系桿拱橋主梁鋼混結合段設計與分析

2019-06-04 17:20:18李春陽

珠江水運 2019年10期

李春陽

摘要：在國內，梁拱組合體系橋梁所占的比重越來越大。文章以凌源文藝大橋主橋工程為背景，介紹了該橋的總體設計，主要對連續梁拱組合橋主梁鋼混結合段的設計展開探討，并經過分析和計算，結果表明符合相關設計要求，確保了橋梁的安全性。

關鍵詞：系桿拱橋梁拱組合鋼混結合段

1.工程概況

文藝大橋位于遼寧省凌源市，上跨大凌河，橋梁采用下承式鋼混組合系桿拱橋結構形式，跨徑布置為26+27.8+118+27.8+26=225.6m，其中主跨118m主梁采用鋼結構，并布置外傾式鋼結構拱肋，空間吊索，其余跨采用混凝土變截面連續箱梁。

2.總體設計

主拱為外傾式鋼箱拱，拱軸線為二次拋物線，單側拱腳中心距橋梁中心線間距為11.0m，橫向對稱外傾18°。拱肋為箱型截面，單側主拱為2.3m高，寬度為2.2～1.8m，分為19個節段，46道橫隔板，50根吊索。主拱采用Q345E鋼材，面外受拉鋼板采用Q345E-Z25鋼材。拱腳6m以下范圍內為混凝土結構，其余部分為鋼結構，二者采用鋼混接頭方式進行連接。拱內設置鋼錨箱，鋼錨箱由吊索隔板、錨墊板、錨下加勁板、承壓板、橫穿鋼錨箱的索導管等構件組成。

主跨118m的主梁部分采用流線型扁平鋼箱梁的鋼結構雙主梁結構，分離式雙箱（機動車道范圍內兩箱頂板連通并設置橫隔板）的截面形式，機動車道中心梁高1.5m，主梁全寬由40.127m變寬至50m。鋼箱梁頂面機動車道范圍設1.5%的雙向橫坡，懸挑范圍設2.0%的單向橫坡，底面水平。非機動車道部分采用鋼板梁結構，人行道部分采用在吊索橫隔板懸挑上設鋼管縱梁，再鋪設人行道鋼橋面的方式。

吊索為空間索面，全橋縱橋向共設27排吊索，縱向間距為4m，每排吊索橫橋向共4根，外側吊索布置在靠步道一側橫梁，內側吊索布置在靠車行道一側橫梁。吊索上端錨點在拱箱內設置鋼錨箱；下端錨箱設置于外伸鋼橫梁上。

系桿采用15-55型鋼絞線成品系桿索，選用可實現單根張拉和單根更換的環氧涂層平行鋼絞線，采用兩端張拉，系桿索外包HDPE外套管。

邊跨主梁26+27.8m采用預應力混凝土等截面連續梁結構，三箱三室結構，梁高與主跨一致，中心梁高1.5m，邊緣梁高1.359m。

橋墩均采用獨柱墩，矩形截面并設置景觀凹槽，橋墩基礎采用承臺接群樁基礎。橋臺采用樁柱式橋臺加鉆孔樁基礎。分別在各橋墩主梁下方設置摩擦擺減隔震支座，在兩岸橋臺主梁下方設置盆式橡膠支座。

3.主梁鋼混段結構設計

3.1鋼主梁構造

根據總體布置，主跨鋼箱梁位于2.5%的雙向縱坡豎曲線段。鋼箱梁段長108.4m。鋼箱梁沿橋縱向分成 15個節段，含2個鋼-砼結合段過渡段；12個標準梁段；1個跨中梁段。不同板厚對接時厚度的變化都在箱外側進行，保持箱內側平順。縱隔板不同板厚對接時，保持邊箱側輪廓一致，板厚變化在中箱側進行。標準梁段長度為8m；跨中梁段長度為6.4m；鋼-砼結合段過渡段長度為4.8m。

根據受力需要，在順橋向不同區段頂板采用了16mm、20mm兩種不同的厚度，底板采用了14mm、20mm兩種不同的鋼板厚度，腹板采用了16mm、20mm兩種不同的厚度，縱肋采用了12mm、20mm兩種不同的鋼板厚度，鋼-砼結合段過渡段板厚最大，其余為標準段板厚。頂板的厚度在橫橋向也予以變化，靠近腹板的錨索區范圍內采用了24mm的規格，以利于吊索索力的擴散。除鋼-砼結合段過渡段設置豎向板肋外，頂板均采用U型加勁肋加勁，頂板U肋上口寬320mm，下口寬170mm，肋高300mm，U型加勁肋厚度為8mm，基本間距640mm。如圖1所示為鋼結構主梁標準斷面圖。

橫隔板采用整體式，由上、下兩塊板組成。為避免搭接偏心、提高整體受力性能，上、下板熔透對接。上板與頂板單元一起組裝。橫隔板標準間距為2.0m，根據構造要求，吊索位置設置吊索橫隔板，其余設置普通隔板。非吊索處的構造橫隔板厚度為12mm，吊索橫隔板厚度為16m。

3.2鋼混結合段設計

鋼-砼結合段采用了“填充混凝土后承壓板式”的部分截面連接承壓傳剪式的鋼-砼接頭結構形式。鋼-砼結合段端部的頂板、底板和腹板，將填充的混凝土與緊連的混凝土梁段通過PBL剪力板、預應力鋼束連接。

鋼-砼結合段總長4.8m，其中鋼箱梁過渡段長3.0m，鋼-砼結合面混凝土側的鋼與混凝土互相咬合段長1.3m，在鋼-砼結合面設置一塊32mm厚的承壓板。鋼箱梁過渡段采用變高度T形加勁肋與鋼箱梁剛度過渡段的U肋進行剛度過渡；鋼與混凝土咬合段采用在鋼-砼結合面混凝土側對應的混凝土梁范圍的箱格內填充混凝土，通過后承壓板、PBL剪力鍵、格室鋼板與混凝土的粘結力傳遞主梁內力。