蘇州市金光橋主橋設計

趙清波,高 遠

(天津市市政工程設計研究院,天津市 300051)

蘇州市金光橋主橋設計

趙清波,高 遠

(天津市市政工程設計研究院,天津市 300051)

著重介紹了蘇州市金光橋主橋100m的鋼桁架拱橋結構,包括各部位桿件設計、鋼結構防腐以及設計計算等內容。

鋼桁架拱橋;總體設計;防腐;結構設計

1　工程概況

蘇州市金光橋位于蘇州市市區北部的相城中心區內。相城中心區是蘇州的北部新城中心,位于蘇州城區向北拓展的中央主軸線上。該橋位于相城中心區的最西邊,橋梁跨越規劃的沈思港湖區,湖水規劃水面高程1.2 m。金光橋規劃為城市主干道上面的橋梁,橋梁工程包括主橋、橋頭堡、引橋三部分。橋梁全長222.76 m,全寬40.5 m,全部橋梁面積9 021.8 m2。

主橋結構采用跨徑為100 m的鋼桁架拱梁結構。

引橋分為兩部分:橋頭堡處引橋和橋頭堡外側引橋。橋頭堡處引橋上部結構采用現澆實心板的結構形式,下部結構采用鋼筋混凝土薄壁墻,墻體與橋頭堡連成整體;最外側引橋采用預應力混凝土連續梁橋結構,兩側引橋跨徑均為2×26 m。

主橋標準橫斷面寬度為40.5 m,橫向布置為: .25 m(人行道欄桿)+2.25 m(人行道)+3.5 m(非機動車道)+2.0 m(隔離護欄、拱肋)+0.5 m(路緣帶)+11.5 m(車行道)+0.5 m(中央分隔墩)+11.5 m車行道)+0.5 m(路緣帶)+2.0 m(隔離護欄、拱肋)+ .5 m(非機動車道)+2.25 m(人行道)+0.25 m(人行道欄桿)。詳見圖1、圖2。

橋梁的主要技術指標如下:

(1)道路等級:城市主干道;

(2)設計荷載:車輛荷載為城-A級,人群荷載為2.4 kPa;

(3)設計車道:雙向6車道;

(4)橋面橫坡:2%雙向坡;

(5)通航要求:設計通航水位1.2 m,通航凈空4 m;

(6)地震烈度:設計基本地震加速度為0.05 g,結構重要性系數為1.7。

2　主橋設計要點

2.1主橋結構設計

主橋結構采用跨徑為100 m的鋼桁架拱梁結構。拱肋桁架上、下弦拱軸線分別采用不同的圓曲線,下拱肋構矢高18.4 m,矢跨比1/5.4,拱頂桁架高度為3.5 m,上拱肋拱頂至橋面高度為16.1 m。主拱采用兩片平行的鋼桁架拱肋,橫橋向間距26.5 m,兩片拱肋之間用風撐連接。拱結構產生的水平推力通過拱梁結合段傳至主縱梁內,水平拉力由主縱梁承擔。順橋向兩拱腳處一端設置固定支座,另一端設置滑動支座,基礎底面不承受恒載、活載及溫度荷載產生的水平推力。

主橋結構體系主要有以下優點:

(1)結構體系為無推力拱橋。通過釋放一側拱腳的水平約束,形成外部靜定的無推力拱梁組合體系,基礎不承受恒載、活載及溫度荷載產生的水平推力。

(2)主梁內不設置水平拉索,結構構造簡單明確,施工方便、安全性好。

2.2主橋結構主要構件設計要點

2.2.1主拱肋

主拱采用兩片平行的鋼桁架拱肋,橫橋向間距26.5 m,兩片拱肋之間用風撐連接。桁架拱片由上、下弦桿和腹桿組成,上、下弦桿采用焊接箱型斷面,截面高1.0 m,寬1.0 m,正常段拱肋鋼板厚28 mm,加強段拱肋鋼板厚40 mm。中間腹桿采用焊接工字形斷面,截面高0.942 m,寬0.6 m,頂、底板厚16 mm,腹板厚10 mm;加強腹桿采用焊接箱型斷面,鋼板厚40 mm。上下弦桿節段間連接采用現場焊接,腹桿和上下弦桿之間采用焊接連接。

圖1　主橋立面圖(單位:mm)

圖2　主橋橫斷面圖(單位:mm)

2.2.2主縱梁

主縱梁采用焊接箱型斷面,高度2 m,寬度l m。吊桿下設橫梁,間距分為5 m和4.5 m兩種,橫梁高度為2～2.259 m。鋼橋面采用正交異性板橋面,縱橋向設小縱梁及U形加勁肋,橫橋向設置橫梁和橫肋。鋼主梁外側設置人行道挑臂,挑臂長度6.5 m。鋼梁之間及橋面全部采用焊接方式連接。

