3×168 m連續(xù)鋼桁柔性拱結(jié)構(gòu)分析

戴 江 波

(中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司，天津 300300)

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3×168 m連續(xù)鋼桁柔性拱結(jié)構(gòu)分析

戴 江 波

(中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司，天津 300300)

介紹了銀西鐵路銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋的設(shè)計(jì)荷載，根據(jù)該橋梁的構(gòu)造形式，建立了該橋的梁?jiǎn)卧邢拊Ｐ停膿隙取⒅麒鞐U件內(nèi)力、拱肋及吊桿內(nèi)力等方面，對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，以滿足安全性的要求。

橋梁，柔性拱，主桁桿件，應(yīng)力

0 引言

銀西鐵路銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋主橋?yàn)殡p線連續(xù)鋼桁柔性拱，跨徑布置為兩聯(lián)3×168 m。主桁采用有豎桿三角形桁式，計(jì)算跨度3×168 m，全長(zhǎng)506 m，桁高12.8 m，上下弦節(jié)間長(zhǎng)度11 m，12 m。拱肋采用二次拋物線線形，矢高(上弦以上)28 m，矢跨比1/4.714。主桁桁寬13.8 m，橋面板寬12.7 m，橋面系采用正交異性板道砟橋面，縱向設(shè)置U型加勁肋及板式加勁肋，橫向除端橫梁采用箱型橫梁外，其余均采用倒T型橫梁及橫肋。橫橋向每隔22 m～24 m設(shè)置一道橫向聯(lián)接系。主橋立面布置及結(jié)構(gòu)如圖1，圖2所示。

1 設(shè)計(jì)荷載

1)恒載：結(jié)構(gòu)自重(含橋面板)取225 kN/m，二期恒載取175 kN/m，包括鋼軌、道砟、軌枕、防水層、保護(hù)層、擋渣墻等。

2)活載：整體計(jì)算采用ZK活載；局部構(gòu)件檢算采用ZK特種活載。疲勞動(dòng)力系數(shù)1+μ=1+18/(40+L),其中,L為桿件影響線長(zhǎng)度。

3)溫度力：主桁左右側(cè)溫差按升降溫5 ℃，橋面系以上桿件日照溫差15 ℃，體系溫差按整體升溫40 ℃計(jì)算。

4)附加力：制動(dòng)力按高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范第7.2.13條計(jì)算；基本風(fēng)壓值W0=700 Pa。

2 橋梁構(gòu)造

2.1 主桁

拱肋以及上、下弦桿均采用箱型截面，豎板及頂?shù)装寰O(shè)置加勁肋，各截面內(nèi)寬均為1 000 mm，其中拱肋截面高1 300 mm，板厚20 mm～40 mm；上弦桿截面高1 100 mm，板厚20 mm～36 mm；下弦桿截面高1 300 mm，板厚24 mm～40 mm；腹桿截面采用箱型截面及工字型截面，其中箱型桿件的豎板及頂、底板均設(shè)置加勁肋，端腹桿寬1 300 mm，內(nèi)高1 000 mm，翼緣板寬700 mm，板厚20 mm～40 mm；吊桿采用八角形截面，寬800 mm，高1 000 mm，板厚16 mm。

主桁連接采用焊接整體節(jié)點(diǎn)板，最大節(jié)點(diǎn)板厚48 mm，桿件采用φ33的M30高強(qiáng)度螺栓連接。主桁桿件示意圖如圖3所示。

2.2 橋面板

橋面板厚16 mm，直接承受橋面荷載，同時(shí)作為縱肋及橫梁、橫肋的上翼緣，與縱肋、橫梁以及橫肋焊連。縱肋橫橋向共設(shè)置16道U肋及6道Ⅰ肋，U肋高260 mm，底寬207 mm，U肋板厚8 mm；Ⅰ肋高200 mm，板厚14 mm，U肋以及Ⅰ肋全橋連續(xù)，遇橫梁、橫肋腹板開孔穿過。端橫梁采用箱型截面，腹板高1 300 mm，厚20 mm，底板寬1 200 mm，厚36 mm；節(jié)點(diǎn)橫梁采用倒T型截面，腹板高1 300 mm，厚16 mm，下翼緣寬600 mm，厚32 mm。每個(gè)節(jié)間設(shè)置三道橫肋，橫肋腹板高1 300 mm，厚14 mm，下翼緣寬460 mm，厚26 mm。

2.3 縱向聯(lián)結(jié)系

上平縱聯(lián)斜撐采用工字型截面，腹板高388 mm，厚12 mm，翼緣板寬420 mm，厚16 mm；端橫撐采用工字型截面，截面高420 mm，寬460 mm，頂、底板厚24 mm，腹板厚16 mm。

