沈陽市朗月街—文匯街高架橋工程CA11#-CA14#聯鋼箱梁設計分析

郭曙光

（沈陽市市政工程設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

0 引言

目前，為解決城市內交通擁堵狀況，城市內高架橋越建越多。受城市內建筑物限制，半圓形橋梁應用較多。

本文以沈陽市朗月街-文匯街高架橋工程CA11#-CA14#聯鋼箱梁為工程背景，利用有限元程序對該聯鋼箱梁進行計算分析，以期為同類型橋梁設計提供參考依據。

1 概況

擬建沈陽市渾南大道快速路工程西起勝利大街，東至文匯街，沿線走行現狀渾南大道，全長約11.811 km。工程沿渾南大道自西向東分別建設勝利大街立交橋、渾南大道跨南京街橋、渾南大道跨金陽大街橋、彩霞街-青年大街隧道、渾南大道跨青年大街橋、青年大街至富民街隧道，朗月街-文匯街高架橋(含長青街立交)。

A匝道橋為朗月街-文匯街高架橋與長青快速路高架橋連接匝道橋，A匝道橋寬為8.25～10.0m，為單向2車道布置。CA11#-CA14#聯鋼箱梁位于長青快速路上方，曲線半徑為33m，本聯橋寬10m。A匝道橋效果圖見圖1。

圖1 A匝道橋效果圖

2 計算條件

2.1 計算方法

（1）結構計算使用M id a s空間建模計算，按空間板單元進行受力計算與分析。

（2）計算結果應力值為承載能力基本組合值，撓度計算為標準組合值。

（3）抗疲勞設計中，先按疲勞荷載計算模型Ⅰ驗算，當不滿足時，按模型Ⅱ驗算；橋面系構件采用疲勞荷載模型Ⅲ驗算。

2.2 計算模型

采用M id a s/C i v i l 2018程序建立梁單元模型，進行空間計算分析。鋼箱梁空間計算模型見圖2。

2.3 設計荷載

（1）恒載：鋼結構的容重按78.5 kN/m3計，其鋼梁本身的附屬構件全部按實際荷載考慮；鋪裝層厚度按厚7.5 cm瀝青鋪裝考慮；防撞墻自重按每道每延米12 kN/m計算，共2道；隔音屏每延米3 kN/m，按5m高隔音屏單側布置。

圖2 鋼箱梁空間計算模型

（2）活載：汽車荷載為城市-A[1]；混凝土收縮、徐變按《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64—2015）[2]計算；基礎不均勻沉降為L/5 000；風荷載根據《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64—2015）[2]計算。

（3）壓重混凝土：為確保各墩頂支座在正常使用情況下始終處于受壓狀態，在鋼箱梁內實施了壓重措施，壓重采用灌注C30無收縮混凝土。

3 計算結果

3.1 總體計算

施工流程劃分：架設臨時支墩→鋼梁制作段吊裝及連接→拆除臨時支墩→橋面系施工。

以單箱3室鋼箱梁橫斷面為例，取4道橫隔板長度進行第二體系計算。頂板第二體系最大拉應力52MPa；最大壓應力-58MPa。

縱向計算結果和橫梁計算結果見表1和表2。

表2 橫梁計算結果

由表1和表2可知：計算結果滿足《公路鋼結構橋梁設計》（JTG G64—2015）[2]要求。

3.2 橋面板疲勞計算

鋼箱梁橋面板是由頂板和縱橫加勁肋組成的空間板殼結構?？紤]到產生頂板疲勞裂縫的應力方向垂直于縱向加勁肋，應力影響線的長度較短，故截取部分梁段進行空間模型計算。模型截取橫橋向2個箱室8m，縱橋向取3個橫向聯系間距，長度為6m。建立空間板單元模型。橋面板計算模型見圖3。

圖3 橋面板計算模型

出現疲勞損傷的主要構造細節主要有：（1）橋面板與縱向加勁肋之間的連接焊縫；（2）橫梁與縱向加勁肋腹板之間的焊縫；（3）板肋下開口與橫隔板之間的焊縫；（4）頂板板件疲勞應力；（5）縱向加勁肋之間的對接焊縫。由于本工程縱向加勁肋之間的連接采用高強螺栓連接，故只驗算前4項構造細節。

3.2.1 疲勞正應力σ計算

（1）板肋與頂板相交處焊縫

加載區域1-5的應力幅[1]分別為：

板肋與頂板相交處的正應力ΔσE2計算為：

式中：ΔσE2為按2.0×106次常幅疲勞循環換算得到的等效常值應力幅，MPa；Δφ為放大系數；ω為應力幅；ks為尺寸效應系數；γmf為疲勞抗力分項系數。

由以上計算可知，板肋與頂板相交處的正應力滿足設計要求。

（2）板肋與橫隔板相交處焊縫

加載區域1-5的應力幅[1]分別為：

板肋與橫隔板相交處正應力計算為：

由以上計算可知，板肋與橫隔板相交處正應力滿足設計要求。

（3）板肋下方挖孔與橫隔板處焊縫

加載區域1-5的應力幅[1]分別為：

板肋下方挖孔與橫隔板處正應力計算為：

由以上計算可知，板肋下方挖孔與橫隔板處焊縫正應力滿足設計要求。

（4）頂板板件疲勞應力

加載區域1-5的應力幅[1]分別為：

頂板板件疲勞應力計算為：

由以上計算可知，頂板板件疲勞應力滿足設計要求。

3.2.2 疲勞剪應力計算

以上4處疲勞損傷構造細節，疲勞剪應力Δστ2最大處發生在板肋下方開口與橫隔板之間的焊縫，其疲勞剪應力Δστ2計算如下：

由式（5）可知，疲勞剪應力滿足《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTGG64—2015）[2]要求。

4 結論

通過有限元計算分析，證明沈陽市朗月街-文匯街高架橋CA11#-CA14#聯小半徑鋼箱梁的單箱3室橫斷面總體強度和橋面板疲勞強度都滿足設計規范要求，所得結果可為同類型鋼箱梁的設計提供參考。