三跨異形鋼結構連續梁設計分析

劉 亮

（上海市政工程設計研究總院集團第十市政設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著國家經濟實力的不斷增強，基礎設施建設速度加快，大量高架出現在城市中。這種高架一般以標準化的中小跨徑為主，結構型式以小箱梁、T梁等為主。在跨越大型交叉口、河道、鐵路等節點時，需采用大跨徑橋梁進行跨越，其中常用的大跨徑連續結構有連續混凝土梁和連續鋼梁兩種。本文選取黃河流域蘭州白塔山段綜合提升改造項目（30+35+30）m 異形連續鋼箱梁項目為例，對三跨異形鋼梁的受力狀態、構造布置以及工況進行對比分析，對其分叉處、匝道、主梁的受力情況進行研究，以期為同類項目提供參考。

1 研究對象基本情況

1.1 研究對象

選取白塔山段項目中異形一聯橋梁進行分析研究，該聯跨度分配為（30+35+30）m，采用鋼箱梁連續結構，梁中心高為1.6m，全聯道路中心線處梁高度均相同，箱梁頂板設置1.5%的橋梁橫坡，梁底采用0%橫坡，A匝道與B匝道寬度均為8.0m，匝道之外的梁寬為變化值。

1.2 A匝道與B匝道關系

PS6～PS7 段為整體式截面，PS7～PS9 段A 匝道與B匝道為分離式截面，兩者縱坡不一致，采用橫向聯系進行連接。在PS7～PS8橋下需要滿足車輛通行需求[1]。

2 結構特點

2.1 Y連續梁介紹

本文所研究的連續梁與一般連續梁有不同之處。一般設計在橋梁分叉位置均會設置伸縮縫，以保證橋梁受力更加明確。文中橋梁由于地面交通因素限制無法在分叉位置進行分聯，造成連續梁邊跨由兩條匝道分別構成，形成“Y”形的連續梁，體系仍然是連續形式。

2.2 Y連續梁受力分析

“Y”形的連續梁在空間狀態下的受力相對常規結構有所變化，主要表現在橫向聯系會承擔較大部分的力，這在以往工程案例中不多見。尤其是A匝道和B匝道的縱坡不一致，使得空間受力更加復雜。為了使得橋梁受力明確，在設計時，將A匝道和B匝道用矩形截面小橫梁進行連接，在很大程度上增加了橋梁的剛度，同時受力也更加明確[2]。

3 橋梁總體設計

3.1 橋梁結構

橋梁上部采用Q345qD 鋼結構梁體，下部橋墩采用預制拼裝技術，其中橋墩與承臺過渡部位采用后澆超高性能混凝土進行連接，橋面上鋪設有0.06m的超高性能混凝土鋪裝層，該層結構參與結構受力，橋梁上設置SA級鋁合金防撞欄桿。

3.2 橋梁總體布置

A匝道和B匝道采用單箱雙室截面，橋梁未分叉部分采用單箱四室或者單箱六室，采用斜腹板形式，在匝道分叉處附近增加箱室個數，以便提高整體剛度；A匝道和B匝道之間用小橫梁進行連接，小橫梁斷面為1.5m×1.1m 矩形斷面，共計7 道，在PS7 和PS8 處設置2.0m×1.6m的中橫梁，在PS6和PS9處設置端橫梁，斷面布置為1.5m×1.6m 矩形斷面[3-4]。橋梁立面圖、平面圖、斷面圖如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 橋梁立面圖（單位：mm）

圖2 橋梁平面圖（單位：mm）

圖3 PS9橋梁斷面圖（單位：mm）

4 有限元模型計算分析

4.1 有限元模型分析

利用空間軟件對橋梁進行了建模分析，其中支座按照減隔震支座進行模擬，主梁及小橫梁均采用實際截面數據進行修正，其中鋼梁重量按照實際用鋼量進行荷載模擬。對全聯進行劃分，采用梁格模式進行分析[5-6]。其有限元模型及結構內力分析結果見圖4、圖5、圖6所示。

圖4 空間有限元模型

圖5 基本組合鋼梁上緣應力包絡圖

圖6 基本組合鋼梁下緣應力包絡圖

4.2 有限元分析結果

從計算分析中可以看出，基本組合下，鋼梁上下緣最大應力分別為144.6MPa 和171.4MPa，均在規范容許范圍之內。橫向聯系結構最大應力為108.0MPa，應力水平相對較高，橫向聯系做了加強設計，為矩形閉口截面。最大的位移出現在中跨跨中，且該位置處彎矩比邊跨中間位置大，從總體縱梁受力數據來看，縱向受力依然服從常規連續梁受力規律。從梁格模型數據上分析，每個縱梁的受力在不同情況下差別較大，受力分配不均勻，同樣造成該部分板件儲備值較大，可以作為后續精細化設計的參考案例。

4.3 Y連續梁受力規律分析

Y連續梁受力不同點在于分叉口位置，此處受力明顯增大。對比有橫向聯系和無橫向聯系的分析結果，沒有橫向聯系的工況下，在分叉口位置，鋼梁應力接近規范上限，具有很大的安全隱患。分叉口位置受力復雜，為了減小該區域受力的復雜性，在加強此處構造的同時，也要將A匝道和B匝道的剛度提高，使得傳力路徑更多，梁體整體剛度更大。

對比恒荷載及活載下反力值，PS9 處設置了4 個支座，4個支座反力差別較大，為了防止脫空或者受力不均勻，需要額外填充混凝土。

5 結束語

對三跨異形鋼梁進行受力分析、構造布置以及工況對比，可以得出以下結論：

（1）三跨異形鋼梁結構，分叉處受力較大，主要是由于兩個匝道分離之后整體剛度較弱造成的；

（2）連接兩個匝道的橫向聯系受力較大，匝道不同情況下的受力不同，進而影響橫向聯系出現復雜的受力情況；

（3）為了主梁受力良好，需要將橫梁剛度增大，以保證不利情況下力能夠很好地傳遞；

（4）對于三跨類似結構，梁端不建議多支座設計，如有需要，應考慮調整相應位置使之受力盡量平衡。