突出的結(jié)構(gòu)綜合性

能和全壽命周期經(jīng)濟性，可滿足艱險、極端環(huán)境作用下快速建造、易

1

維護少維護、綠色低碳等建養(yǎng)一體化技術(shù)需求，更符合低碳、環(huán)保的

綠色交通發(fā)展理念。

目前，國內(nèi)外尚無強韌性鋼橋設(shè)計與制造的技術(shù)指南或規(guī)范，現(xiàn)

行標(biāo)準(zhǔn)中尚無面外變形細節(jié)疲勞強度設(shè)計規(guī)定，不利于強韌性鋼橋的

工程推廣應(yīng)用。面向國家交通強國建設(shè)和雙碳戰(zhàn)略，聚焦綠色、智能

交通的發(fā)展方向，為滿足現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施對耐久、經(jīng)濟、節(jié)能的高

品質(zhì)鋼橋建設(shè)需求，基于編制組近十年來在強韌性鋼橋領(lǐng)域的已有研

究與工程實踐成果，本項目擬開展《公路鋼橋強韌性抗疲勞設(shè)計與建

造技術(shù)規(guī)程》的編制，為強韌性鋼橋在工程實踐中的推廣應(yīng)用提供關(guān)

鍵技術(shù)支撐。

（四）起草單位及起草人名單

本文件起草單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)、××××××等。

本文件主要起草人：×××、×××、×××、×××等。

（五）主要起草過程

1.文本調(diào)研

2022年1月啟動了文本的調(diào)研工作，并與2022年2月完成了相

關(guān)資料的收集和分析工作。

2.標(biāo)準(zhǔn)立項

2022年2月向中國技術(shù)市場協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化委員會提出申請，于2022

年2月獲得中國技術(shù)市場協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會批準(zhǔn)立項。

3.組建標(biāo)準(zhǔn)起草工作組

2022年8月25日，召開項目啟動會。

2022年8月25日，成立了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組，并討論標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研工

作事項。

2

4.形成標(biāo)準(zhǔn)草案

2023年8月2日，召開了標(biāo)準(zhǔn)研討會，起草組對標(biāo)準(zhǔn)總體情況

進行匯報，并對進行了線上討論。

2023年8月5日，開展組內(nèi)討論，確定了標(biāo)準(zhǔn)框架和主要內(nèi)容。

2024年4月22日，形成標(biāo)準(zhǔn)草案。

5.形成征求意見稿

2024年6月11日，對標(biāo)準(zhǔn)草案進行討論，起草組對草案內(nèi)容進

行了修改，形成標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。

二、確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)

（一）編制原則

本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)

化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》以及《中國技術(shù)市場協(xié)會團體標(biāo)準(zhǔn)工作程

序》的規(guī)定起草。

（二）規(guī)程主要創(chuàng)新內(nèi)容

1.組合橋面板推薦剪力釘布置方法（體系總體剪力）

組合橋面板結(jié)構(gòu)中，腹板上的剪力流不僅會流入混凝土板，也

**

會流入鋼梁頂板。此時橫向剪力流應(yīng)滿足如下關(guān)系，其中qzx,s和qzx,c

分別為鋼頂板和混凝土板分配的橫向剪力流。

***

qzxqzx,sqzx,c

a）剪力流由腹板流入混凝土板和鋼頂板示意圖

3

假設(shè)混凝土板和鋼頂板二者完全連接，界面上沒有相對位移，

**

此時在界面上混凝土與鋼頂板的剪應(yīng)變相等，即zx,szx,c；假設(shè)剪應(yīng)

力在厚度方向上均布，此時剪力流等于剪應(yīng)力和厚度的乘積。根據(jù)

