公路、鐵路與房建行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范比較研究

原華　吳衛(wèi)華　李臨慶

摘要：通過對(duì)比交通部標(biāo)準(zhǔn)JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》與國家標(biāo)準(zhǔn)GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的主要條文，研究了公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、所用鋼材牌號(hào)及材料屬性、設(shè)計(jì)荷載、主要計(jì)算公式等方面的異同，重點(diǎn)分析了三種規(guī)范材料強(qiáng)度取值、構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞驗(yàn)算存在差異的原因，客觀評(píng)價(jià)了公路、鐵路鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范主要驗(yàn)算公式的合理性；研究成果對(duì)工程設(shè)計(jì)人員深入理解公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，掌握鋼橋設(shè)計(jì)的精髓有實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；公路橋梁；鐵路橋涵；規(guī)范

中圖分類號(hào)：U391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2014）04-0080-04

在中國，與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鋼材材料屬性相關(guān)的規(guī)范很多。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，有適于工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國標(biāo)GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《鋼規(guī)》）[1]，有關(guān)于冷彎成型鋼構(gòu)件及其連接的國標(biāo)GB50018—2002《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》，還有1987年1月發(fā)布，適于一般公路工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的交通部標(biāo)準(zhǔn)JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《公橋鋼規(guī)》），以及鐵道部2005年頒布的用于客貨列車共線、客車時(shí)速≤160 km/h、貨車時(shí)速≤120 km/h簡(jiǎn)支或連續(xù)鋼桁梁、板梁及全焊鋼梁設(shè)計(jì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《鐵橋鋼規(guī)》）。結(jié)構(gòu)用鋼的材料特性方面，國標(biāo)GB/714—2008《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（簡(jiǎn)稱《橋鋼》）規(guī)定了橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、尺寸、外形、技術(shù)要求、檢驗(yàn)規(guī)則等。國標(biāo)GB/700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（簡(jiǎn)稱《碳鋼》）、國標(biāo)GB1591《低合金結(jié)構(gòu)鋼》（簡(jiǎn)稱《低合鋼》）分別對(duì)相應(yīng)類別鋼材的規(guī)格、屬性等進(jìn)行了規(guī)定。

為便于工程設(shè)計(jì)人員掌握鋼橋設(shè)計(jì)的精髓，文中將公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范在所用鋼材牌號(hào)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料強(qiáng)度取值、設(shè)計(jì)荷載、主要計(jì)算公式等方面的異同進(jìn)行了深入分析。

一、所用鋼材牌號(hào)

《公橋鋼規(guī)》要求公路鋼橋主體結(jié)構(gòu)采用《低合鋼》規(guī)定的16 Mn鋼或其他

適于橋梁結(jié)構(gòu)的普通低合金鋼，以及符合《碳鋼》的8號(hào)A3鋼或其他適于橋梁結(jié)構(gòu)的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼[2]；根據(jù)《鐵橋鋼規(guī)》和《橋鋼》，鐵路鋼橋的鋼梁主體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)或D、E級(jí)的Q235q、Q345q、Q370q、Q420q鋼，且《碳鋼》及《低合鋼》要求橋梁輔助結(jié)構(gòu)和連接型鋼分別選用Q235—B.Z、Q345c鋼[3-4]；然而，《鋼規(guī)》要求，房建鋼結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)選用質(zhì)量符合《碳鋼》和《低合鋼》規(guī)定的Q235、Q345、Q390、Q420鋼[1]?？梢钥闯觯捎诖蠖鄶?shù)房屋建筑按50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)，而公路橋涵及鐵路鋼橋按100年設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)，且橋梁荷載多為動(dòng)載或沖擊荷載，因此與房屋建筑相比，公路、鐵路鋼橋?qū)︿摬牡男阅芤蟾?，其主體結(jié)構(gòu)普遍采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。

