郭曙光

（沈陽市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

0 引言

目前，為解決城市內(nèi)交通擁堵狀況，城市內(nèi)高架橋越建越多。受城市內(nèi)建筑物限制，半圓形橋梁應(yīng)用較多。

本文以沈陽市朗月街-文匯街高架橋工程CA11#-CA14#聯(lián)鋼箱梁為工程背景，利用有限元程序?qū)υ撀?lián)鋼箱梁進(jìn)行計(jì)算分析，以期為同類型橋梁設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

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(xiàn)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(shè)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?yàn)槔试陆?文匯街高架橋與長青快速路高架橋連接匝道橋，A匝道橋?qū)挒?.25～10.0m，為單向2車道布置。CA11#-CA14#聯(lián)鋼箱梁位于長青快速路上方，曲線半徑為33m，本聯(lián)橋?qū)?0m。A匝道橋效果圖見圖1。

圖1 A匝道橋效果圖

2 計(jì)算條件

2.1 計(jì)算方法

（1）結(jié)構(gòu)計(jì)算使用M id a s空間建模計(jì)算，按空間板單元進(jìn)行受力計(jì)算與分析。

（2）計(jì)算結(jié)果應(yīng)力值為承載能力基本組合值，撓度計(jì)算為標(biāo)準(zhǔn)組合值。

（3）抗疲勞設(shè)計(jì)中，先按疲勞荷載計(jì)算模型Ⅰ驗(yàn)算，當(dāng)不滿足時，按模型Ⅱ驗(yàn)算；橋面系構(gòu)件采用疲勞荷載模型Ⅲ驗(yàn)算。

2.2 計(jì)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(jìn)行空間計(jì)算分析。鋼箱梁空間計(jì)算模型見圖2。

2.3 設(shè)計(jì)荷載

（1）恒載：鋼結(jié)構(gòu)的容重按78.5 kN/m3計(jì)，其鋼梁本身的附屬構(gòu)件全部按實(shí)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(jì)算，共2道；隔音屏每延米3 kN/m，按5m高隔音屏單側(cè)布置。

圖2 鋼箱梁空間計(jì)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(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64—2015）[2]計(jì)算；基礎(chǔ)不均勻沉降為L/5 000；風(fēng)荷載根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64—2015）[2]計(jì)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(tài)，在鋼箱梁內(nèi)實(shí)施了壓重措施，壓重采用灌注C30無收縮混凝土。

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 總體計(jì)算

施工流程劃分：架設(shè)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(jìn)行第二體系計(jì)算。頂板第二體系最大拉應(yīng)力52MPa；最大壓應(yīng)力-58MPa。

縱向計(jì)算結(jié)果和橫梁計(jì)算結(jié)果見表1和表2。

表2 橫梁計(jì)算結(jié)果

由表1和表2可知：計(jì)算結(jié)果滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)》（JTG G64—2015）[2]要求。

3.2 橋面板疲勞計(jì)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(jié)構(gòu)。考慮到產(chǎn)生頂板疲勞裂縫的應(yīng)力方向垂直于縱向加勁肋，應(yīng)力影響線的長度較短，故截取部分梁段進(jìn)行空間模型計(jì)算。模型截取橫橋向2個箱室8m，縱橋向取3個橫向聯(lián)系間距，長度為6m。建立空間板單元模型。橋面板計(jì)算模型見圖3。

圖3 橋面板計(jì)算模型

出現(xiàn)疲勞損傷的主要構(gòu)造細(xì)節(jié)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(yīng)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(qiáng)螺栓連接，故只驗(yàn)算前4項(xiàng)構(gòu)造細(xì)節(jié)。

3.2.1 疲勞正應(yīng)力σ計(jì)算

（1）板肋與頂板相交處焊縫

加載區(qū)域1-5的應(yīng)力幅[1]分別為：

板肋與頂板相交處的正應(yīng)力ΔσE2計(jì)算為：

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

由以上計(jì)算可知，板肋與頂板相交處的正應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）板肋與橫隔板相交處焊縫

加載區(qū)域1-5的應(yīng)力幅[1]分別為：

板肋與橫隔板相交處正應(yīng)力計(jì)算為：

由以上計(jì)算可知，板肋與橫隔板相交處正應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）板肋下方挖孔與橫隔板處焊縫

加載區(qū)域1-5的應(yīng)力幅[1]分別為：

板肋下方挖孔與橫隔板處正應(yīng)力計(jì)算為：

由以上計(jì)算可知，板肋下方挖孔與橫隔板處焊縫正應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）頂板板件疲勞應(yīng)力

加載區(qū)域1-5的應(yīng)力幅[1]分別為：

頂板板件疲勞應(yīng)力計(jì)算為：

由以上計(jì)算可知，頂板板件疲勞應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 疲勞剪應(yīng)力計(jì)算

以上4處疲勞損傷構(gòu)造細(xì)節(jié)，疲勞剪應(yīng)力Δστ2最大處發(fā)生在板肋下方開口與橫隔板之間的焊縫，其疲勞剪應(yīng)力Δστ2計(jì)算如下：

由式（5）可知，疲勞剪應(yīng)力滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGG64—2015）[2]要求。

4 結(jié)論

通過有限元計(jì)算分析，證明沈陽市朗月街-文匯街高架橋CA11#-CA14#聯(lián)小半徑鋼箱梁的單箱3室橫斷面總體強(qiáng)度和橋面板疲勞強(qiáng)度都滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，所得結(jié)果可為同類型鋼箱梁的設(shè)計(jì)提供參考。