譚偉

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東深圳 518029）

0 引言

鋼箱梁橋具有抗扭剛度大、受力性能好、結(jié)構(gòu)自重輕、加工方便、施工期短等優(yōu)點(diǎn)，在城市高架橋中得到了廣泛的運(yùn)用，尤其在跨線等特殊場(chǎng)合下應(yīng)用非常方便。

在城市高架橋橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為減少占用橋下空間、增加視野和橋形美觀，橋墩往往采用獨(dú)柱支承方式。這種形式的鋼箱梁橋受力狀態(tài)較為復(fù)雜，對(duì)橫向抗傾覆穩(wěn)定非常不利。

本文以深圳市寶安區(qū)觀瀾民和路（觀瀾大道—觀光路）市政工程第三標(biāo)段連續(xù)鋼箱梁為例，對(duì)其橫向抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行分析。綜合結(jié)果，提出對(duì)此類橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建議。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

深圳市寶安區(qū)觀瀾民和路市政工程第三標(biāo)段全橋共七聯(lián)，分左、右兩幅。該工程實(shí)例為右幅第6聯(lián)連續(xù)鋼箱梁，跨徑為（33.5+40+26.5）m，位于半徑800 m的圓曲線上。該橋跨越觀光路，中墩為單支座獨(dú)柱支承，兩端為蓋梁加雙柱墩，蓋梁上設(shè)雙支座，支座間距為6 m。

1.2 有限元模型的建立

本文采用Midas建立連續(xù)鋼箱梁的有限元模型，如圖1所示。箱梁頂寬12.5 m，箱梁底寬8.5 m，中心梁高1.6 m，如圖2所示。上部結(jié)構(gòu)共離散為49個(gè)節(jié)點(diǎn)，48個(gè)單元，單元最大長(zhǎng)度為2 m。

連續(xù)鋼箱梁橋荷載取值如下：主梁自重由程序自動(dòng)計(jì)算，考慮到模型中未包含橫隔板等構(gòu)件重量，自重系數(shù)取1.15；二期恒載包括防撞護(hù)欄與橋面鋪裝，以均布荷載計(jì)入；汽車荷載為公路I級(jí)，3車道，利用Midas的車道偏載功能考慮1～3車道的偏載情況，取最不利的情況；溫度作用包括整體升、降溫與梯度溫度，參照規(guī)范選取；支座沉降考慮各墩不均勻沉降1 cm。

圖1 連續(xù)鋼箱梁計(jì)算模型

圖2 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：cm）

1.3 計(jì)算結(jié)果

為了防止橋梁的橫向傾覆，設(shè)計(jì)中采用保證每一個(gè)支座都不出現(xiàn)負(fù)反力，即均不脫空的方式來(lái)進(jìn)行控制。

用Midas進(jìn)行建模計(jì)算，對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)最大負(fù)反力的原因?yàn)槠嚨钠d。如圖3所示。

圖3 汽車偏載最大負(fù)反力圖

選取結(jié)構(gòu)的兩種典型工況進(jìn)行分析：

工況一：自重+二期恒載+汽車偏載最不利+支座沉降最不利；

工況二：自重+二期恒載+汽車偏載最不利+支座沉降最不利+整體升溫+梯度降溫。

兩種工況下，結(jié)構(gòu)的最大負(fù)反力如圖4～5所示。從圖中可以看出，鋼箱梁橋在成橋狀態(tài)各種荷載組合下，端支座會(huì)出現(xiàn)負(fù)反力，即原設(shè)計(jì)存在橫向傾覆問(wèn)題。

圖4 工況一最大負(fù)反力圖

圖5 工況二最大負(fù)反力圖

2 結(jié)果分析

當(dāng)中墩支座不變，蓋梁上的支座間距由6m變?yōu)?.8 m、7.2 m時(shí)，結(jié)構(gòu)在工況三下的支座反力如表1所列。

表1 端支座間距變化時(shí)，結(jié)構(gòu)反力表（單位：kN）

從表1可以看出，端支座的間距越大，鋼箱梁橋在成橋狀態(tài)下的負(fù)反力值越小，結(jié)構(gòu)的橫向抗傾覆穩(wěn)定性越好。

當(dāng)端支座不變，中墩由單支座變?yōu)殡p支座時(shí)（支座間距也為6 m），結(jié)構(gòu)在工況三下的支座反力如表2所列。

從表2可以看出，中墩設(shè)置雙支座以后，鋼箱梁橋在成橋狀態(tài)下不出現(xiàn)負(fù)反力，有利于結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定。

表2 中墩變?yōu)殡p支座時(shí)，結(jié)構(gòu)反力表（單位：kN）

當(dāng)所有支座不變，在鋼箱梁兩端5 m的范圍內(nèi)灌注一半梁高的混凝土?xí)r，結(jié)構(gòu)在工況三下的支座反力如表3所列。

表3 兩端混凝土壓重時(shí)，結(jié)構(gòu)反力表（單位：kN）

從表3可以看出，在設(shè)置一定的混凝土壓重的情況下，鋼箱梁橋在成橋狀態(tài)下不出現(xiàn)負(fù)反力，結(jié)構(gòu)的橫向抗傾覆穩(wěn)定性比原設(shè)計(jì)情況好。

以上三種方法如根據(jù)具體情況結(jié)合使用，也可以達(dá)到使結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)負(fù)反力，且優(yōu)化設(shè)計(jì)目的。

3 結(jié)論

（1）深圳市寶安區(qū)觀瀾民和路市政工程第三標(biāo)段鋼箱梁橋存在傾覆問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況修改原設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性。

（2）對(duì)于連續(xù)鋼箱梁橋，其橫向傾覆穩(wěn)定性與其是否位于平曲線上、梁端的支座間距、中墩是否單點(diǎn)支承、結(jié)構(gòu)是否壓重等因素有關(guān)。建議以后在設(shè)計(jì)此類型橋梁時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎考慮以上因素。

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