二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

當(dāng)前國際工程界常用的兩種基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法為容許應(yīng)力法和極限狀態(tài)法。容許應(yīng)力法自1826年被提出后一直沿用至今，它視材料為理想彈性體，要求構(gòu)件任意截面上任意一點(diǎn)的應(yīng)力不超過材料容許應(yīng)力，即σmax≤[σ]。

建國初期，中國公路橋涵設(shè)計(jì)主要借用美國及前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，以容許應(yīng)力法為主。1985年以后，自主編制的部分標(biāo)準(zhǔn)逐漸開始選用極限狀態(tài)法，現(xiàn)行《公橋鋼規(guī)》因頒布年份較早仍采用容許應(yīng)力法。從我國鐵路行業(yè)第一部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問世至今，鐵路鋼橋始終采取容許應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計(jì)[3-5]。除疲勞計(jì)算之外的房建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)率先選用以概率理論和結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)法[1]，并已多次修訂，但因缺乏對(duì)疲勞極限狀態(tài)的深入研究，疲勞計(jì)算仍沿用傳統(tǒng)的容許應(yīng)力法。

四、設(shè)計(jì)荷載

公路、鐵路鋼橋設(shè)計(jì)用到的設(shè)計(jì)荷載取荷載標(biāo)準(zhǔn)值，而房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所采用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法中，設(shè)計(jì)荷載為荷載標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項(xiàng)系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、可變荷載組合系數(shù)的一個(gè)組合值。房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限通過結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0反映在設(shè)計(jì)荷載中，僅設(shè)計(jì)使用年限100年及以上或安全等級(jí)為一級(jí)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，取γ0不小于1.1，其余結(jié)構(gòu)構(gòu)件的γ0可取小于1.1；而公路、鐵路行業(yè)規(guī)范規(guī)定橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為100年，所有鋼橋均屬于房建規(guī)范中所述的安全等級(jí)為一級(jí)，γ0不小于1.1的情形。

經(jīng)比較，房建規(guī)范與公路、鐵路規(guī)范強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算公式的構(gòu)成大致相同，但具體細(xì)節(jié)略有差別。《鋼規(guī)》采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，故主平面內(nèi)受彎的正應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算公式通過塑性發(fā)展系數(shù)γx、γy考慮材料的塑性；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》均采用容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)，構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算僅考慮材料彈性受力階段，公式中未包含反映材料塑性的參數(shù)。《鋼規(guī)》中強(qiáng)度驗(yàn)算采用凈截面面積，穩(wěn)定性驗(yàn)算用毛截面面積，《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》僅受拉構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算采用凈截面面積，受壓構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算及穩(wěn)定性驗(yàn)算均采用毛截面面積，忽略螺栓、釘孔截面削弱的影響。《鋼規(guī)》將鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分為整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性兩類，通過設(shè)置小于1.0的整體穩(wěn)定系數(shù)φ、φb來考慮構(gòu)件發(fā)生整體失穩(wěn)時(shí)的承載能力，通過驗(yàn)算構(gòu)件高（寬）厚比、設(shè)置加勁肋避免局部失穩(wěn)；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》將鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性分為總穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定兩種，借助容許應(yīng)力折減系數(shù)φ1、φ2（φ1及φ2<1.0）來降低發(fā)生總體失穩(wěn)時(shí)鋼材的容許應(yīng)力，用與《鋼規(guī)》類似的計(jì)算方式或構(gòu)造措施保證構(gòu)件的局部穩(wěn)定性，但高（寬）厚比的具體限值略有差別。

《鋼規(guī)》要求直接承受動(dòng)力、重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，當(dāng)應(yīng)力變化次數(shù)≥5×104時(shí)應(yīng)驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》規(guī)定凡承受動(dòng)載的構(gòu)件或連接必須進(jìn)行疲勞計(jì)算，對(duì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)并無明確要求，這是由于鋼橋所受動(dòng)載均為循環(huán)荷載，且鋼橋在達(dá)到100年設(shè)計(jì)使用壽命時(shí)所受動(dòng)載的循環(huán)次數(shù)難以準(zhǔn)確估算。三種規(guī)范均規(guī)定只受壓的構(gòu)件可不驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度。《鋼規(guī)》通過限制（等效）應(yīng)力變化幅度以避免鋼構(gòu)件疲勞破壞發(fā)生，《鐵橋鋼規(guī)》通過限制應(yīng)力變化幅度或最大應(yīng)力進(jìn)行疲勞驗(yàn)算，而《公橋鋼規(guī)》要求驗(yàn)算截面處的法向應(yīng)力小于疲勞容許應(yīng)力。