剪應(yīng)變和剪應(yīng)力的關(guān)系可得：

*Gq*t

zx,sszx,sc

**

zx,cGcqzx,cts

上式說明橫向剪應(yīng)力在混凝土和鋼頂板中的分配是按剪切模

量進行分配的，而剪力流的分配受到剪切模量和板厚兩個因素的共

同影響。鋼和混凝土的剪切模量和彈性模量均存在下述關(guān)系

E

G，其中為材料的泊松比。

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可以看出，鋼頂板和混凝土板的橫向剪力流承擔(dān)比例與二者厚

度有關(guān)。根據(jù)剪應(yīng)力互等定理，腹板和混凝土板交接處的豎向剪應(yīng)

力等于混凝土板-鋼頂板結(jié)合面的縱向剪應(yīng)力，因此這種橫向剪力

流的承擔(dān)比例，會減小鋼頂板和混凝土板間的縱向剪力。

混凝土和鋼頂板交接處應(yīng)力關(guān)系

腹板的剪力流部分流入鋼頂板，剩余部分流入混凝土板，和混

凝土板-鋼頂板結(jié)合面縱向剪應(yīng)力互等的豎向剪應(yīng)力，是流入混凝

土板的這一部分，而不是腹板承擔(dān)的全部豎向剪應(yīng)力。在組合梁相

關(guān)的計算理論中，用于計算單位長度縱向剪力的公式：

VSx

V0

Ix

4

對比上述公式，V0實質(zhì)上計算的是腹板的剪力流，隱含了一個

假定：腹板的剪力流不經(jīng)過鋼頂板，直接進入混凝土板。在組合橋

面板結(jié)構(gòu)中，經(jīng)上述理論分析，是不成立的，在此結(jié)構(gòu)中，需要考

慮鋼頂板對剪力流的分散作用，采用上述公式計算出的縱向剪力偏

大。但有一點需要注意，即組合梁中的鋼翼緣由于長度較短，是可

以忽略的，但在組合橋面板計算時，鋼頂板是不可忽略的，在計算

腹板剪力流時，面積矩Sx中應(yīng)包含鋼頂板的面積矩，采用換算截面

進行計算。本規(guī)范提出修正縱向剪力計算公式：

VSq**tGt

x，zx,czx,cccc

V01****

Ixqzx,cqzx,szx,ctczx,stsGctcGsts

因此，本規(guī)范根據(jù)組合橋面板的截面剪力流分布規(guī)律，給出縱向

剪力的計算方法，在此基礎(chǔ)上結(jié)合《公路鋼混組合橋梁設(shè)計與施工規(guī)

范》剪力釘布置方法進行布置。

2.正交異性板典型疲勞細節(jié)面內(nèi)疲勞效應(yīng)的力學(xué)模式及計算方

法

正交異性板典型疲勞細節(jié)面內(nèi)疲勞效應(yīng)的力學(xué)模式及計算方法，

包括正交異性板增強面內(nèi)疲勞強度的若干有效措施。正交異性板典型

疲勞細節(jié)及計算機理包括:

（1）橫向剪切導(dǎo)致的面內(nèi)畸變：當(dāng)荷載垂直作用于某一構(gòu)件時，

其內(nèi)部就存在著橫向剪切效應(yīng)。由材料力學(xué)得知，剪應(yīng)力由VS/I(剪

力/慣性矩)大小決定。由于縱肋穿過橫梁腹板切口受力存在著不連續(xù)

性，這就使得其剪切效應(yīng)具有獨特的形式。圖1顯示了簡支橫梁有無

切口兩種情況時的剪切效應(yīng)引起橫梁腹板齒的彎曲，導(dǎo)致齒底部和

RDF處的應(yīng)力集中。與無切口細節(jié)相比，有切口橫梁中腹板面內(nèi)剛度

更弱，在切口處細節(jié)里的應(yīng)力集中更嚴(yán)重。研究表明，切口越高，RDF

處應(yīng)力而縱肋腹板中應(yīng)力減小。在縱肋中設(shè)置內(nèi)隔板雖能有效抵消在

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RDF處的疲勞應(yīng)力，但它將應(yīng)力集中轉(zhuǎn)移到內(nèi)隔板端部不連續(xù)處。

