王靖芳 徐錦

（徐州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 江蘇徐州 221006）

1 前言

鋼桁架橋是一種具有出色的跨越能力，建筑高度低，承載能力大的橋型，是許多受條件限制時(shí)大跨徑橋梁的重要選擇。近年來，環(huán)保要求越來越高，鋼結(jié)構(gòu)橋梁由于可以在工廠加工，現(xiàn)場拼接安裝，因此也具有更好的環(huán)保性，更是推動(dòng)了鋼結(jié)構(gòu)橋梁的快速發(fā)展。

本文主要介紹京杭運(yùn)河大橋主橋鋼桁架的總體設(shè)計(jì)與受力分析，為其他類似橋梁的建設(shè)提供參考。

2 項(xiàng)目概況

206國道徐州改線段建設(shè)工程于K22+575處跨越京杭運(yùn)河，路線與京杭運(yùn)河右偏角為80°，本橋主孔上跨京杭運(yùn)河為二級航道，其通航凈空為：100×7m，最高通航水位28.93m，最低通航水位25.83m；本橋主橋采用1-127.6m簡支鋼桁架橋一孔跨越通航水域，主橋?yàn)樽兏咪撹旒?，主梁為三角桁架，橫向采用兩片主桁結(jié)構(gòu)，主桁中心距27.5m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間距10.5m，主橋采用單幅橋，全寬28.3m，下部結(jié)構(gòu)主橋采用柱式墩，群樁基礎(chǔ)。

京杭運(yùn)河大橋平面位于直線段內(nèi)，豎曲線為凸曲線，半徑為R=6500m，縱坡為2.5%，變坡點(diǎn)最高點(diǎn)位于京杭運(yùn)河航道中心線處。

3 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 主桁

主桁采用不帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節(jié)間長度10.5m，主桁上弦采用折線形，主桁高度10.5～17m；兩片主桁中心距為27.5m，橋面寬26m；主桁上、下弦桿及端斜桿采用箱形截面，截面內(nèi)寬為800mm，內(nèi)高為1400mm，采用焊接整體節(jié)點(diǎn)。其余斜腹桿采用箱形截面及H型截面。箱形腹桿采用對拼連接方式，H形腹板均采用插入連接連接方式。

3.2 預(yù)拱度

橋址處路線縱斷面為雙向2.5%縱坡，豎曲線半徑R=6500m，主橋鋼桁梁預(yù)拱度按恒載+1/2活載撓度反向值設(shè)置。

3.3 聯(lián)結(jié)系

橋梁在上弦設(shè)置上平聯(lián)。上平聯(lián)采用K形，端橫撐為箱形截面，截面高度550mm，寬度650mm，其余橫撐為工字形截面，截面高度均為500mm，寬度均為500mm；跨中處斜桿為工字形截面，截面高度均為500mm，寬度均為500mm，其余斜桿均為箱形截面，截面高度均為500mm，寬度均為500mm。橋門架為桁架式，桿件均為焊接“H”形截面。

下縱聯(lián)采用X形布置，斜桿均為工字形截面，高度、寬度均為350mm。

3.4 橋面縱橫梁結(jié)構(gòu)

橋面縱梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為10.5m，主梁橫向共設(shè)置9道縱梁，縱梁橫向間距3m。

中橫梁采用工字型截面，梁內(nèi)高1.4～2.4m，橫梁頂設(shè)雙向2.0%橫坡。

端橫梁采用箱形截面，內(nèi)高為1.4～2.4m，橫梁頂設(shè)雙向2.0%橫坡。

3.5 混凝土橋面板

混凝土橋面板分為預(yù)制部分和現(xiàn)澆部分，預(yù)制部分采用C50混凝土，現(xiàn)澆部分采用C50補(bǔ)償收縮混凝土，預(yù)制板縱橫梁均設(shè)置剪力鍵，在鋼梁支撐處設(shè)置厚5mm的橡膠墊片。