六、結(jié)語

我國與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)多達(dá)幾十種。筆者對(duì)公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的關(guān)鍵條文進(jìn)行了對(duì)比研究，深入挖掘了公路、鐵路鋼橋設(shè)計(jì)與普通房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異及其存在根源，有益于工程技術(shù)人員準(zhǔn)確把握公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精神，為進(jìn)一步修訂完善《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》提供有價(jià)值的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國建設(shè)部.GB50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國計(jì)劃出版社，2003.

[2]中華人民共和國交通部.JJ025—86公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：人民交通出版社，1987.

[3]中華人民共和國鐵道部.B10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國鐵道出版社，2005.

[4]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/714—2008橋梁用結(jié)構(gòu)鋼.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5]高策，薛吉崗.鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范由容許應(yīng)力法轉(zhuǎn)為極限狀態(tài)法的思考[J].鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012（4）：41-45.

（編輯 梁遠(yuǎn)華）

摘要：通過對(duì)比交通部標(biāo)準(zhǔn)JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》與國家標(biāo)準(zhǔn)GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的主要條文，研究了公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、所用鋼材牌號(hào)及材料屬性、設(shè)計(jì)荷載、主要計(jì)算公式等方面的異同，重點(diǎn)分析了三種規(guī)范材料強(qiáng)度取值、構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞驗(yàn)算存在差異的原因，客觀評(píng)價(jià)了公路、鐵路鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范主要驗(yàn)算公式的合理性；研究成果對(duì)工程設(shè)計(jì)人員深入理解公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，掌握鋼橋設(shè)計(jì)的精髓有實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；公路橋梁；鐵路橋涵；規(guī)范

中圖分類號(hào)：U391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2014）04-0080-04

在中國，與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鋼材材料屬性相關(guān)的規(guī)范很多。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，有適于工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國標(biāo)GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《鋼規(guī)》）[1]，有關(guān)于冷彎成型鋼構(gòu)件及其連接的國標(biāo)GB50018—2002《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》，還有1987年1月發(fā)布，適于一般公路工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的交通部標(biāo)準(zhǔn)JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《公橋鋼規(guī)》），以及鐵道部2005年頒布的用于客貨列車共線、客車時(shí)速≤160 km/h、貨車時(shí)速≤120 km/h簡(jiǎn)支或連續(xù)鋼桁梁、板梁及全焊鋼梁設(shè)計(jì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《鐵橋鋼規(guī)》）。結(jié)構(gòu)用鋼的材料特性方面，國標(biāo)GB/714—2008《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（簡(jiǎn)稱《橋鋼》）規(guī)定了橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、尺寸、外形、技術(shù)要求、檢驗(yàn)規(guī)則等。國標(biāo)GB/700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（簡(jiǎn)稱《碳鋼》）、國標(biāo)GB1591《低合金結(jié)構(gòu)鋼》（簡(jiǎn)稱《低合鋼》）分別對(duì)相應(yīng)類別鋼材的規(guī)格、屬性等進(jìn)行了規(guī)定。

為便于工程設(shè)計(jì)人員掌握鋼橋設(shè)計(jì)的精髓，文中將公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范在所用鋼材牌號(hào)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料強(qiáng)度取值、設(shè)計(jì)荷載、主要計(jì)算公式等方面的異同進(jìn)行了深入分析。

一、所用鋼材牌號(hào)

