下承式鋼箱系桿拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

周益云,黃慶偉,徐 超

(中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司，四川成都 610000)

鋼箱系桿拱相對于梁式橋具有跨越能力強、外形美觀的獨特優(yōu)勢[1-3]。本文所介紹橋梁為主跨徑145 m的下承式鋼箱系桿拱橋(圖1)。

圖1 橋型整體布置(單位：cm)

1 主要構(gòu)造

1.1 主梁構(gòu)造

主橋采用跨徑為145 m的下承式鋼箱系桿拱橋，橋梁全寬34.0 m=3.0 m(人行道)+2.0 m(吊桿保護區(qū))+11.0 m(非機動車道+機動車道)+2.0 m(花箱)+11.0 m(非機動車+機動車道)+2.0 m(吊桿保護區(qū))+3.0 m(人行道)，橋面設(shè)2.0 %的“人”字橫坡(圖2)。

主梁采用鋼箱梁，全長147.4 m(含兩側(cè)搭接牛腿長度)。主梁按縱、橫梁體系設(shè)計，左右兩道主鋼縱梁中心間距為26.0 m，橋面系橫梁間距為3.0 m，間隔一根橫梁為吊桿橫梁。為保證結(jié)構(gòu)的整體性能，在拱梁結(jié)合段設(shè)置箱型截面的端橫梁進行連接。端橫梁采用單箱3室截面，頂、底板厚度分別為16 mm、20 mm，靠跨中側(cè)邊腹板厚度為16 mm，梁端側(cè)腹板厚度為20 mm，支座中心線位置中腹板厚度為30 mm。腹板和底板均采用高200 mm的板型加勁肋加強。端橫梁沿縱向每隔1.5 m設(shè)置一道橫隔板，橫隔板厚為16 mm。主梁采用預(yù)制拼裝施工。考慮到施工現(xiàn)場的運輸和拼裝問題，主橋鋼箱梁采用縱橫向劃分。節(jié)段箱梁間聯(lián)結(jié)方式主要采用工廠焊接與工地現(xiàn)場焊接相結(jié)合的方式。

圖2 主橋橫斷面布置(單位：cm)

1.2 主拱構(gòu)造

主拱肋拱軸線采用懸鏈線[4-5]，主拱計算跨徑145 m，矢高32.5 m，拱軸系數(shù)m=1.5。主拱采用左右平行拱肋，中心間距為26.0 m；拱肋采用箱型截面，寬2.0 m，截面在拱頂高為2.2 m，拱腳為3.5 m，截面變厚按縱向水平投影1.5次拋物線。主拱采用預(yù)制拼裝施工，拱肋分為7個吊裝節(jié)段，最大節(jié)段長度為41 m，吊裝重量為76.65 t。節(jié)段間聯(lián)結(jié)方式主要采用工廠焊接與工地現(xiàn)場焊接相結(jié)合的方式，加勁肋連接采用嵌補方式進行連接。

1.3 系桿構(gòu)造

1.4 吊桿構(gòu)造

1.5 下部結(jié)構(gòu)

主橋下部結(jié)構(gòu)采用蓋梁柱式墩。蓋梁為等截面矩形蓋梁。主橋承臺采用分離式承臺，共計3個承臺。承臺間設(shè)系梁，單個承臺下部接4根樁，共計12根樁。主橋基礎(chǔ)采用鉆孔樁基礎(chǔ)，全部樁基礎(chǔ)按嵌巖樁設(shè)計。

2 主橋施工步驟

(1)修建便橋、施工平臺，樁基施工。

(2)主橋承臺及引橋橋墩施工。

(3)主橋主梁鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段吊裝、焊接施工。

(4)主橋主拱鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段吊裝、焊接施工。

(5)安裝系桿并張拉。

(6)安裝吊桿并張拉。

(7)引橋梁體施工。

(8)附屬工程施工。

(9)裝飾工程。

(10)全橋竣工。

3 計算

對應(yīng)主橋整體分析采用Midas Civil 8.32[6]進行全橋計算分析。

3.1 鋼結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)強度驗算

正常使用極限狀態(tài)驗算結(jié)果見表1。

表1 主拱、主梁應(yīng)力計算結(jié)果 MPa

表1結(jié)果顯示，在正常使用極限狀態(tài)組合下，主拱、主梁應(yīng)力驗算滿足規(guī)范要求。

3.2 疲勞應(yīng)力驗算

疲勞應(yīng)力驗算按JTG D64-2015《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》第5.5.3章節(jié)所述計算模型Ⅲ進行加載。疲勞容許應(yīng)力參照TB 10091-2017《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》表3.2.7執(zhí)行，驗算結(jié)果見表2。

表2 主梁疲勞應(yīng)力計算結(jié)果 MPa

表2結(jié)果顯示，主梁疲勞應(yīng)力驗算滿足規(guī)范要求。

3.3 吊桿驗算

在標(biāo)準(zhǔn)值組合下，吊桿最大拉力為1 395 kN，其破斷力為5 720 kN，對應(yīng)吊桿最小安全系數(shù)為4.1，滿足規(guī)范要求。

同時根據(jù)計算結(jié)果顯示，在單組對稱更換吊桿時(不斷交通)，吊桿的安全系數(shù)均大于3.0。吊桿最大疲勞應(yīng)力83.9 MPa，不大于其限值200 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.4 撓度驗算

活載撓度見圖3，主跨最大活載撓度82.6 mm<145 000/500=290 mm，剛度滿足要求。

圖3 豎向位移計算結(jié)果

4 結(jié)束語

本文介紹了某鋼箱系桿拱橋的基本設(shè)計內(nèi)容和計算分析結(jié)果，計算分析表明，結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足相關(guān)規(guī)范的要求，本文可為今后類似工程設(shè)計提供參考。