原華　吳衛(wèi)華　李臨慶

摘要：通過對比交通部標準JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》、行業(yè)標準B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》與國家標準GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設計規(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)在設計準則、所用鋼材牌號及材料屬性、設計荷載、主要計算公式等方面的異同，重點分析了三種規(guī)范材料強度取值、構(gòu)件強度、穩(wěn)定性和疲勞驗算存在差異的原因，客觀評價了公路、鐵路鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范主要驗算公式的合理性；研究成果對工程設計人員深入理解公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，掌握鋼橋設計的精髓有實用價值。

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：U391 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2014）04-0080-04

在中國，與鋼結(jié)構(gòu)設計及鋼材材料屬性相關(guān)的規(guī)范很多。鋼結(jié)構(gòu)設計方面，有適于工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物鋼結(jié)構(gòu)設計的國標GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（以下簡稱《鋼規(guī)》）[1]，有關(guān)于冷彎成型鋼構(gòu)件及其連接的國標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)設計的交通部標準JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（以下簡稱《公橋鋼規(guī)》），以及鐵道部2005年頒布的用于客貨列車共線、客車時速≤160 km/h、貨車時速≤120 km/h簡支或連續(xù)鋼桁梁、板梁及全焊鋼梁設計的行業(yè)標準B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（簡稱《鐵橋鋼規(guī)》）。結(jié)構(gòu)用鋼的材料特性方面，國標GB/714—2008《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（簡稱《橋鋼》）規(guī)定了橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的牌號、尺寸、外形、技術(shù)要求、檢驗規(guī)則等。國標GB/700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（簡稱《碳鋼》）、國標GB1591《低合金結(jié)構(gòu)鋼》（簡稱《低合鋼》）分別對相應類別鋼材的規(guī)格、屬性等進行了規(guī)定。

為便于工程設計人員掌握鋼橋設計的精髓，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、設計準則、材料強度取值、設計荷載、主要計算公式等方面的異同進行了深入分析。

一、所用鋼材牌號

《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)應采用質(zhì)量等級為D級或D、E級的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年設計基準期設計，而公路橋涵及鐵路鋼橋按100年設計使用年限設計，且橋梁荷載多為動載或沖擊荷載，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)普遍采用高強度結(jié)構(gòu)鋼。

二、設計準則

當前國際工程界常用的兩種基本結(jié)構(gòu)設計方法為容許應力法和極限狀態(tài)法。容許應力法自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的應力不超過材料容許應力，即σmax≤[σ]。

建國初期，中國公路橋涵設計主要借用美國及前蘇聯(lián)標準，以容許應力法為主。1985年以后，自主編制的部分標準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力法。從我國鐵路行業(yè)第一部結(jié)構(gòu)設計標準問世至今，鐵路鋼橋始終采取容許應力法進行設計[3-5]。除疲勞計算之外的房建鋼結(jié)構(gòu)設計率先選用以概率理論和結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎的極限狀態(tài)法[1]，并已多次修訂，但因缺乏對疲勞極限狀態(tài)的深入研究，疲勞計算仍沿用傳統(tǒng)的容許應力法。

四、設計荷載

公路、鐵路鋼橋設計用到的設計荷載取荷載標準值，而房屋鋼結(jié)構(gòu)設計所采用的極限狀態(tài)設計法中，設計荷載為荷載標準值與荷載分項系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、可變荷載組合系數(shù)的一個組合值。房屋鋼結(jié)構(gòu)的設計使用年限通過結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0反映在設計荷載中，僅設計使用年限100年及以上或安全等級為一級的結(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)定橋梁的設計使用年限為100年，所有鋼橋均屬于房建規(guī)范中所述的安全等級為一級，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)范強度及穩(wěn)定性計算公式的構(gòu)成大致相同，但具體細節(jié)略有差別?！朵撘?guī)》采用極限狀態(tài)設計方法，故主平面內(nèi)受彎的正應力強度驗算公式通過塑性發(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)》均采用容許應力法設計，構(gòu)件內(nèi)力計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)》中強度驗算采用凈截面面積，穩(wěn)定性驗算用毛截面面積，《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》僅受拉構(gòu)件的強度驗算采用凈截面面積，受壓構(gòu)件強度計算及穩(wěn)定性驗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)時的承載能力，通過驗算構(gòu)件高（寬）厚比、設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)時鋼材的容許應力，用與《鋼規(guī)》類似的計算方式或構(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)》要求直接承受動力、重復荷載作用的構(gòu)件，當應力變化次數(shù)≥5×104時應驗算疲勞強度；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》規(guī)定凡承受動載的構(gòu)件或連接必須進行疲勞計算，對應力循環(huán)次數(shù)并無明確要求，這是由于鋼橋所受動載均為循環(huán)荷載，且鋼橋在達到100年設計使用壽命時所受動載的循環(huán)次數(shù)難以準確估算。三種規(guī)范均規(guī)定只受壓的構(gòu)件可不驗算疲勞強度?！朵撘?guī)》通過限制（等效）應力變化幅度以避免鋼構(gòu)件疲勞破壞發(fā)生，《鐵橋鋼規(guī)》通過限制應力變化幅度或最大應力進行疲勞驗算，而《公橋鋼規(guī)》要求驗算截面處的法向應力小于疲勞容許應力。