《公橋鋼規(guī)》要求公路鋼橋主體結(jié)構(gòu)采用《低合鋼》規(guī)定的16 Mn鋼或其他

適于橋梁結(jié)構(gòu)的普通低合金鋼，以及符合《碳鋼》的8號(hào)A3鋼或其他適于橋梁結(jié)構(gòu)的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼[2]；根據(jù)《鐵橋鋼規(guī)》和《橋鋼》，鐵路鋼橋的鋼梁主體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)或D、E級(jí)的Q235q、Q345q、Q370q、Q420q鋼，且《碳鋼》及《低合鋼》要求橋梁輔助結(jié)構(gòu)和連接型鋼分別選用Q235—B.Z、Q345c鋼[3-4]；然而，《鋼規(guī)》要求，房建鋼結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)選用質(zhì)量符合《碳鋼》和《低合鋼》規(guī)定的Q235、Q345、Q390、Q420鋼[1]?？梢钥闯?，由于大多數(shù)房屋建筑按50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)，而公路橋涵及鐵路鋼橋按100年設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)，且橋梁荷載多為動(dòng)載或沖擊荷載，因此與房屋建筑相比，公路、鐵路鋼橋?qū)︿摬牡男阅芤蟾?，其主體結(jié)構(gòu)普遍采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。

二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

當(dāng)前國際工程界常用的兩種基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法為容許應(yīng)力法和極限狀態(tài)法。容許應(yīng)力法自1826年被提出后一直沿用至今，它視材料為理想彈性體，要求構(gòu)件任意截面上任意一點(diǎn)的應(yīng)力不超過材料容許應(yīng)力，即σmax≤[σ]。

建國初期，中國公路橋涵設(shè)計(jì)主要借用美國及前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，以容許應(yīng)力法為主。1985年以后，自主編制的部分標(biāo)準(zhǔn)逐漸開始選用極限狀態(tài)法，現(xiàn)行《公橋鋼規(guī)》因頒布年份較早仍采用容許應(yīng)力法。從我國鐵路行業(yè)第一部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問世至今，鐵路鋼橋始終采取容許應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計(jì)[3-5]。除疲勞計(jì)算之外的房建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)率先選用以概率理論和結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)法[1]，并已多次修訂，但因缺乏對(duì)疲勞極限狀態(tài)的深入研究，疲勞計(jì)算仍沿用傳統(tǒng)的容許應(yīng)力法。

四、設(shè)計(jì)荷載

公路、鐵路鋼橋設(shè)計(jì)用到的設(shè)計(jì)荷載取荷載標(biāo)準(zhǔn)值，而房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所采用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法中，設(shè)計(jì)荷載為荷載標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項(xiàng)系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、可變荷載組合系數(shù)的一個(gè)組合值。房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限通過結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0反映在設(shè)計(jì)荷載中，僅設(shè)計(jì)使用年限100年及以上或安全等級(jí)為一級(jí)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，取γ0不小于1.1，其余結(jié)構(gòu)構(gòu)件的γ0可取小于1.1；而公路、鐵路行業(yè)規(guī)范規(guī)定橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為100年，所有鋼橋均屬于房建規(guī)范中所述的安全等級(jí)為一級(jí)，γ0不小于1.1的情形。

經(jīng)比較，房建規(guī)范與公路、鐵路規(guī)范強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算公式的構(gòu)成大致相同，但具體細(xì)節(jié)略有差別。《鋼規(guī)》采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，故主平面內(nèi)受彎的正應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算公式通過塑性發(fā)展系數(shù)γx、γy考慮材料的塑性；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》均采用容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)，構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算僅考慮材料彈性受力階段，公式中未包含反映材料塑性的參數(shù)?！朵撘?guī)》中強(qiáng)度驗(yàn)算采用凈截面面積，穩(wěn)定性驗(yàn)算用毛截面面積，《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》僅受拉構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算采用凈截面面積，受壓構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算及穩(wěn)定性驗(yàn)算均采用毛截面面積，忽略螺栓、釘孔截面削弱的影響?！朵撘?guī)》將鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分為整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性兩類，通過設(shè)置小于1.0的整體穩(wěn)定系數(shù)φ、φb來考慮構(gòu)件發(fā)生整體失穩(wěn)時(shí)的承載能力，通過驗(yàn)算構(gòu)件高（寬）厚比、設(shè)置加勁肋避免局部失穩(wěn)；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》將鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性分為總穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定兩種，借助容許應(yīng)力折減系數(shù)φ1、φ2（φ1及φ2<1.0）來降低發(fā)生總體失穩(wěn)時(shí)鋼材的容許應(yīng)力，用與《鋼規(guī)》類似的計(jì)算方式或構(gòu)造措施保證構(gòu)件的局部穩(wěn)定性，但高（寬）厚比的具體限值略有差別。

