郭繼業(yè)，杜建成，高康平

（珠海市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，廣東 珠海 519000）

0 引 言

新海燕橋工程位于珠海市香洲區(qū)情侶中路東側(cè)，起點(diǎn)位于情侶路與東風(fēng)路交叉口，終點(diǎn)交野貍島規(guī)劃路，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度707.707 m，其中橋梁總長(zhǎng)583.4 m，跨徑組合為：20 m 空心板 +3×（3×30）m小箱梁+4×30 m小箱梁+33.4 m豎向開(kāi)啟鋼箱梁+4×30 m小箱梁+20 m空心板。為了保證清淤船只通行，設(shè)置了一孔跨度33.4 m豎向開(kāi)啟鋼箱梁。全橋等寬23 m，其中開(kāi)啟橋孔分為左右兩幅，其余橋孔均為整幅。開(kāi)啟橋孔不設(shè)橫坡，只設(shè)3‰縱坡與兩側(cè)非開(kāi)啟橋孔順接[1-5]。

1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

開(kāi)啟橋常見(jiàn)型式有豎向轉(zhuǎn)動(dòng)、垂直提升、水平轉(zhuǎn)動(dòng)和水平移動(dòng)等，經(jīng)過(guò)多方案比選及專(zhuān)家論證，最終采用豎向轉(zhuǎn)動(dòng)方案。開(kāi)啟方式為單臂仰開(kāi)式，需要通航時(shí)，鋼箱梁繞鉸支座向上開(kāi)啟57°，滿(mǎn)足水面以上16 m凈高，20 m凈寬的通航要求，通航完畢，關(guān)閉鋼箱梁，通行車(chē)輛和行人。

開(kāi)啟橋孔主要由鋼箱梁、鉸支座、啟閉油缸、鎖定裝置、液壓泵站、固定支座、壓重鑄鐵塊、伸縮縫、限位架、電氣控制設(shè)備、設(shè)備預(yù)埋件等組成。

鉸支座設(shè)在14號(hào)墩轉(zhuǎn)動(dòng)腔體內(nèi)的混凝土支墩上，距鋼箱梁尾端580 cm，采用高強(qiáng)螺栓與鋼箱梁連接。

單幅橋由2×5 000 kN雙頂點(diǎn)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，頂點(diǎn)距鉸支座470 cm。油缸缸體、活塞桿均通過(guò)球面自潤(rùn)滑軸承與鉸支座連接，缸體尾端鉸支座通過(guò)埋件與混凝土基礎(chǔ)連接，活塞桿端鉸支座通過(guò)高強(qiáng)螺栓與鋼箱梁連接。油缸活塞桿伸出時(shí)使橋體開(kāi)啟，退回時(shí)使橋體關(guān)閉。頂升按位移控制，保證兩幅橋同步開(kāi)啟和關(guān)閉。

鋼箱梁尾部設(shè)鎖定鉸，在轉(zhuǎn)動(dòng)腔體支墩上設(shè)鎖定裝置，鋼箱梁開(kāi)啟后由鎖定裝置鎖定。

單幅開(kāi)啟橋的啟閉機(jī)油缸和鎖定裝置油缸由一套液壓泵站操作，液壓泵站與油缸之間通過(guò)管路連接，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位設(shè)高壓膠管。液壓泵站及其電氣控制設(shè)備布置在14號(hào)墩轉(zhuǎn)動(dòng)腔體機(jī)房?jī)?nèi)。

15號(hào)墩頂處設(shè)固定支座和緩沖裝置。固定支座作為橋體另一端在關(guān)閉狀態(tài)下的支承，緩沖裝置用于減緩橋體關(guān)閉時(shí)對(duì)固定支座的沖擊。

開(kāi)啟橋孔兩端與相鄰橋孔之間分別通過(guò)一組活動(dòng)伸縮縫裝置銜接，以適應(yīng)橋體的溫度變形和制造誤差。具體見(jiàn)圖1～圖4所示。

