單箱雙室鋼箱梁彎橋設(shè)計(jì)與分析

劉洪進(jìn)

（淄博市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 淄博255000）

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

在城市立交橋和交通樞紐中由于受地面道路和地下空間影響，小半徑匝道橋跨徑往往超過(guò)20m，這種小半徑大跨徑彎橋需采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式。淄博火車站南廣場(chǎng)上下落客平臺(tái)的匝道橋需跨越地面道路和地下車庫(kù)的進(jìn)出通道，其第二聯(lián)位于半徑為50m的曲線段上，跨徑布置為2孔36.5m，經(jīng)方案比選該聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用斜腹式雙室鋼箱梁。

1.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：城市次干路；

（2）設(shè)計(jì)速度：30 km/h；

（3）荷載標(biāo)準(zhǔn)：城-A級(jí)；

（4）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a；

（5）凈空：不小于4.5m；

（6）設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)。

2 結(jié)構(gòu)概述

本聯(lián)受地面道路及視距影響，中墩為直徑1.7m鋼柱，柱內(nèi)灌注混凝土，墩梁固結(jié)。

鋼箱梁總寬為9.0m，頂板寬8.8m，底板寬5.38 m，梁高1.78 m，翼緣板長(zhǎng)1.5 m，單箱雙室。為與其他聯(lián)外形相統(tǒng)一，外側(cè)腹板采用斜腹板，內(nèi)側(cè)中腹板采用直腹板。

箱內(nèi)橫隔板間距3.6m，橫向加勁肋間距3.6m，腹板橫向加勁肋間距1.8m。

箱梁頂板通長(zhǎng)厚16mm，邊支點(diǎn)3m內(nèi)底板和腹板厚16mm，中支點(diǎn)5.5m內(nèi)底板厚28mm，腹板厚16mm；底板、腹板跨中厚皆為12mm。

全橋頂?shù)装蹇v向?yàn)榘迨郊觿爬撸?80mm，厚16mm，頂板橫向間距300mm，底板橫向間距450mm。

頂?shù)准案拱鍣M向加勁板寬400mm，厚12mm。

橫隔板厚12mm，內(nèi)留1 000mm×868mm入口，入口四周設(shè)置150mm×12mm加勁肋。

邊支點(diǎn)2m內(nèi)，中支點(diǎn)5m內(nèi)灌注C30微膨脹混凝土。

邊支座間距為3.5m，內(nèi)外支座設(shè)置預(yù)偏心，內(nèi)側(cè)支座距離中線600mm，外側(cè)距離中線2 900mm。中墩為在中線處固結(jié)。

鋼箱梁頂面設(shè)置10 cm厚C55鋼纖維混凝土層，內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片。橋面鋪裝采用10 cm瀝青混凝土。斷面構(gòu)造見(jiàn)圖1。

圖1 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面（單位：mm）

3 構(gòu)造校核

3.1 頂板及加勁肋厚度

滿足《鋼橋規(guī)》第8.2.1條規(guī)定：頂板不小于14mm要求，加勁肋最小板厚不應(yīng)小于8mm。

3.2 受壓板件加勁肋幾何尺寸校核

根據(jù)《鋼橋》規(guī)定：hs/ts≤12×345/fy180/16=11.25≤12×45/345=12，符合規(guī)范5.1.5-1要求。

3.3 受壓加勁板的剛性加勁肋相對(duì)剛度要求復(fù)核

單寬板剛度D=Et3/12（1-υ2）=206 000×163/12×（1-0.312）=77 790 316N·mm

縱向加勁肋相對(duì)剛度γl=EIl/bD=206 000×31 104 000/（3 208×77 790 316）=25.68

加勁板的長(zhǎng)寬比α=a/b=1 800/3 208=0.561符合規(guī)范5.1.6-1要求。

Axl=180×16=2 880 mm≥bt/10n=3 208/（10×11）=29.16mm符合規(guī)范5.1.6-2要求。

4 計(jì)算分析

采用Civil Designer對(duì)橋梁進(jìn)行整體驗(yàn)算，全橋建立80個(gè)單元，中墩與鋼箱梁固結(jié)與主梁模型一并建立。各種荷載工況根據(jù)實(shí)際情況結(jié)合規(guī)范要求執(zhí)行，計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

圖2 模型視圖

4.1 拉/壓彎構(gòu)件腹板應(yīng)力驗(yàn)算

腹板應(yīng)力包絡(luò)圖見(jiàn)圖3。

圖3 拉/壓彎構(gòu)件腹板應(yīng)力驗(yàn)算包絡(luò)圖

按照《鋼橋規(guī)》公式5.3.1-3τd=γ0τ≤fvd、f≤1驗(yàn)算，τd=82.617 MPa≤fvd=160.000 MPa、f=0.714≤1，滿足規(guī)范要求。

4.2 拉/壓彎構(gòu)件腹板最小厚度及其加勁肋驗(yàn)算

本橋腹板僅設(shè)置橫向加勁肋，不設(shè)置縱向加勁肋。其腹板最小厚度計(jì)算根據(jù)規(guī)范5.3.3條有關(guān)規(guī)定計(jì)算。