《鋼規(guī)》要求直接承受動(dòng)力、重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，當(dāng)應(yīng)力變化次數(shù)≥5×104時(shí)應(yīng)驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》規(guī)定凡承受動(dòng)載的構(gòu)件或連接必須進(jìn)行疲勞計(jì)算，對(duì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)并無明確要求，這是由于鋼橋所受動(dòng)載均為循環(huán)荷載，且鋼橋在達(dá)到100年設(shè)計(jì)使用壽命時(shí)所受動(dòng)載的循環(huán)次數(shù)難以準(zhǔn)確估算。三種規(guī)范均規(guī)定只受壓的構(gòu)件可不驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度?！朵撘?guī)》通過限制（等效）應(yīng)力變化幅度以避免鋼構(gòu)件疲勞破壞發(fā)生，《鐵橋鋼規(guī)》通過限制應(yīng)力變化幅度或最大應(yīng)力進(jìn)行疲勞驗(yàn)算，而《公橋鋼規(guī)》要求驗(yàn)算截面處的法向應(yīng)力小于疲勞容許應(yīng)力。

六、結(jié)語

我國與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)多達(dá)幾十種。筆者對(duì)公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的關(guān)鍵條文進(jìn)行了對(duì)比研究，深入挖掘了公路、鐵路鋼橋設(shè)計(jì)與普通房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異及其存在根源，有益于工程技術(shù)人員準(zhǔn)確把握公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精神，為進(jìn)一步修訂完善《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》提供有價(jià)值的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國建設(shè)部.GB50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國計(jì)劃出版社，2003.

[2]中華人民共和國交通部.JJ025—86公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：人民交通出版社，1987.

[3]中華人民共和國鐵道部.B10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國鐵道出版社，2005.

[4]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/714—2008橋梁用結(jié)構(gòu)鋼.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5]高策，薛吉崗.鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范由容許應(yīng)力法轉(zhuǎn)為極限狀態(tài)法的思考[J].鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012（4）：41-45.

（編輯 梁遠(yuǎn)華）

摘要：通過對(duì)比交通部標(biāo)準(zhǔn)JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》與國家標(biāo)準(zhǔn)GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的主要條文，研究了公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、所用鋼材牌號(hào)及材料屬性、設(shè)計(jì)荷載、主要計(jì)算公式等方面的異同，重點(diǎn)分析了三種規(guī)范材料強(qiáng)度取值、構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞驗(yàn)算存在差異的原因，客觀評(píng)價(jià)了公路、鐵路鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范主要驗(yàn)算公式的合理性；研究成果對(duì)工程設(shè)計(jì)人員深入理解公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，掌握鋼橋設(shè)計(jì)的精髓有實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；公路橋梁；鐵路橋涵；規(guī)范

中圖分類號(hào)：U391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2014）04-0080-04

