城市高架曲線鋼箱梁橋的設計分析

【摘要】鋼箱梁橋是我國橋梁事業的一大重要發展成果，具有輕型、承載力好、跨越能力強，適用于城市高架橋，尤其可較好應對復雜應力狀態。本文主要圍繞城市高架曲線鋼箱梁橋展開分析，首先明確了曲線橋梁建設中鋼箱梁橋的應用優勢，其后詳細探討了城市高架曲線鋼箱梁橋的設計要點，并圍繞工程案例展開論述，以期可供參考。

【關鍵詞】城市高架橋;曲線橋;鋼箱梁;設計;工程案例

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

18.

1、引言

近些年，隨著社會經濟與城市的快速發展，對城市道路的互聯互通提出了更高的要求，大量的高架橋也由此出現。在高架橋建設中，曲線橋梁一直是重難點所在，隨著我國鋼橋體系的逐漸成熟，鋼箱梁的應用有效避免了預應力混凝土梁因鋼束外崩、彎剪扭效應在不同的腹板分布差異所致的復雜應力狀況，有效保證了橋梁結構設計安全、可靠。

2、我國城市鋼箱梁橋發展情況

當前我國城市橋梁建設中，鋼箱梁的運用越加廣泛，其具有結構性能好、施工方便、美觀性好等諸多優勢，尤其是在曲線橋梁建設中，鋼箱梁橋的優勢得以充分體現，具體可歸納如下：（1）鋼材延性好、抗拉強度高，能有效發揮鋼板的承載能力，獲得良好的整體受力性能，抗震表現優異;（2）鋼結構自重較輕，一般為500kg/m2，遠遠小于混凝土結構，同時上部自重減輕也有利于減少下部結構造價;（3）鋼結構由工廠制作，可減小現場施工場地面積，質量可保證、工期較短;（4）鋼箱梁具有良好的平曲線適應性。

綜上，我國現代城市曲線梁橋中，鋼箱梁橋已經成為了一大主要趨勢，加強相關設計分析具有重要意義。

3、城市高架曲線鋼箱梁橋的設計要點

3.1總體設計

（1）跨徑布置：城市高架曲線鋼箱梁橋布置直接受現場地形、橋下地面交通條件的控制。與混凝土連續梁相比，曲線鋼箱梁橋的跨徑布置彈性較大，邊中跨比可選范圍0.5～1.0。

（2）支座布置：城市高架曲線鋼箱梁橋布置時，受到道路平面線形曲率影響，開展內力分析時需考慮彎扭聯合作用。曲線梁橋中，扭矩占較大比重，不利于鋼箱梁的受力與變形;曲線梁橋扭轉效應下，墩頂雙支座反力呈不均勻狀態，邊墩支座預壓力偏小，容易產生脫空問題。對此，需合理控制橫梁下支座間距，不宜過小;對支座進行偏心調整，令恒載下反力基本均勻，必要時在鋼梁內部局部填充混凝土壓重。

（3）斷面形式：曲線鋼箱梁橋設計時，針對扭矩大問題，箱梁斷面在滿足豎向抗彎剛度要求的同時，還需適當增加抗扭剛度，優選封閉性箱型截面。

3.2主梁設計

鋼箱梁的主梁頂板應力主要由第一、二體系組成，對于不同橋跨鋼箱梁，第一體系由梁高確定，第二體系由隔板間距和加勁肋形式確定，與梁高無關。隨著鋼箱梁跨度的增加，需通過梁高適應控制第一體系的受力，確定隔板間距、加勁肋形式后，鋼梁第二體系應力數值確定，梁高只和跨徑相關。

3.3加勁肋設計

鋼箱梁加勁肋包括以下幾種：（1）頂板縱向加勁肋：可解決頂板局部穩定問題，增強橋面板的局部剛度;（2）底板縱向加勁肋：有利于增加受力面積，解決底板局部穩定問題;（3）腹板豎/縱向加勁肋：可解決腹板抗剪局部穩定問題;（4）支座支撐加勁肋：可使支座橫梁腹板在支座處的集中力通過受壓短柱的方式實現擴散，實現局部穩定。若是曲線梁橋曲線半徑過小，直接影響頂底板縱向加勁肋類型、橫隔板間距，且此時U肋加工難度較大，可選擇板肋、球扁鋼肋。