圖1 開(kāi)啟橋關(guān)閉狀態(tài)示意圖（單位：cm）

圖2 開(kāi)啟橋開(kāi)啟狀態(tài)示意圖（單位：cm）

圖3 開(kāi)啟橋鋼箱梁橫斷面圖（單位：cm）

1.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：城市支路，雙向4車(chē)道；

（2）設(shè)計(jì)速度：30 km/h；

（3）荷載等級(jí)：汽車(chē)荷載為城-A級(jí)，人群荷載為3.5 kPa；

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

（5）橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)；

（6）環(huán)境類(lèi)別：按Ⅲ類(lèi)環(huán)境進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)；

（7）橋梁設(shè)計(jì)最高潮水位：1/100；

（8）橋梁常水位：0.55 m，100 a一遇潮水位：3.07 m；

（9）航道等級(jí)：無(wú)規(guī)劃航道，考慮后期清淤，設(shè)置凈寬20 m的開(kāi)啟橋孔；

（10）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：按7度設(shè)防，地震動(dòng)加速度峰值0.1g。

1.2 上部結(jié)構(gòu)

圖4 開(kāi)啟橋轉(zhuǎn)動(dòng)腔體平面圖（單位：cm）

開(kāi)啟橋跨徑為33.4 m，橋梁全寬23 m，分為左右兩幅橋，單幅寬11.45 m，兩幅之間設(shè)10 cm縫隙。上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室變高鋼箱梁，梁高150～200 cm，頂板厚 16～22 mm，腹板厚 16～18 mm，底板厚12～22 mm。在鋼箱梁尾部箱室內(nèi)布置鑄鐵塊壓重，以平衡橋體部分重量，減小啟閉力。

1.3 下部結(jié)構(gòu)

為保證鋼箱梁能順利豎向轉(zhuǎn)動(dòng)及布置機(jī)械設(shè)備，在14號(hào)橋墩設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)腔體，腔體外輪廓尺寸為1450 cm×2830 cm×952 cm，側(cè)墻厚度均為90 cm。底部基礎(chǔ)為1550cm×2930cm×250 cm整體承臺(tái)，承臺(tái)下設(shè)D100 cmPHC管樁，順橋向5排，間距為（2×365+2×310）cm，橫橋向 8排，間距為（478+2×310+535+2×310+478）cm，總計(jì) 40 根。

在兩幅箱梁轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座底部分別設(shè)460 cm×750 cm×749.4cm混凝土支墩，在支墩與大樁號(hào)側(cè)墻間設(shè)396 cm×350 cm×440 cm液壓泵站機(jī)房，在兩個(gè)支墩之間設(shè)置270 cm×405 cm×440 cm的電氣柜機(jī)房，三個(gè)機(jī)房底部均墊高50 cm。為防止腔體內(nèi)積水，設(shè)置一個(gè)180 cm×300 cm×100 cm集水坑，在集水坑內(nèi)設(shè)潛水泵，將積水抽到腔體外面。

14號(hào)墩除樁基外均采用P8防滲混凝土，并且除樁基外結(jié)構(gòu)外表面均采用硅烷浸漬進(jìn)行防護(hù)。14號(hào)橋墩采用雙壁鋼圍堰施工。

15號(hào)墩采用鋼筋混凝土大挑臂蓋梁接方形雙柱墩配承臺(tái)和PHC管樁基礎(chǔ)。蓋梁橫橋向長(zhǎng)2 210 cm，順橋向?qū)?80 cm，高160 cm，蓋梁不設(shè)橫坡，靠鋼箱梁側(cè)設(shè)置加高塊，以協(xié)調(diào)鋼箱梁與小箱梁梁底之間的高差。墩柱間距1070cm，斷面尺寸為180 cm×180 cm。承臺(tái)尺寸為1 790 cm×500 cm×200 cm，下部接10根D100 cmPHC管樁。為防止船撞，承臺(tái)頂面埋在海床線(xiàn)以下50 cm。