在中國，與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鋼材材料屬性相關(guān)的規(guī)范很多。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，有適于工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國標(biāo)GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《鋼規(guī)》）[1]，有關(guān)于冷彎成型鋼構(gòu)件及其連接的國標(biāo)GB50018—2002《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》，還有1987年1月發(fā)布，適于一般公路工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的交通部標(biāo)準(zhǔn)JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《公橋鋼規(guī)》），以及鐵道部2005年頒布的用于客貨列車共線、客車時(shí)速≤160 km/h、貨車時(shí)速≤120 km/h簡(jiǎn)支或連續(xù)鋼桁梁、板梁及全焊鋼梁設(shè)計(jì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《鐵橋鋼規(guī)》）。結(jié)構(gòu)用鋼的材料特性方面，國標(biāo)GB/714—2008《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（簡(jiǎn)稱《橋鋼》）規(guī)定了橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、尺寸、外形、技術(shù)要求、檢驗(yàn)規(guī)則等。國標(biāo)GB/700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（簡(jiǎn)稱《碳鋼》）、國標(biāo)GB1591《低合金結(jié)構(gòu)鋼》（簡(jiǎn)稱《低合鋼》）分別對(duì)相應(yīng)類別鋼材的規(guī)格、屬性等進(jìn)行了規(guī)定。

為便于工程設(shè)計(jì)人員掌握鋼橋設(shè)計(jì)的精髓，文中將公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范在所用鋼材牌號(hào)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料強(qiáng)度取值、設(shè)計(jì)荷載、主要計(jì)算公式等方面的異同進(jìn)行了深入分析。

一、所用鋼材牌號(hào)

《公橋鋼規(guī)》要求公路鋼橋主體結(jié)構(gòu)采用《低合鋼》規(guī)定的16 Mn鋼或其他

適于橋梁結(jié)構(gòu)的普通低合金鋼，以及符合《碳鋼》的8號(hào)A3鋼或其他適于橋梁結(jié)構(gòu)的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼[2]；根據(jù)《鐵橋鋼規(guī)》和《橋鋼》，鐵路鋼橋的鋼梁主體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)或D、E級(jí)的Q235q、Q345q、Q370q、Q420q鋼，且《碳鋼》及《低合鋼》要求橋梁輔助結(jié)構(gòu)和連接型鋼分別選用Q235—B.Z、Q345c鋼[3-4]；然而，《鋼規(guī)》要求，房建鋼結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)選用質(zhì)量符合《碳鋼》和《低合鋼》規(guī)定的Q235、Q345、Q390、Q420鋼[1]?？梢钥闯?，由于大多數(shù)房屋建筑按50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)，而公路橋涵及鐵路鋼橋按100年設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)，且橋梁荷載多為動(dòng)載或沖擊荷載，因此與房屋建筑相比，公路、鐵路鋼橋?qū)︿摬牡男阅芤蟾?，其主體結(jié)構(gòu)普遍采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。

二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

當(dāng)前國際工程界常用的兩種基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法為容許應(yīng)力法和極限狀態(tài)法。容許應(yīng)力法自1826年被提出后一直沿用至今，它視材料為理想彈性體，要求構(gòu)件任意截面上任意一點(diǎn)的應(yīng)力不超過材料容許應(yīng)力，即σmax≤[σ]。

建國初期，中國公路橋涵設(shè)計(jì)主要借用美國及前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，以容許應(yīng)力法為主。1985年以后，自主編制的部分標(biāo)準(zhǔn)逐漸開始選用極限狀態(tài)法，現(xiàn)行《公橋鋼規(guī)》因頒布年份較早仍采用容許應(yīng)力法。從我國鐵路行業(yè)第一部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問世至今，鐵路鋼橋始終采取容許應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計(jì)[3-5]。除疲勞計(jì)算之外的房建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)率先選用以概率理論和結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)法[1]，并已多次修訂，但因缺乏對(duì)疲勞極限狀態(tài)的深入研究，疲勞計(jì)算仍沿用傳統(tǒng)的容許應(yīng)力法。

