譚雙全，胡　奇

（1.重慶市勘測(cè)院，重慶市　400020；2.重慶市巖土工程技術(shù)研究中心，重慶市 400020）

0　引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)用日益增多。鋼箱梁橋具有輕便、跨度大、易施工、易運(yùn)輸、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)[1]。匝道橋梁結(jié)構(gòu)一般采取跨徑不大于20 m的鋼筋混凝土連續(xù)梁橋，當(dāng)采用30 m以上跨徑時(shí)，一般采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)[2]。連續(xù)曲線鋼箱梁跨徑為30～60 m時(shí)，一般都能滿足立交橋的總體布置要求，中等跨徑橋梁可選用等高度的箱梁斷面[3]。

1　工程概況

某城市匝道橋梁，如圖1所示，平面位于直線、圓曲線上，圓曲線半徑R=170 m，橋梁縱坡為-2.0%的下坡。上部結(jié)構(gòu)為鋼箱梁，共3跨，為37 m+38 m+37 m。橋面布置為：0.5 m（護(hù)欄）＋7.0 m（車行道）+0.5 m（護(hù)欄）=8.0 m，橋面橫坡為1.5%的單向橫坡。橋臺(tái)為重力式橋臺(tái)，橋墩為圓形橋墩。新建P1，P2橋墩，P3橋墩為與現(xiàn)狀匝道橋共用橋墩。

圖1　橋梁平面圖（單位：cm）

2　橋梁設(shè)計(jì)

2.1　基本參數(shù)

（1）橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a。（2）結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：一級(jí)。

（3）道路等級(jí)：城市次干路。

（4）設(shè)計(jì)車速：30 km/h。

（5）汽車荷載：該橋設(shè)計(jì)車行道為單向一車道，外加一條應(yīng)急停車道，荷載標(biāo)準(zhǔn)為城-A級(jí)荷載。

（6）二期恒載：橋面鋪裝和防撞護(hù)欄。

2.2　鋼箱梁設(shè)計(jì)

橋梁采用直腹式單箱單室斷面（見圖2），頂板寬為7.8 m，底寬3.8 m，梁高為1.6 m，與現(xiàn)狀橋梁等高。鋼梁頂板厚度為16 mm，底板厚度為20 mm；腹板厚度采用24 mm，加勁肋厚度16 mm。主梁采用Q345D鋼材。由于鋼箱梁自重較輕，為增加橋梁抗傾覆穩(wěn)定的安全儲(chǔ)備，在鋼箱梁邊支點(diǎn)一定范圍內(nèi)灌注C25素混凝土壓重。壓重既可以提高鋼箱梁的整體穩(wěn)定性，還可以提高支承處的局部穩(wěn)定，防止支承處的局部屈曲[4]。

圖2　鋼箱梁斷面圖（單位：mm）

2.3　支座布置

A0橋臺(tái)支座位置附近鋼箱梁橫向加寬，底板寬7 m，兩支座分別為單向活動(dòng)支座和雙向活動(dòng)支座，支座中心間距為5.6 m。P3橋墩為已建現(xiàn)狀匝道橋橋墩，箱梁底板寬度同標(biāo)準(zhǔn)橫斷面，兩支座分別為單向活動(dòng)支座和雙向活動(dòng)支座，支座中心間距為2.8 m。 P1支座為單向活動(dòng)支座，P2橋墩采用墩梁固結(jié)方式。

3　計(jì)算分析

采用Midas軟件建立空間有限元模型，分別分析P2橋墩采用固定支座（見圖3）和墩梁固結(jié)（見圖4）時(shí)的各支座支反力，計(jì)算結(jié)果見表1和表2。模型支座模擬時(shí)在支座中心的頂、底位置各建一節(jié)點(diǎn)，頂節(jié)點(diǎn)作為從屬節(jié)點(diǎn)與主梁上對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)剛性連接，頂、底節(jié)點(diǎn)之間通過彈性連接來模擬支座，底節(jié)點(diǎn)施加固結(jié)邊界條件。對(duì)于彎橋，還需調(diào)整模擬支座的彈性連接的β角，使彈性連接的剛度方向與支座的實(shí)際約束方向一致。A0橋臺(tái)和P3橋墩采用雙支座。主梁板材采用Q345鋼，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值見表3。