2.2.3吊桿

該橋共設吊桿30根,吊桿長度5.483～13.661 m,均采用焊接“H”形截面,截面高度400 mm,翼緣寬度600 mm。

2.3主橋施工順序

該橋由于先造橋、后開挖形成湖區,因此主橋采用桿件運輸到工地現場,由地面吊機吊裝,在滿堂支架上安裝。主橋施工工序如下:基礎及下部結構施工完成后搭設支架;進行主縱梁、橋面系和橋面以下拱肋、加強腹桿的拼裝;在橋面上搭設支架進行拱肋、腹桿和平聯的拼裝,并在拱的中部進行合攏;安裝吊桿并上、下端聯結后,拆除支架;最后進行橋面工程施工。

3　鋼結構防腐

對于該橋這樣一座重要、結構較為復雜的橋梁,考慮到橋梁的耐久性,對于主橋鋼結構的防腐,應從橋梁的防腐耐久性、維護經濟性和環境保護要求等方面綜合進行考慮。

鋼材銹蝕是一種自然現象,鋼結構銹蝕到一定程度會危及結構的安全使用。目前應用比較廣泛的鋼結構防腐技術,大致可劃分為兩類:其一是涂料防腐,其二是金屬防腐。涂料作為防腐涂層應用有著悠久的歷史,優點是造價較低,但缺點也很明顯:涂料壽命短,反復涂裝不但增加了人的工作量而且也增加了后期維護費用。金屬防腐雖然造價較高,但是耐腐蝕性好、使用壽命長,并且涂層與鋼板具有優良的粘結力。

經過綜合比較,該橋防腐體系采用電弧噴鋅鋁偽合金方案。根據電弧噴鋅鋁偽合金涂層對封閉涂層的要求,結合多種涂料的特性,決定采用乙烯基環氧封閉涂料、環氧云鐵中間漆和聚氨脂面漆配套的封閉涂層體系。鋼結構外表面進行噴涂鋅鋁偽合金和封閉涂層,內表面采用噴涂鋅鋁鋅鋁偽合金和云鐵封孔漆。該橋防腐方案如表1所示。

表1　鋼結構涂裝方案表

4　主橋結構分析

4.1模型建立

整體結構分析程序采用MIDAS Civil 2006。主橋拱肋上下弦、主縱梁、加強腹桿均采用焊接箱形斷面,其余腹桿、上下平聯、吊桿均采用“工”字形焊接截面,各截面均按實輸入,計算模型桁架桿件均采用梁單元,橋面板用板單元模擬。整個模型共有3 402個單元。

所有桿件自重以程序自動計入,節點板及部分加勁重量以節點質量輸入,整體結構分析模型見圖3。

圖3　結構整體計算模型

4.2應力和撓度計算結果

根據上述模型進行計算,得到主橋的應力和撓度計算結果(見表2)。

表2　各部位桿件成橋階段應力表(單位:MPa)

從表2可知,各部位桿件的應力均滿足現行《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》(JTJ 025-86) (以下簡稱《鋼橋規》)中關于鋼材的應力要求,主橋整體結構安全可靠。

從表3中可以看出,恒載產生的最大撓度約為跨徑的1/1 585,活載產生的最大撓度約為跨徑的1/3 425,活載撓度遠小于規范中規定的1/800 L,結構剛度滿足使用要求。

表3　撓度計算結果(單位:mm)

4.3疲勞強度計算結果

構件的疲勞強度均按受軸力和彎矩共同作用的受力類別計算,應滿足《鋼橋規》表1.2.17-1:

假定各節點的螺栓連接可靠時,只需驗算“等寬等厚鋼板對接”,即《鋼橋規》表1.2.17-4類別5.1或6.2的情況,驗算公式《鋼橋規》表1.2.17-2:

圖4　拱肋疲勞強度計算結果

圖5　吊桿疲勞強度計算結果

圖6　主縱梁疲勞強度計算結果

4.4整體穩定計算

利用上述空間模型,依據特征屈曲理論進行空間穩定分析,計算得到成橋恒載+滿布活載狀態穩定系數,前4階屈曲穩定系數見表4。

表4　整體穩定分析結果

由以上表和圖的結果可知,該橋的整體穩定性較好,完全滿足運營階段的使用要求。

4.5桿件局部穩定計算

根據《鋼橋規》中關于總體穩定性計算公式,對于受壓并在一個主平面內受彎曲的構件應滿足:≤φ1「σ](1.2.16-3)。運用Midas Civil的截面驗算功能可對全橋各構件進行穩定計算。經過計算,所有桿件局部穩定均滿足規范要求。

5　結語

金光橋主橋造型優雅莊重,拱曲線與周圍環境融合協調,成橋后已成為當地一處靚麗的風景。

U442.5

B

1009-7716(2015)12-0045-03

2015-04-02

趙清波(1979-),男,黑龍江綏化人,高級工程師,從事橋梁工程設計工作。