滿足規(guī)范5.3.3要求a/hw=900/1 786.7=0.504＜1。

（hw/（100 tw））4（（δ/345）2+(τ/（58+77（hw/a）2））2）=（1786.7/（100×12））4×（（54.28/345）2+（24.89/（58+77×（1 786.7/900）2））2）=0.145＜1，符合規(guī)范5.3.3-1b要求。

腹板橫向加勁肋慣性矩It=12× 4003/12=64 000 000mm4

大于3hwt3=3×1 786.7×123=9 262 252.8 mm4滿足規(guī)范5.3.3-4要求。

4.3 拉/壓彎構(gòu)件翼緣板彎曲正應(yīng)力驗(yàn)算

主梁截面應(yīng)力包絡(luò)圖見(jiàn)圖4。

圖4 拉/壓彎構(gòu)件翼緣板彎曲正應(yīng)力驗(yàn)算包絡(luò)圖

按照《鋼橋規(guī)》公式5.4.1-1σ=γ0Nd/Aeff+γ0·（My+Ndez）/Ay，eff+γ0（Mz+Ndey）/Az，eff≤fd驗(yàn)算，σ=197.065MPa≤fd=275.000MPa，滿足規(guī)范要求。

4.4 拉/壓彎構(gòu)件整體穩(wěn)定驗(yàn)算

根據(jù)《鋼橋規(guī)》第5.3.2條規(guī)定，主梁截面滿足第1款規(guī)定，可不計(jì)算梁的整體穩(wěn)定性。

4.5 抗傾覆驗(yàn)算

按《鋼橋規(guī)》第4.2.2條規(guī)定，上部結(jié)構(gòu)采用整體式截面的梁橋在持久狀況下結(jié)構(gòu)體系不應(yīng)發(fā)生改變，并應(yīng)按規(guī)定驗(yàn)算橫橋向抗傾覆性能。

（1）在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài)。

按照《鋼橋規(guī)》第4.1.8條驗(yàn)算：支座反力Fz＞0，滿足規(guī)范要求。

各支座中，某節(jié)點(diǎn)最不利時(shí)，橫向抗傾覆軸穩(wěn)定性系數(shù)皆大于橫向抗傾覆軸穩(wěn)定性系數(shù)允許值k=2.5，滿足規(guī)范要求。

表1 傾覆驗(yàn)算-支反力表格

表2 傾覆驗(yàn)算-穩(wěn)定系數(shù)

4.6 撓度驗(yàn)算及預(yù)拱度

按《鋼橋規(guī)》第4.2.3條規(guī)定，計(jì)算豎向撓度時(shí)，應(yīng)按結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法并應(yīng)采用不計(jì)沖擊力的汽車車道荷載頻遇值，頻遇值系數(shù)為1.0，計(jì)算預(yù)拱度見(jiàn)表3。

表3 撓度驗(yàn)算及預(yù)拱度表格

按照《鋼橋規(guī)》第6.5.3條驗(yàn)算：20號(hào)節(jié)點(diǎn)汽車荷載（不計(jì)沖擊系數(shù)）和人群荷載頻遇組合最大撓度設(shè)計(jì)值fd=30.932≤最大撓度允許值fn=72.078，滿足規(guī)范要求。

58號(hào)節(jié)點(diǎn)汽車荷載（不計(jì)沖擊系數(shù)）和人群荷載頻遇組合最大撓度設(shè)計(jì)值f d=29.601≤最大撓度允許值fn=72.079，滿足規(guī)范要求。

4.7 疲勞驗(yàn)算

《鋼橋規(guī)》第5.5.4條規(guī)定，疲勞荷載計(jì)算模型I和第5.5.5條規(guī)定，疲勞荷載計(jì)算模型Ⅱ計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 疲勞驗(yàn)算正應(yīng)力包絡(luò)圖

圖6 疲勞驗(yàn)算剪應(yīng)力包絡(luò)圖

按照《鋼橋規(guī)》第5.5.4條驗(yàn)算：疲勞正應(yīng)力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求；疲勞剪應(yīng)力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

5 結(jié) 論

隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，城市交通樞紐處小半徑大跨徑鋼箱梁彎橋日趨增多，做好該類橋梁設(shè)計(jì)需進(jìn)行詳細(xì)、全面的構(gòu)造設(shè)計(jì)和計(jì)算分析。本文可為類似工程提供參考和借鑒。

（1）曲線半徑50m的匝道橋其跨徑超過(guò)20m時(shí)需考慮鋼箱梁設(shè)計(jì)。

（2）橫向?qū)挾却笥?m的鋼箱梁可考慮采用兩室單箱斷面形式，可根據(jù)要求設(shè)置成斜腹式。

（3）小半徑鋼箱梁頂板加勁肋宜采用板式，方便加工預(yù)制。

（4）鋼箱梁設(shè)計(jì)除進(jìn)行整體計(jì)算分析外，其構(gòu)造要求需滿足規(guī)范規(guī)定。