对浙江省航道桥梁、国内外钢桥使用现状进行了调研，通过与各种常规桥型安全性、耐久性、全寿命周期经济性的比较，总结出钢桥在跨航桥梁使用过程中的优缺点和存在问题，并对钢桥桥型的选择、耐候钢的应用、钢桥的养护等提出了建议。
关键词：航道桥梁;钢桥;桥型;耐久性;全寿命周期;经济性;耐候钢;养护
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1006—7973(2018)7-0054-03
1航道桥梁建设现状
根据对我省拟建集装箱运输主通道12条主干航道507座桥梁的调查分类统计显示：
(1)杭甬运河、京杭运河、杭平申线桥梁数量居多，数量分别占比29.8、16.2、16.6%;
(2)桥梁等级多样化;
(3)通航等级应各条航道建成年代不一，种类较多，其中，对于在建桥梁均按设计改建后的情况进行统计;
(4)主桥桥型以混凝土结构为主，占比96.4%;钢结构桥梁共18座，占比仅3.6%。
2国内外钢桥使用现状
2.1国内现状
我国钢桥发展已有100多年历史，但建设的钢桥相对较少。截止2015年，共有公路桥梁75.71万座、4257.89万米，钢结构和钢—混组合结构桥梁分别只有584、1293座，数量占比仅为0.08%、0.17%，钢材消耗占比仅为1.17%和1.55%，远远少于钢筋混凝土桥梁。另外，建成的公路钢桥基本都是特大跨径桥梁(斜拉桥、悬索桥等)，量大面广的常规中、小跨径钢(组合)结构桥梁数量严重偏少。
2.2国外现状
在发达国家，钢桥应用较为普遍。美国60万座桥梁中，钢桥的座数和面积占比分别为34.7%、43.3%;日本13万座桥梁中，钢桥占41%;法国占比达85%。美国钢桥中使用率较高的桥型有纵梁/多主梁、桁梁、纵横梁格体系;在桥梁规模较大时，多采用钢连续—纵梁/多主梁体系，规模较小时，一般选择钢简支纵梁/多主梁体系。但钢桥在“结构缺陷”桥梁中占比较高，需经常进行检测和相应的维护、养护工作。
3跨航钢桥设计选型及经济性比较
3.1主要推广桥型
3.1.1钢桁梁
该桥型桁段均在工厂制作后进行现场拼接，施工进度快，结构高度低，自重较轻，施工拼接处理简便，非常适用于顶推施工，能很好地满足施工期通航要求，适用于主桥50～120m跨径。
但是由于杆件多且杂，通透性较差，有一定的压抑感，抗撞性能较差，后期须进行钢结构专业养护。
3.1.2钢系杆拱
该桥型优点同钢桁梁，外形同混凝土系杆拱，视线通透，外观轻巧、优美，拱肋为二次抛物线，线型美观，易于与周边景观协调搭配，通透性优于钢桁梁。除钢结构定期养护外，吊杆存在一定的使用年限，须定期更换。
3.1.3钢箱梁
该桥型具有很大的抗扭刚度，整体稳定性、抗撞性能好，可采用现场整体吊装或顶推施工，施工周期短，桥梁结构在桥面下方，接触雨水可能性小，适用于中等跨径。
正交异性钢桥面板易出现疲劳损伤，桥面铺装耐久性成为难点。高跨比为1/20～30，与前面两种桥型相比结构高度不具备优势。
3.1.4钢板组合梁
该桥型具有结构轻、架设快、现场施工环境简单，对周围环境影响小等特点，通常采用吊装钢梁法和顶推钢梁法施工。当桥宽较小时，可采用双主梁形式;桥宽较大时，采用多主梁形式。
跨越能力较小，通常只适用于30～60m中小跨径。梁高在跨径的1/20左右，结构高度不占优，可在部分引桥中使用。
3.1.5斜拉桥、悬索桥
这两种桥型跨越能力大，但桥型造价较高，经济性差，拉索得定期更换，养护费用高，主要适用于有较大跨越要求或者特殊景观要求的桥梁，不作为我省内河航道常用钢结构推荐桥型。
3.2桥型经济性比选
选取跨径80米，宽10米钢桁梁、钢系杆拱、预应力砼连续梁、砼系杆拱进行经济性比选，引桥均采用20m矮T梁，见表1(以2017年10月嘉兴市价格为标准，螺纹钢3500元/吨，砂石160元/m3)。主引桥工程费用(不包括养护费用、临时费用等其他费用，下同)：砼系杆拱(2793万元)<钢系杆拱(2934万元)<钢桁梁(3132万元)<砼连续梁(3304万元)。以100年设计使用年限计，考虑养护费用后，钢桁梁和钢系杆拱的工程费用分别为4032、4534万元，比最低的砼连续梁(3404万元)高出628、1130万元，比砼系杆拱(3593万元)要高439、941万元。
对主要材料(钢材、砂石)的单价敏感性进行分析：①将螺纹钢按2500、3000、3500、4000、4500元/吨计价，其余钢材做相应调整。②将砂石按160、210、260元/m3计价。