圖1橫梁齒間剪切效應(yīng)下的蓋板、橫梁和縱肋變形

對圖1中的剪力流說明，a為縱肋開口寬;e縱肋凈距；

VSae

V-剪力;S-面積矩;I-慣性矩。的力學(xué)含義由于切

Ie

口的存在導(dǎo)致橫隔板剪力流的相對集中；

（2）齒豎向位移導(dǎo)致的面內(nèi)畸變：圖2顯示了輪載引起

的齒間豎向位移差,以及由此產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和壓應(yīng)力,這反

過來又影響頂板與縱肋連接細節(jié)(RDF)的應(yīng)力。

切口尺寸和橫梁厚度對RDF處應(yīng)力的影響可根據(jù)變形機

理采用有限元分析得到。為了限制頂板的豎向位移,剩余齒寬

尺寸,應(yīng)該盡可能大,在端部采用最小半徑獲得最小的切口,

Dt

但要與RDF處的抗疲勞要求一致。增厚橫梁齒能減小該影響,

但增大了橫梁腹板面外效應(yīng)。

圖2輪載作用到切口處縱肋時引起的齒間豎向位移

根據(jù)相關(guān)計算與實橋測試表明，U肋橫隔板切口疲勞細

節(jié)面內(nèi)應(yīng)力強度是該處疲勞強度的主要控制因素。某些情

況下，面外疲勞應(yīng)力約是面內(nèi)疲勞應(yīng)力的20%。

6

圖3輪載通過時，在靠近U肋的切口處測量的面內(nèi)、面外應(yīng)力(ConnorandFisher,2004)

因此，應(yīng)該高度關(guān)注面內(nèi)疲勞分析的機理、計算理論

及方法。在計算方法上，可以采用歐洲規(guī)范給出的初步的

分析模型圖4、圖5、圖6。歐洲規(guī)范給出的Vierendeel

Model解釋了橫隔梁在面內(nèi)輪載作用下由于缺口的存在（連

續(xù)的鋼橫隔板變成局部連續(xù)的鋼橫隔板，類似于鋼筋混凝

土的開裂后狀態(tài)）。

在實際運用中，應(yīng)考慮了U肋切口導(dǎo)致的不連續(xù)，從

彎矩連續(xù)但頂板正應(yīng)力不連續(xù)的角度推到了剪力流沿齒

（tooth）與頂板、U肋切口的傳遞規(guī)律。

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圖4歐洲規(guī)范對橫隔板-U肋切口在面內(nèi)荷載作用的力學(xué)分析模型（VierendeelModel）

圖5歐洲規(guī)范對橫隔板-U肋切口在面內(nèi)荷載作用的力學(xué)分析模型（VierendeelModel）

圖6橫隔板-U肋切口在面內(nèi)荷載作用的力學(xué)分析模型（VierendeelModel）

3.面外應(yīng)力細節(jié)疲勞強度

（1）縱肋旋轉(zhuǎn)引起的面外變形

如圖所示，當(dāng)輪載作用在橫隔板跨度中間時，縱肋由于

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受力彎曲變形，引起了相鄰橫隔板共同的面外變形。

A

A

縱梁

橫梁

在曲率半徑較端部焊趾處的橫梁

小處主應(yīng)力高面外彎曲

圖7車輪經(jīng)過時橫隔板和縱肋連接處橫隔板和縱肋的下緣變化

圖8面外效應(yīng)的簡化計算圖式

面外變形導(dǎo)致的橫隔板U肋切口應(yīng)力計算建議采用西南

交通大學(xué)范文理教授提出的簡化公式：

x

設(shè)第2體系縱肋撓度曲線yfsin()

d

fx

橫隔板的撓度轉(zhuǎn)角()cos()

dd

f

橫隔板支撐處的轉(zhuǎn)角()

0d

9

橫隔板支撐處的彎矩MkEI

0mh

f11

其中k4~6,

~

d10002000

需要說明的是：原彎矩計算公式為M