六、結(jié)語

我國與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的標準多達幾十種。筆者對公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的關(guān)鍵條文進行了對比研究，深入挖掘了公路、鐵路鋼橋設計與普通房屋鋼結(jié)構(gòu)設計的差異及其存在根源，有益于工程技術(shù)人員準確把握公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計精神，為進一步修訂完善《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》提供有價值的參考。

參考文獻：

[1]中華人民共和國建設部.GB50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范.北京：中國計劃出版社，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)設計規(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)設計規(guī)范.北京：中國鐵道出版社，2005.

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

[5]高策，薛吉崗.鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設計規(guī)范由容許應力法轉(zhuǎn)為極限狀態(tài)法的思考[J].鐵路標準設計，2012（4）：41-45.

（編輯 梁遠華）

摘要：通過對比交通部標準JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》、行業(yè)標準B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》與國家標準GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設計規(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)在設計準則、所用鋼材牌號及材料屬性、設計荷載、主要計算公式等方面的異同，重點分析了三種規(guī)范材料強度取值、構(gòu)件強度、穩(wěn)定性和疲勞驗算存在差異的原因，客觀評價了公路、鐵路鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范主要驗算公式的合理性；研究成果對工程設計人員深入理解公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，掌握鋼橋設計的精髓有實用價值。

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：U391 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2014）04-0080-04

在中國，與鋼結(jié)構(gòu)設計及鋼材材料屬性相關(guān)的規(guī)范很多。鋼結(jié)構(gòu)設計方面，有適于工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物鋼結(jié)構(gòu)設計的國標GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（以下簡稱《鋼規(guī)》）[1]，有關(guān)于冷彎成型鋼構(gòu)件及其連接的國標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)設計的交通部標準JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（以下簡稱《公橋鋼規(guī)》），以及鐵道部2005年頒布的用于客貨列車共線、客車時速≤160 km/h、貨車時速≤120 km/h簡支或連續(xù)鋼桁梁、板梁及全焊鋼梁設計的行業(yè)標準B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（簡稱《鐵橋鋼規(guī)》）。結(jié)構(gòu)用鋼的材料特性方面，國標GB/714—2008《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（簡稱《橋鋼》）規(guī)定了橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的牌號、尺寸、外形、技術(shù)要求、檢驗規(guī)則等。國標GB/700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（簡稱《碳鋼》）、國標GB1591《低合金結(jié)構(gòu)鋼》（簡稱《低合鋼》）分別對相應類別鋼材的規(guī)格、屬性等進行了規(guī)定。

為便于工程設計人員掌握鋼橋設計的精髓，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、設計準則、材料強度取值、設計荷載、主要計算公式等方面的異同進行了深入分析。

一、所用鋼材牌號

《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)應采用質(zhì)量等級為D級或D、E級的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年設計基準期設計，而公路橋涵及鐵路鋼橋按100年設計使用年限設計，且橋梁荷載多為動載或沖擊荷載，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)普遍采用高強度結(jié)構(gòu)鋼。

二、設計準則

當前國際工程界常用的兩種基本結(jié)構(gòu)設計方法為容許應力法和極限狀態(tài)法。容許應力法自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的應力不超過材料容許應力，即σmax≤[σ]。

建國初期，中國公路橋涵設計主要借用美國及前蘇聯(lián)標準，以容許應力法為主。1985年以后，自主編制的部分標準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力法。從我國鐵路行業(yè)第一部結(jié)構(gòu)設計標準問世至今，鐵路鋼橋始終采取容許應力法進行設計[3-5]。除疲勞計算之外的房建鋼結(jié)構(gòu)設計率先選用以概率理論和結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎的極限狀態(tài)法[1]，并已多次修訂，但因缺乏對疲勞極限狀態(tài)的深入研究，疲勞計算仍沿用傳統(tǒng)的容許應力法。