拱肋平縱聯(lián)斜撐采用工字型截面，腹板高420 mm，厚14 mm，翼緣板寬420 mm，厚20 mm；橫撐采用工字型截面，腹板高420 mm，厚14 mm，翼緣板寬460 mm，厚20 mm。

加勁弦平縱聯(lián)斜撐采用工字型截面，翼緣板寬56 mm，厚40 mm，腹板高560 mm，厚32 mm。

2.4 橋門架及橫聯(lián)

從端斜桿開始，每?jī)蓚€(gè)節(jié)間設(shè)一道橋門架或橫聯(lián)，全橋共設(shè)6道橋門架，19道橫聯(lián)。橋門架及橫聯(lián)均采用板式結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成是在上平聯(lián)工字型橫撐下疊焊橋門架或橫聯(lián)構(gòu)件。橋門架上下翼緣寬度均為500 mm，厚28 mm，腹板厚24 mm，中部高度為2 662.5 mm，端部高度8 224.4 mm；橫聯(lián)上下翼緣寬500 mm，厚24 mm，腹板厚20 mm。橫聯(lián)中部及端部的高度分別為2 000 mm，6 000 mm。

加勁弦豎桿及拱腳之間的橫聯(lián)采用桁式結(jié)構(gòu)，橫聯(lián)斜桿翼板寬度440 mm，厚40 mm，腹板高340 mm，厚24 mm；拱腳橫撐翼板寬600 mm，厚度40 mm，腹板高340 mm，厚度24 mm。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 模型的建立

采用MIDAS Civil按照3×168 m連續(xù)鋼桁柔性拱的實(shí)際尺寸和材料特性建立該橋的梁?jiǎn)卧邢拊Ｐ停渲袕椥阅Ａ繛?06 000 MPa，容重為7 698 kN/m3，建立的有限元模型見圖4。

3.2 撓度計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3，4]，主桁在靜活載作用下，梁體的豎向撓度不大于L/900=168 000/900=186.67 mm(平面模型),空間模型計(jì)算按L/1 000=168 mm控制，具體以平面模型的計(jì)算值作為控制標(biāo)準(zhǔn)，空間的結(jié)果進(jìn)行校核，3×168 m連續(xù)鋼桁柔性拱在恒載以及靜活載作用下的最大豎向撓度如表1所示。

表1 撓度計(jì)算結(jié)果 mm

如表1所示，在兩種荷載工況下，銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋的最大豎向撓度為139.844 mm，小于容許值，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。

3.3 主桁桿件內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析

在主力荷載作用下，主桁桿件最大內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表2所示，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可以滿足《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

表2 主桁桿件最大內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

3.4 拱肋及吊桿內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析

如表3所示，在主力荷載作用下，拱肋的最大拉應(yīng)力為9.1 MPa，最大壓應(yīng)力為33.7 MPa，計(jì)算結(jié)果滿足《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

表3 拱肋最大內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

針對(duì)吊桿的內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，吊桿的最大拉應(yīng)力為26.9 MPa，最大壓應(yīng)力為15.2 MPa，滿足規(guī)范[4]要求(見表4)。

表4 吊桿最大內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

3.5 上平聯(lián)內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析

上平聯(lián)的最大內(nèi)力及應(yīng)力如表5所示，上平聯(lián)的最大拉應(yīng)力為22.4 MPa,最大壓應(yīng)力為21.5 MPa，滿足《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

表5 上平聯(lián)的最大內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)語

通過對(duì)銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋的結(jié)構(gòu)分析，得出如下結(jié)論：

1)針對(duì)該3×168 m連續(xù)鋼桁柔性拱，恒載作用下的邊跨中撓度最大，為139.844 mm，小于容許值186.67 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

2)銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋主桁桿件的內(nèi)力以及應(yīng)力最大，邊跨的內(nèi)力以及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果大于中跨數(shù)值，說明邊跨內(nèi)力控制該橋的設(shè)計(jì)。

[1] 方秦漢,高宗余,李加武.中國(guó)鐵路鋼橋的發(fā)展歷程及展望[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，25(4):1-5.

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[4] TB 10002.2,鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 郝云杉.客貨共線1-156 m簡(jiǎn)支鋼桁結(jié)構(gòu)分析[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(5):377-381.

Analysis on 3×168 m continuous steel truss flexible arch structure

Dai Jiangbo

(China Railway Bridge Engineering Bureau Group Limited Company, Tianjin 300300, China)

This paper introduced the design load of Yellow River super bridge of Yinchuan airport of Yinxi railway, according to the structural form of the bridge, established the beam unit finite element model of the bridge, and from the deflection, main truss internal force, arch rib and hanger forces and other aspects, analyzed the bridge structure, in order to meet the requirements of safety.

bridge, flexible arch, main truss member, stress

1009-6825(2017)08-0170-03

2017-01-05

戴江波(1982- )，男，工程師

U448.213

A