图1数据显示，螺纹钢在2500~4500元/吨范围内变化，主引桥工程费用始终为：砼系杆拱<钢系杆拱<钢桁梁<砼连续梁。随着钢材单价下降，钢系杆拱、钢桁梁与砼系杆拱总造价差距逐步减少。钢桁梁和钢系杆拱对钢材单价变化的敏感性强，单价每增加500元/吨，主桥造价平均增加0.875万元/m2，而砼连续梁和砼系杆拱仅为0.625、0.563万元/m2。
图2数据显示，砂石在160~260元/m3范围内变化，主引桥工程费用始终为：砼系杆拱<钢系杆拱<钢桁梁<砼连续梁。随着砂石单价上涨，砼连续梁和砼系杆拱上涨明显，钢系杆拱、钢桁梁与砼系杆拱总造价差距逐步减少。钢桁梁和钢系杆拱对砂石单价变化的敏感性较低，单价每增加50元/m3，主桥造价平均增加0.25万元/m2，而砼连续梁为0.75万元/m2。
图1 各主桥工程费用随钢材单价变化趋势
图2 各主桥工程费用随砂石单价变化趋势
4钢桥的特点及应用建议
4.1钢桥使用优点
4.1.1降低结构高度，方便接线
钢结构跨航桥梁结构高度低，可以在保证桥下通航净空的同时有效降低桥面高程，缩短两侧引桥及接线长度，降低总体造价，适用于接线长度受限的桥梁。以省交通设计院设计的杭平申线桐乡段山门街大桥为例：原设计方案主桥采用82m下承式钢筋混凝土系杆拱，结构高度1.5m，改用钢结构系杆拱后，结构高度降为0.77m，原桥面设计高程下降了0.73m，大大缩短了引桥及接线长度，降低了总造价。
4.1.2采用工厂化生产，提高质量
钢结构桥梁采用工厂化生产，钢构件可在工厂集中批量生产，通过原材料→下料、加工→构件组焊→修整→试拼装→涂装等步骤，实现了机械化、自动化、标准化，生产效率和产品质量大幅提高，质量易控制，可靠性高。
表1 各桥型经济性指标表
桥型桥面系结构高桥长配跨主桥引桥合计主桥单价养护费用百年全寿命工程费用
cmmm万元万元万元万元/m2万元/年万元
钢桁梁16448210x20+82+10x2014381694 3132 1.8094032
钢系杆拱1004429x20+82+9x2014091525 2934 1.76164534
砼连续梁41063611x20+48+80+48+12x2013551949 3304 0.7713404
砼系杆拱16548210x20+82+10x2010991694 2793 1.3783593
注：1、日常清理养护(每年1万元);2、钢桥每隔10年防腐涂装养护(费用80万元);3、吊杆每隔15年更换(费用100万元);4、以上方案比选以桥台高程基本相同为基准，桥梁长度不同桥型有所不同。
4.1.3缩短施工工期
钢结构桥梁各构件在工厂制造，下部结构可同时施工，极大的缩短施工工期。
4.1.4方便通航施工
钢结构桥梁各构件、节段在工厂制作后运至现场，可在少支架上进行整体拼接;或者在引桥上逐段拼接后设置临时墩、导梁和顶推滑道，进行顶推施工;场地条件允许的情况下也可以进行整体吊装。施工方便快速，对交通和通航的影响小。
4.2主要存在问题
钢结构桥梁推广应用中面临以下几个问题：
(1)结构上，存在钢材腐蚀、结构损伤、疲劳破坏等一系列病害，稳定性和防撞、防火性能较差;
(2)标准上，长期以来设计、施工、养护、检测等各环节是围绕混凝土结构为主而制订的，对于钢结构所特有的设备配置、构件加工、运输安装、施工、养护、检测等环节的标准研究少、储备不足;
(3)管理上，对钢结构从业单位的资质、专业分包和信用评价等内容较少，钢结构桥梁后期养护的单位较少。
4.3建议
4.3.1钢桥选型
针对航道建设和养护管理的特点，对于有结构高度和接坡限制的桥梁，可优先选用钢桁梁、钢系杆拱等桥型;对于具有明确管养单位和良好养护条件的城市道路、等级公路可采用钢桥;对于车流量很大的高速公路和管养力量薄弱的农村公路，考虑到养护原因，谨慎选用钢桥。
4.3.2应用耐候钢
与普通钢材相比，耐候钢在使用过程中可以省掉对环境造成污染的酸洗、镀锌、涂装等工序，减少环境危害，实现绿色生产;后期运营过程中免涂装维护，从全寿命周期来看具有较好的经济效果。
国外已将耐候钢当作一种普通桥梁用钢来广泛使用。美国和日本耐候钢桥梁在钢桥中比例已分别达到40%和50%。我国耐候钢桥数量还很少，有巨大的发展前景。在交通运输部大力推进钢桥，鼓励应用高性能钢的背景下，耐候钢发展正逢其时，建议进行耐候钢的推广和研究。
4.3.3钢桥养护
促进防腐新技术的开发和运用，减少锈蚀;后续运营期建立钢桥检测评估技术体系;注重钢桥养护技术的研发和养护队伍的培养，建立完善的钢桥养护规范体系，针对具体的桥梁形成针对性强的养护手册。
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