四、設計荷載

公路、鐵路鋼橋設計用到的設計荷載取荷載標準值，而房屋鋼結(jié)構(gòu)設計所采用的極限狀態(tài)設計法中，設計荷載為荷載標準值與荷載分項系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、可變荷載組合系數(shù)的一個組合值。房屋鋼結(jié)構(gòu)的設計使用年限通過結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0反映在設計荷載中，僅設計使用年限100年及以上或安全等級為一級的結(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)定橋梁的設計使用年限為100年，所有鋼橋均屬于房建規(guī)范中所述的安全等級為一級，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)范強度及穩(wěn)定性計算公式的構(gòu)成大致相同，但具體細節(jié)略有差別?！朵撘?guī)》采用極限狀態(tài)設計方法，故主平面內(nèi)受彎的正應力強度驗算公式通過塑性發(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)》均采用容許應力法設計，構(gòu)件內(nèi)力計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)》中強度驗算采用凈截面面積，穩(wěn)定性驗算用毛截面面積，《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》僅受拉構(gòu)件的強度驗算采用凈截面面積，受壓構(gòu)件強度計算及穩(wěn)定性驗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)時的承載能力，通過驗算構(gòu)件高（寬）厚比、設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)時鋼材的容許應力，用與《鋼規(guī)》類似的計算方式或構(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)》要求直接承受動力、重復荷載作用的構(gòu)件，當應力變化次數(shù)≥5×104時應驗算疲勞強度；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》規(guī)定凡承受動載的構(gòu)件或連接必須進行疲勞計算，對應力循環(huán)次數(shù)并無明確要求，這是由于鋼橋所受動載均為循環(huán)荷載，且鋼橋在達到100年設計使用壽命時所受動載的循環(huán)次數(shù)難以準確估算。三種規(guī)范均規(guī)定只受壓的構(gòu)件可不驗算疲勞強度。《鋼規(guī)》通過限制（等效）應力變化幅度以避免鋼構(gòu)件疲勞破壞發(fā)生，《鐵橋鋼規(guī)》通過限制應力變化幅度或最大應力進行疲勞驗算，而《公橋鋼規(guī)》要求驗算截面處的法向應力小于疲勞容許應力。

六、結(jié)語

我國與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的標準多達幾十種。筆者對公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的關(guān)鍵條文進行了對比研究，深入挖掘了公路、鐵路鋼橋設計與普通房屋鋼結(jié)構(gòu)設計的差異及其存在根源，有益于工程技術(shù)人員準確把握公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計精神，為進一步修訂完善《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》提供有價值的參考。

參考文獻：

[1]中華人民共和國建設部.GB50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范.北京：中國計劃出版社，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)設計規(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)設計規(guī)范.北京：中國鐵道出版社，2005.

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

[5]高策，薛吉崗.鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設計規(guī)范由容許應力法轉(zhuǎn)為極限狀態(tài)法的思考[J].鐵路標準設計，2012（4）：41-45.

（編輯 梁遠華）

摘要：通過對比交通部標準JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》、行業(yè)標準B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》與國家標準GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設計規(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)在設計準則、所用鋼材牌號及材料屬性、設計荷載、主要計算公式等方面的異同，重點分析了三種規(guī)范材料強度取值、構(gòu)件強度、穩(wěn)定性和疲勞驗算存在差異的原因，客觀評價了公路、鐵路鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范主要驗算公式的合理性；研究成果對工程設計人員深入理解公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，掌握鋼橋設計的精髓有實用價值。

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：U391 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2014）04-0080-04

在中國，與鋼結(jié)構(gòu)設計及鋼材材料屬性相關(guān)的規(guī)范很多。鋼結(jié)構(gòu)設計方面，有適于工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物鋼結(jié)構(gòu)設計的國標GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（以下簡稱《鋼規(guī)》）[1]，有關(guān)于冷彎成型鋼構(gòu)件及其連接的國標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)設計的交通部標準JJ025—86《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（以下簡稱《公橋鋼規(guī)》），以及鐵道部2005年頒布的用于客貨列車共線、客車時速≤160 km/h、貨車時速≤120 km/h簡支或連續(xù)鋼桁梁、板梁及全焊鋼梁設計的行業(yè)標準B10002.2—2005《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（簡稱《鐵橋鋼規(guī)》）。結(jié)構(gòu)用鋼的材料特性方面，國標GB/714—2008《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（簡稱《橋鋼》）規(guī)定了橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的牌號、尺寸、外形、技術(shù)要求、檢驗規(guī)則等。國標GB/700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（簡稱《碳鋼》）、國標GB1591《低合金結(jié)構(gòu)鋼》（簡稱《低合鋼》）分別對相應類別鋼材的規(guī)格、屬性等進行了規(guī)定。