4、工程實例

4.1工程概況

某市區高架橋采用（58+95+58）m 變高度箱梁連續剛構橋，主梁采用單箱單室直腹板箱形截面，梁高3～5.7m，懸臂長0.5m，梁頂寬5.4m，底寬4.4m。主墩采用四肢薄壁墩，單肢尺寸2.1m ×1m，橫、縱向凈距為0.2m、3.5m，墩高9.6m;邊墩采用單肢薄壁墩，與相鄰聯邊墩共用1個承臺基礎，樁基均采用鉆孔灌注樁。

4.2主要結構設計

4.2.1主梁

此橋跨度較大、曲線半徑較小，為增大抗扭剛度，箱室盡量加寬，故采用直腹板箱形截面。梁高3～5.7m，懸臂長0.5m，梁頂寬5.4m，底寬4.4m。箱室頂板厚0.3m，底板厚0.3～0.7m，腹板厚0.5～0.7m（圖1），端橫隔梁厚1.2m，中橫隔梁設置在縱向對應薄壁墩位置，厚1m。主梁采用C60混凝土，只設縱向預應力鋼束（φs15.2mm鋼絞線）。箱梁采用支架大節段現澆，邊跨及中跨跨中均設2m合龍段。

4.2.2主墩

連續剛構橋一聯線剛度大部分由主墩提供，且該橋主墩受力復雜，因此主墩是該橋設計重難點。主墩首先選用雙肢薄壁墩方案，薄壁柱采用C50混凝土，單肢薄壁尺寸4.4m×1m，縱向凈距3.5m。采用MIDAS Civil軟件建立有限元模型，墩、梁均采用梁單元模擬，墩梁固結。考慮主力工況（恒載+沉降+兩股鋼軌伸縮力）及主力+附加力工況（恒載+沉降+兩股鋼軌伸縮力+溫度荷載+縱向風荷載），對雙肢薄壁墩墩底截面控制內力、墩身強度進行驗算，結果不滿足規范要求。通過調整雙肢薄壁墩薄壁尺寸與間距均不能有效降低主墩內力，借鑒將實體墩改為縱向雙肢薄壁墩的思路，提出將雙肢薄壁墩橫向也分為兩肢，單肢尺寸2.1m×1m，橫向凈距0.2m，縱向凈距3.5m。該方法可將薄壁墩墩頂及墩底的大部分橫向彎矩轉化為一對軸力。四肢薄壁墩結構形式驗算結果顯示：與雙肢薄壁墩相比，縱、橫向剛度無明顯變化，但內力有明顯改善，且可通過可行構造滿足結構受力要求。

4.2.3邊墩

邊墩采用單肢薄壁墩，薄壁尺寸4.4m×0.65m，采用C50混凝土。邊墩單肢薄壁墩縱向抗推剛度較小，考慮后期收縮徐變及溫度影響，薄壁墩墩頂和墩底彎矩及變形均較大。為解決這一問題，邊跨合龍前，對邊墩向兩側施加適當縱向頂推力，以平衡后期收縮徐變的影響。

結語：

綜上所述，我國現代城市高架橋建設中，鋼箱梁在曲線梁橋中的適用性較好，與混凝土結構相比在受力方面更有優勢。在城市高架曲線鋼箱梁橋設計時，需根據實際場地情況、受力要求，合理布置跨徑、支座，做好上、下結構設計，切實保證橋梁受力安全、穩定。

參考文獻：

[1]肖仕偉，張帥，蔣林君，等.小半徑曲線鋼箱梁橋設計的研究[A].《市政技術》編輯部.成都市“兩快兩射”快速路系統工程論文專輯[C].《市政技術》編輯部，2014：3.

[2]李廣慧，袁波，張建勛.曲線鋼箱梁主梁應力不均勻性研究[J].工業建筑，2012，42（07）：147-151.

[3]蘭振波，李敏娜.大縱坡、小半徑曲線鋼箱梁支座脫空處理[J].橋梁建設，2014，44（06）：117-121.

作者簡介：

劉杰（1980-），男，河南人，高級工程師，碩士研究生，工作方向：設計。