京杭運河大橋總體設(shè)計

王靖芳 徐錦

（徐州市交通規(guī)劃設(shè)計研究院 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，更是推動了鋼結(jié)構(gòu)橋梁的快速發(fā)展。

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

2 項目概況

206國道徐州改線段建設(shè)工程于K22+575處跨越京杭運河，路線與京杭運河右偏角為80°，本橋主孔上跨京杭運河為二級航道，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，主橋為變高鋼桁架，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，標準節(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%，變坡點最高點位于京杭運河航道中心線處。

3 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

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。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)

橋面縱梁標準跨徑為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度螺栓連接。

3.7 主橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

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。基礎(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 主橋計算分析

4.1 設(shè)計荷載

主橋空間靜力計算采用用MIDAS三維空間有限元軟件進行全橋靜力分析，驗算結(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；同時對全橋進行動力特性計算，分析自振頻率及振型。計算參數(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；

防撞護欄：外側(cè)10kN/m，內(nèi)側(cè)7kN/m。

（2）汽車荷載

設(shè)計車道數(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）風荷載

百年一遇基本風速Vo=25.6m/s。

（5）地震力參數(shù)

地震動峰值加速度采用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)計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）的有關(guān)規(guī)定進行最不利荷載組合。

4.2 主橋總體計算結(jié)果

（1）強度驗算

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、鋪裝和護欄等作為荷載模擬，全橋共劃分節(jié)點數(shù)量361個，梁單元數(shù)量626個；

表1 橋梁主桁強度驗算計算結(jié)果

中橫梁計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 橋梁橫梁強度驗算計算結(jié)果

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

（2）結(jié)構(gòu)變形驗算

在使用狀態(tài)下，在不計沖擊力的汽車車道荷載頻遇值作用下，計算豎向撓度為25mm，小于L/500=252mm，中橫梁計算豎向撓度為12.1m，小于L/500=55mm，端橫梁計算豎向撓度為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)整體動力特性分析

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

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，體現(xiàn)了良好的環(huán)保性、經(jīng)濟性，同時鋼桁架橋結(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)有更廣泛的運用。