3.6 連接及其它說明

鋼梁在工廠制造時(shí)各構(gòu)件間全部為焊接，工地拼裝除橫梁頂板與主桁下弦桿間采用焊接外其余為高強(qiáng)度螺栓連接。

3.7 主橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

過渡墩用樁柱式橋墩，蓋梁截面尺寸為3.2×2.0m，蓋梁下接4根2.0×2.0m方柱?；A(chǔ)采用啞鈴型承臺接樁基礎(chǔ)，內(nèi)側(cè)承臺下接2根φ1.6m鉆孔灌注樁，外側(cè)承臺下接4根φ1.6m鉆孔灌注樁。

4 主橋計(jì)算分析

4.1 設(shè)計(jì)荷載

主橋空間靜力計(jì)算采用用MIDAS三維空間有限元軟件進(jìn)行全橋靜力分析，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在正常使用狀況下的撓度以及在承載能力極限狀態(tài)下各構(gòu)件的受力狀況及應(yīng)力；同時(shí)對全橋進(jìn)行動(dòng)力特性計(jì)算，分析自振頻率及振型。計(jì)算參數(shù)如下：

（1）恒載

一期恒載：Q370鋼材容重γ=78.5kN/m3；

二期恒載：鋼筋混凝土橋面板，γ=26kN/m3；

瀝青混凝土橋面鋪裝，γ=24kN/m3；

防撞護(hù)欄：外側(cè)10kN/m，內(nèi)側(cè)7kN/m。

（2）汽車荷載

設(shè)計(jì)車道數(shù)：取雙向六車道。

（3）溫度影響（T）

體系升溫：30℃；體系降溫：-30℃；制造溫度20℃±2℃。

（4）風(fēng)荷載

百年一遇基本風(fēng)速Vo=25.6m/s。

（5）地震力參數(shù)

地震動(dòng)峰值加速度采用0.1g。

（6）基礎(chǔ)變位

過渡墩不均勻沉降為0.5cm。

（7）荷載組合

按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行最不利荷載組合。

4.2 主橋總體計(jì)算結(jié)果

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算

主橋結(jié)構(gòu)采用MIDAS/Civil 2017（V8.7.0R1）程序建立三維有限元模型，靜力分析模型中，主桁、平聯(lián)、橋門架等單元均采用梁單元模擬，橋面板、鋪裝和護(hù)欄等作為荷載模擬，全橋共劃分節(jié)點(diǎn)數(shù)量361個(gè)，梁單元數(shù)量626個(gè)；

表1 橋梁主桁強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算結(jié)果

中橫梁計(jì)算截面為組合梁截面，考慮翼緣上部3.6m寬、0.25m厚的混凝土橋面板與鋼箱梁共同作用，形成組合截面。其余位置橋面板及鋪裝作為恒載施加在橫梁上。

表2 橋梁橫梁強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算結(jié)果

由表1、表2可知，主橋各桿件鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均能滿足規(guī)范要求。

（2）結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算

在使用狀態(tài)下，在不計(jì)沖擊力的汽車車道荷載頻遇值作用下，計(jì)算豎向撓度為25mm，小于L/500=252mm，中橫梁計(jì)算豎向撓度為12.1m，小于L/500=55mm，端橫梁計(jì)算豎向撓度為14.5m，小于L/500=55mm，均滿足規(guī)范要求。本橋主桁預(yù)拱度采用210mm，橫梁預(yù)拱度采用50mm。

（3）結(jié)構(gòu)整體動(dòng)力特性分析

動(dòng)力特性分析模型中，橋面板采用板單元模擬，其余桿件采用梁單元模擬，鋪裝和護(hù)欄等作為荷載模擬，全橋共劃分節(jié)點(diǎn)數(shù)量361個(gè)，梁單元數(shù)量626個(gè)，板單元數(shù)量264個(gè)。

5 結(jié)語

鋼桁架橋跨越能力大，建筑高度低，在受到條件限制的情況下，能夠有效減少橋梁規(guī)模，而且鋼結(jié)構(gòu)具有可工廠加工，現(xiàn)場拼接，可回收等特點(diǎn)，體現(xiàn)了良好的環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)鋼桁架橋結(jié)構(gòu)美觀，造型多變，有更好的景觀性，因此在橋梁建設(shè)過程中，應(yīng)有更廣泛的運(yùn)用。