圖3　全支座模型

圖4　P2橋墩墩梁固結(jié)模型

表1　全支座模型支反力　kN

表2　P2橋墩墩梁固結(jié)模型支反力　kN

表3　鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

整體溫度升降溫為30°C，溫度梯度參照英國規(guī)范BS5400選?。ㄒ妶D5），支座沉降按照5 mm考慮。

圖5　溫度梯度模式

3.1　支座計(jì)算結(jié)果

由表1可知，P2橋墩支座采用固定支座時(shí)，在最不利工況下，P3橋墩內(nèi)側(cè)支座將出現(xiàn)負(fù)反力。故設(shè)計(jì)時(shí)將P2橋墩設(shè)計(jì)為墩梁固結(jié)型式。由表2可知，在最不利工況下，各支座均不出現(xiàn)負(fù)反力。P2橋墩采用鋼管柱形成墩梁固結(jié)（見圖6），管內(nèi)部填充C40微膨脹混凝土。

圖6　P2橋墩墩梁固結(jié)處大樣圖

3.2　應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

基本組合下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如下：

如圖7～圖9所示，頂板最大拉應(yīng)力為102 MPa，最大壓應(yīng)力為-111 MPa；底板最大拉應(yīng)力為130 MPa，最大壓應(yīng)力為-149 MPa，腹板最大剪應(yīng)力為63 MPa?？紤]結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1，計(jì)算應(yīng)力值為：頂板最大拉應(yīng)力為102×1.1=112.2 MPa，最大壓應(yīng)力為-111×1.1=122.1 MPa；底板最大拉應(yīng)力為130×1.1=143 MPa，最大壓應(yīng)力為 -149×1.1=163.9 MPa，腹板最大剪應(yīng)力為63×1.1=69.3 MPa，均滿足規(guī)范要求。

圖7　頂板正應(yīng)力包絡(luò)圖

圖8　底板正應(yīng)力包絡(luò)圖

圖9　腹板剪應(yīng)力包絡(luò)圖

3.3　撓度計(jì)算結(jié)果

根據(jù)文獻(xiàn)[5]4.2.3條、4.2.4條，分析不計(jì)沖擊力的汽車車道荷載頻遇值作用下主梁的豎向撓度以及預(yù)拱度設(shè)置數(shù)值。

第一跨：活載作用下?lián)隙茸畲鬄?23 mm，結(jié)構(gòu)撓跨比為1/1 609，結(jié)構(gòu)剛度可滿足要求。恒載狀態(tài)結(jié)構(gòu)跨中撓度-21 mm，箱梁跨中預(yù)拱度設(shè)計(jì)為35 mm。

第二跨：活載作用下?lián)隙茸畲鬄?26 mm，結(jié)構(gòu)撓跨比為1/1 462，結(jié)構(gòu)剛度可滿足要求。恒載狀態(tài)結(jié)構(gòu)跨中撓度-17 mm，箱梁跨中預(yù)拱度設(shè)計(jì)為35 mm。

第三跨：活載作用下?lián)隙茸畲鬄?26 mm，結(jié)構(gòu)撓跨比為1/1 423，結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。恒載狀態(tài)結(jié)構(gòu)跨中撓度-27 mm，箱梁跨中預(yù)拱度設(shè)計(jì)為45 mm。

3.4　疲勞計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)[5]5.5條計(jì)算箱梁的抗疲勞性能：

式中：γFf為疲勞荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1.0；γMf為疲勞抗力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)重要構(gòu)件取1.35，對(duì)次要構(gòu)件取1.15；ks為尺寸效應(yīng)折減系數(shù)；ΔσD為正應(yīng)力常幅疲勞極限，MPa；Δσp為按疲勞荷載計(jì)算模型Ⅰ計(jì)算得到的正應(yīng)力幅，MPa；Δ為放大系數(shù)；Δσpmax、Δσpmin為將疲勞荷載模型按最不利情況加載于影響線得出的最大和最小正應(yīng)力，MPa。

疲勞應(yīng)力包絡(luò)見圖10、圖11，根據(jù)公式（1）和（2），計(jì)算得到的頂板最大應(yīng)力幅為24 MPa，底板最大應(yīng)力幅為 34 MPa，ks×Δσd/γMf=68 MPa，頂、底板疲勞應(yīng)力滿足要求。

圖10　頂板應(yīng)力包絡(luò)圖

圖11　底板應(yīng)力包絡(luò)圖

3.5　構(gòu)件計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)[5]中相關(guān)規(guī)定對(duì)橋面板、縱向加勁肋、支承加勁肋及橫隔板等構(gòu)件進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，均滿足規(guī)范要求。

4　結(jié)語

曲線鋼箱梁橋一般曲率半徑小，結(jié)構(gòu)自重較輕，容易發(fā)生整體傾覆或支座脫空現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)過程中，可通過增大支座橫向間距、增設(shè)混凝土土壓重、設(shè)置墩梁固結(jié)等方式，改善結(jié)構(gòu)受力，以滿足設(shè)計(jì)要求。