1.4 啟閉系統(tǒng)

該工程設(shè)2幅開(kāi)啟橋，分別由2套液壓設(shè)備控制。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)包括4套主油缸、4套鎖定油缸、2套泵站系統(tǒng)和2套電氣控制系統(tǒng)。

（1）啟閉機(jī)采用1站1孔控制方式，主油缸與鎖定缸共用一套液壓泵站。

（2）電氣控制具有遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場(chǎng)控制、現(xiàn)場(chǎng)檢修手動(dòng)控制三種方式，三種方式之間相互聯(lián)鎖。

（3）液壓泵站的油泵電動(dòng)機(jī)組為兩臺(tái)，互為備用。

（4）啟閉機(jī)具備下滑回升功能：當(dāng)油液泄漏或氣溫變化引起活塞桿下滑150 mm時(shí)，工作泵組自動(dòng)投入工作，使活塞桿回升復(fù)位；如果活塞桿未能復(fù)位而繼續(xù)下沉至200 mm時(shí)，備用泵組自動(dòng)投入工作，將活塞桿恢復(fù)至原位，同時(shí)在遠(yuǎn)方監(jiān)控室和現(xiàn)場(chǎng)均發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

（5）啟閉機(jī)內(nèi)置行程檢測(cè)裝置，具有雙缸同步糾偏功能，采用比例糾偏，同步偏差≤4 mm。

（6）缸體材料采用45號(hào)鋼。活塞桿材料采用45號(hào)鋼，并正火處理，活塞桿表面噴涂金屬氧化陶瓷層TCT1.0防腐。油缸主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1所列。

1.5 鎖定系統(tǒng)

開(kāi)啟橋液壓鎖定裝置設(shè)在橋體尾部，由液壓泵站操作，液壓泵站及其電氣控制設(shè)備布置在橋體下方的機(jī)房?jī)?nèi)。在開(kāi)啟狀態(tài)由鎖定裝置鎖定梁體，防止液壓?jiǎn)㈤]機(jī)漏油導(dǎo)致梁體突然掉落造成事故。

鎖定裝置由上鉸座、下鉸座、銷(xiāo)軸、油缸、機(jī)架及預(yù)埋件等組成。上鉸座采用高強(qiáng)螺栓安裝在鋼箱梁尾端，下鉸座、機(jī)架采用地腳螺栓和預(yù)埋件安裝在混凝土支墩上，油缸通過(guò)管路系統(tǒng)與液壓泵站連接。需要鎖定時(shí)，銷(xiāo)軸由油缸驅(qū)動(dòng)穿過(guò)上鉸座軸孔，上鉸座軸孔直徑大于銷(xiāo)軸直徑，正常狀態(tài)下軸孔不與銷(xiāo)軸接觸。

表1 油缸主要技術(shù)參數(shù)表

1.6 欄桿設(shè)計(jì)

鋼箱梁尾端與小箱梁銜接處欄桿立柱采用傾斜設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖5），以避免開(kāi)啟時(shí)欄桿碰到小箱梁。

圖5 欄桿立面圖

1.7 限位裝置

在14號(hào)墩轉(zhuǎn)動(dòng)腔體內(nèi)設(shè)導(dǎo)向限位架（見(jiàn)圖6），防止啟閉過(guò)程中鋼箱梁橫向擺動(dòng)。

圖6 限位裝置構(gòu)造圖（單位：cm）

1.8 鋼箱梁橋面涂裝

為減小二期恒載，降低啟閉力，除橋梁欄桿外，不設(shè)置瀝青混凝土鋪裝及其它構(gòu)造物，為此對(duì)鋼箱梁頂面涂裝進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)表2所列。