為便于工程設計人員掌握鋼橋設計的精髓，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、設計準則、材料強度取值、設計荷載、主要計算公式等方面的異同進行了深入分析。

一、所用鋼材牌號

《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)應采用質(zhì)量等級為D級或D、E級的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年設計基準期設計，而公路橋涵及鐵路鋼橋按100年設計使用年限設計，且橋梁荷載多為動載或沖擊荷載，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)普遍采用高強度結(jié)構(gòu)鋼。

二、設計準則

當前國際工程界常用的兩種基本結(jié)構(gòu)設計方法為容許應力法和極限狀態(tài)法。容許應力法自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的應力不超過材料容許應力，即σmax≤[σ]。

建國初期，中國公路橋涵設計主要借用美國及前蘇聯(lián)標準，以容許應力法為主。1985年以后，自主編制的部分標準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力法。從我國鐵路行業(yè)第一部結(jié)構(gòu)設計標準問世至今，鐵路鋼橋始終采取容許應力法進行設計[3-5]。除疲勞計算之外的房建鋼結(jié)構(gòu)設計率先選用以概率理論和結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎的極限狀態(tài)法[1]，并已多次修訂，但因缺乏對疲勞極限狀態(tài)的深入研究，疲勞計算仍沿用傳統(tǒng)的容許應力法。

四、設計荷載

公路、鐵路鋼橋設計用到的設計荷載取荷載標準值，而房屋鋼結(jié)構(gòu)設計所采用的極限狀態(tài)設計法中，設計荷載為荷載標準值與荷載分項系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、可變荷載組合系數(shù)的一個組合值。房屋鋼結(jié)構(gòu)的設計使用年限通過結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0反映在設計荷載中，僅設計使用年限100年及以上或安全等級為一級的結(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)定橋梁的設計使用年限為100年，所有鋼橋均屬于房建規(guī)范中所述的安全等級為一級，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)范強度及穩(wěn)定性計算公式的構(gòu)成大致相同，但具體細節(jié)略有差別?！朵撘?guī)》采用極限狀態(tài)設計方法，故主平面內(nèi)受彎的正應力強度驗算公式通過塑性發(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)》均采用容許應力法設計，構(gòu)件內(nèi)力計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)》中強度驗算采用凈截面面積，穩(wěn)定性驗算用毛截面面積，《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》僅受拉構(gòu)件的強度驗算采用凈截面面積，受壓構(gòu)件強度計算及穩(wěn)定性驗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)時的承載能力，通過驗算構(gòu)件高（寬）厚比、設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)時鋼材的容許應力，用與《鋼規(guī)》類似的計算方式或構(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)》要求直接承受動力、重復荷載作用的構(gòu)件，當應力變化次數(shù)≥5×104時應驗算疲勞強度；《公橋鋼規(guī)》和《鐵橋鋼規(guī)》規(guī)定凡承受動載的構(gòu)件或連接必須進行疲勞計算，對應力循環(huán)次數(shù)并無明確要求，這是由于鋼橋所受動載均為循環(huán)荷載，且鋼橋在達到100年設計使用壽命時所受動載的循環(huán)次數(shù)難以準確估算。三種規(guī)范均規(guī)定只受壓的構(gòu)件可不驗算疲勞強度?！朵撘?guī)》通過限制（等效）應力變化幅度以避免鋼構(gòu)件疲勞破壞發(fā)生，《鐵橋鋼規(guī)》通過限制應力變化幅度或最大應力進行疲勞驗算，而《公橋鋼規(guī)》要求驗算截面處的法向應力小于疲勞容許應力。

六、結(jié)語

我國與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的標準多達幾十種。筆者對公路、鐵路行業(yè)橋梁鋼結(jié)構(gòu)與房建鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的關(guān)鍵條文進行了對比研究，深入挖掘了公路、鐵路鋼橋設計與普通房屋鋼結(jié)構(gòu)設計的差異及其存在根源，有益于工程技術(shù)人員準確把握公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計精神，為進一步修訂完善《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》提供有價值的參考。

參考文獻：

[1]中華人民共和國建設部.GB50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范.北京：中國計劃出版社，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)設計規(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)設計規(guī)范.北京：中國鐵道出版社，2005.

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

[5]高策，薛吉崗.鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設計規(guī)范由容許應力法轉(zhuǎn)為極限狀態(tài)法的思考[J].鐵路標準設計，2012（4）：41-45.

（編輯 梁遠華）