四、設(shè)計(jì)荷載

公路、鐵路鋼橋設(shè)計(jì)用到的設(shè)計(jì)荷載取荷載標(biāo)準(zhǔn)值，而房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所采用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法中，設(shè)計(jì)荷載為荷載標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項(xiàng)系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、可變荷載組合系數(shù)的一個(gè)組合值。房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限通過結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0反映在設(shè)計(jì)荷載中，僅設(shè)計(jì)使用年限100年及以上或安全等級(jí)為一級(jí)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，取γ0不小于1.1，其余結(jié)構(gòu)構(gòu)件的γ0可取小于1.1；而公路、鐵路行業(yè)規(guī)范規(guī)定橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為100年，所有鋼橋均屬于房建規(guī)范中所述的安全等級(jí)為一級(jí)，γ0不小于1.1的情形。

經(jīng)比較，房建規(guī)范與公路、鐵路規(guī)范強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算公式的構(gòu)成大致相同，但具體細(xì)節(jié)略有差別。《鋼規(guī)》采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，故主平面內(nèi)受彎的正應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算公式通過塑性發(fā)展系數(shù)γx、γy考慮材料的塑性；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》均采用容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)，構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算僅考慮材料彈性受力階段，公式中未包含反映材料塑性的參數(shù)?！朵撘?guī)》中強(qiáng)度驗(yàn)算采用凈截面面積，穩(wěn)定性驗(yàn)算用毛截面面積，《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》僅受拉構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算采用凈截面面積，受壓構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算及穩(wěn)定性驗(yàn)算均采用毛截面面積，忽略螺栓、釘孔截面削弱的影響?！朵撘?guī)》將鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分為整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性兩類，通過設(shè)置小于1.0的整體穩(wěn)定系數(shù)φ、φb來考慮構(gòu)件發(fā)生整體失穩(wěn)時(shí)的承載能力，通過驗(yàn)算構(gòu)件高（寬）厚比、設(shè)置加勁肋避免局部失穩(wěn)；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》將鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性分為總穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定兩種，借助容許應(yīng)力折減系數(shù)φ1、φ2（φ1及φ2<1.0）來降低發(fā)生總體失穩(wěn)時(shí)鋼材的容許應(yīng)力，用與《鋼規(guī)》類似的計(jì)算方式或構(gòu)造措施保證構(gòu)件的局部穩(wěn)定性，但高（寬）厚比的具體限值略有差別。

《鋼規(guī)》要求直接承受動(dòng)力、重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，當(dāng)應(yīng)力變化次數(shù)≥5×104時(shí)應(yīng)驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》規(guī)定凡承受動(dòng)載的構(gòu)件或連接必須進(jìn)行疲勞計(jì)算，對(duì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)并無明確要求，這是由于鋼橋所受動(dòng)載均為循環(huán)荷載，且鋼橋在達(dá)到100年設(shè)計(jì)使用壽命時(shí)所受動(dòng)載的循環(huán)次數(shù)難以準(zhǔn)確估算。三種規(guī)范均規(guī)定只受壓的構(gòu)件可不驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度?！朵撘?guī)》通過限制（等效）應(yīng)力變化幅度以避免鋼構(gòu)件疲勞破壞發(fā)生，《鐵橋鋼規(guī)》通過限制應(yīng)力變化幅度或最大應(yīng)力進(jìn)行疲勞驗(yàn)算，而《公橋鋼規(guī)》要求驗(yàn)算截面處的法向應(yīng)力小于疲勞容許應(yīng)力。

六、結(jié)語

我國與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)多達(dá)幾十種。筆者對(duì)公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的關(guān)鍵條文進(jìn)行了對(duì)比研究，深入挖掘了公路、鐵路鋼橋設(shè)計(jì)與普通房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異及其存在根源，有益于工程技術(shù)人員準(zhǔn)確把握公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精神，為進(jìn)一步修訂完善《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》提供有價(jià)值的參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]中華人民共和國鐵道部.B10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國鐵道出版社，2005.

[4]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/714—2008橋梁用結(jié)構(gòu)鋼.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5]高策，薛吉崗.鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范由容許應(yīng)力法轉(zhuǎn)為極限狀態(tài)法的思考[J].鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012（4）：41-45.

（編輯 梁遠(yuǎn)華）