表2 涂裝方案一覽表

E5環(huán)氧底漆與除銹等級(jí)Sa2.5鋼板表面的附著力為15 MPa，抗滑系數(shù)見(jiàn)表3所列。涂裝的抗剝離強(qiáng)度、抗滑系數(shù)均滿(mǎn)足使用要求。

表3 涂層抗滑系數(shù)表

1.9 橋梁運(yùn)行輔助系統(tǒng)

為保證開(kāi)啟和閉合過(guò)程的安全，設(shè)置以下三個(gè)輔助系統(tǒng)：

（1）開(kāi)啟遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)：在橋頭設(shè)置開(kāi)啟遠(yuǎn)程控制室，將橋梁遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)集成于控制室內(nèi)。同時(shí)，在橋面設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，將橋梁轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)時(shí)視頻傳送到監(jiān)控室內(nèi)。

（2）機(jī)動(dòng)車(chē)及行人交通控制系統(tǒng)：由于橋梁開(kāi)啟時(shí)不能行車(chē)，且不允許行人靠近開(kāi)啟橋孔，因此，在橋上設(shè)置閘機(jī)，控制機(jī)動(dòng)車(chē)通行，并設(shè)置紅外監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控是否有行人靠近開(kāi)啟橋孔。

（3）視頻監(jiān)控及廣播系統(tǒng)：在開(kāi)啟橋孔附近設(shè)置視頻監(jiān)控探頭，監(jiān)控是否有行人在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)；在橋上設(shè)廣播系統(tǒng)，通知行人在開(kāi)啟前撤離到安全區(qū)域，并在開(kāi)啟過(guò)程中警告行人切勿靠近。

2 鋼箱梁靜力分析

2.1 計(jì)算模型簡(jiǎn)介

采用Midas Civil 2019軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將鋼箱梁劃分為16 744個(gè)薄板單元。計(jì)算采用參數(shù)如下：

（1）鋼材重力密度：78.5 kN/m3，焊縫重量按1.5%考慮。

（2）梯度溫度：頂板升溫5°，頂板降溫5°。

（3）均勻溫度：整體升溫30°，整體降溫30°。

（4）汽車(chē)沖擊系數(shù)：0.45。

（5）強(qiáng)迫位移：油缸不同步4 mm。

（6）風(fēng)力：風(fēng)壓取 1kPa。

（7）荷載組合如下：

承載能力極限狀態(tài)基本組合：1.1×[1.2×結(jié)構(gòu)重力+1.4×汽車(chē)重量+1.05×人群重量+1.05×均勻溫度應(yīng)力+1.05×梯度溫度應(yīng)力+0.825風(fēng)力]；

作用標(biāo)準(zhǔn)值組合：結(jié)構(gòu)重力+汽車(chē)+人群+均勻溫度+梯度溫度+風(fēng)力。

2.2 撓度驗(yàn)算

在活載作用下，鋼箱梁撓度為2.76 cm＜L/500=2715/500=5.43（cm），滿(mǎn)足要求。

2.3 應(yīng)力驗(yàn)算

在通車(chē)運(yùn)營(yíng)、開(kāi)啟0°、開(kāi)啟57°、鎖定這四種工況下，鋼箱梁承載能力極限狀態(tài)基本組合應(yīng)力見(jiàn)表4所列，Q345C鋼材抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為270 MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為155 MPa。從表4可以看出，鋼箱梁強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

表4 鋼箱梁應(yīng)力表 MPa

2.4 啟閉力驗(yàn)算

單個(gè)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)額定啟閉力、作用標(biāo)準(zhǔn)值組合下單個(gè)頂升點(diǎn)支反力見(jiàn)表5所列。從表5可以看出，啟閉力滿(mǎn)足要求。

表5 啟閉力驗(yàn)算表 kN

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了新海燕橋工程豎轉(zhuǎn)鋼箱梁開(kāi)啟橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和靜力分析，可供同類(lèi)工程參考。