張鈺伯

（邯鄲市交通運(yùn)輸局公路勘察設(shè)計(jì)院，河北 邯鄲 056001）

1 工程背景

組合結(jié)構(gòu)橋梁由于多項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用，因而具有了良好的機(jī)能和耐久性，快速施工縮短了投資回報(bào)期，多樣化結(jié)構(gòu)適應(yīng)了不同橋位不同跨度橋梁建設(shè)的需求和景觀要求，簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)減少了橋梁施工和維修管理工作量[1]。

為了響應(yīng)交通部綠色公路的要求，本橋梁在設(shè)計(jì)上遵循“安全、耐久、經(jīng)濟(jì)、美觀”原則，以工廠化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化施工為主要建設(shè)理念與目標(biāo)，某新建公路跨線橋擬采用新型鋼板組合梁。綜合比選結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、施工的便利性[2]，通過(guò)充分的前期方案比較，橋梁上部結(jié)構(gòu)擬采用35m跨度雙工字鋼鋼板組合梁。

2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 橋梁總體設(shè)計(jì)

為了跨越規(guī)劃的省道，考慮到斜交角度，橋梁主跨采用35m跨越。橋梁總體位于直線段，橋梁最大縱坡為1.2%。為了提高橋梁行車的舒適性，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用4×35m連續(xù)梁。橋墩采用柱式橋墩，直徑1.4m圓柱墩。所有樁基均采用鉆孔灌注樁，樁基直徑1.6m，樁頂設(shè)置樁頂系梁。橋臺(tái)采用肋板式橋臺(tái)，框架式承臺(tái)接1.2m群樁基礎(chǔ)，樁基均按摩擦樁設(shè)計(jì)。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)主梁設(shè)計(jì)

鋼主梁橫向由2片工字鋼組成，鋼材采用Q345qE橋梁用結(jié)構(gòu)鋼。工字梁上翼緣板寬800mm，板厚度為20～44mm，在中支點(diǎn)附近加厚到44mm；工字梁下翼緣板寬960mm，厚度為36～50mm，在中支點(diǎn)附近加厚到28mm，縱向加勁肋間距為2 000mm。

腹板厚度20～28mm，在支點(diǎn)附近加厚到28mm，為提高局部穩(wěn)定性，設(shè)置一定數(shù)量的橫向加勁肋。橫向加勁肋采用1 800mm×16mm板肋，水平間距中支點(diǎn)處為1 000mm，跨中處為2 000mm。

為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，鋼結(jié)構(gòu)采用重防腐設(shè)計(jì)，具體防腐涂層設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 鋼主梁防腐要求

2.3 混凝土橋面板設(shè)計(jì)

橋面板全寬 12.75m，厚 20～40cm，懸臂長(zhǎng) 3.125m，采用C50補(bǔ)償收縮混凝土。橋面板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋。橋面施工采用預(yù)制安裝施工。

橋面板濕接縫混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工方案，由跨中向墩頂，對(duì)稱澆筑剩余預(yù)制行車道板橫向濕接縫,待強(qiáng)度達(dá)到90%后方可進(jìn)行下一道施工工序。剪力釘采用φ22mm圓頭焊釘，長(zhǎng)200mm，剪力釘在鋼主梁頂板橫向間距為12.0cm，縱向間距為12.5cm。

全橋剪力釘均為工廠焊接，剪力釘?shù)臋z驗(yàn)、焊接工藝、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)及生產(chǎn)焊接控制均應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范的要求。

2.4 主要施工方案

鋼板梁安裝擬采用少支架分段吊裝施工。全部鋼板梁吊裝、焊接就位后，經(jīng)檢查整梁位置、橋面標(biāo)高、支座與鋼板梁連接合格后，拆除支架，緩慢落梁；最后對(duì)鋼板梁局部作補(bǔ)充涂裝、涂最后一道面漆。

預(yù)制板在工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)分塊吊裝至鋼主梁上，最后澆筑剪力釘槽濕接縫，橋面板的現(xiàn)場(chǎng)按從跨中向墩頂方向進(jìn)行合攏。預(yù)制橋面板保濕養(yǎng)護(hù)不少于30d，存放期應(yīng)在6個(gè)月以上。現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆濕接縫保濕養(yǎng)護(hù)不少于28d。

3 主橋縱向靜力分析

3.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算假定

主橋上部結(jié)構(gòu)的靜力計(jì)算分析以空間桿系理論為基礎(chǔ)，Midas Civil 2019進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算?？v梁采用Midas組合梁截面，橫向分布系數(shù)采用杠桿法[3]進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)JTG D64-01—2015《公路鋼混組合橋梁設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》[4]7.1.2條文規(guī)定，混凝土橋面板按部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類或普通鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用開裂分析方法，中間支座兩側(cè)各0.15L（L為中支點(diǎn)兩側(cè)橋梁跨徑）范圍內(nèi)組合梁截面剛度取開裂截面剛度，其余段組合梁截面剛度取未開裂截面剛度。

此次模型分析，采用負(fù)彎矩區(qū)開裂模型，即不考慮負(fù)彎矩區(qū)混凝土對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)，分析混凝土板及鋼主梁上緣在負(fù)彎矩區(qū)的受力情況。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)部分計(jì)算結(jié)果

負(fù)彎矩開裂模型下，荷載基本組合包絡(luò)作用下，鋼梁應(yīng)力如圖1、圖2所示。

圖1 基本組合作用下鋼梁上緣最大應(yīng)力（拉應(yīng)力）：186.4MPa

圖2 基本組合作用下鋼梁下緣最大應(yīng)力（壓應(yīng)力）：171.7MPa

由圖1、圖2可知，在基本組合作用下，鋼梁上緣最大拉應(yīng)力（186.4MPa），鋼梁下緣最大壓應(yīng)力（171.7MPa），均小于鋼材抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值260MPa（Q345鋼，厚度40～63mm）。

組合梁截面的剪力全部由鋼梁腹板承擔(dān)，不考慮混凝土板的抗剪作用。組合梁抗剪承載力驗(yàn)算取跨中與支點(diǎn)截面進(jìn)行驗(yàn)算，組合截面承載能力組合Ⅰ作用下最大剪力值如表2所示。

表2 主梁剪力設(shè)計(jì)值計(jì)算表

當(dāng)組合梁承受彎矩與剪力共同作用時(shí)，應(yīng)考慮二者耦合的影響，主梁折算應(yīng)力如表3計(jì)算所示。

表3 主梁折算應(yīng)力值計(jì)算表（開裂模型）

3.3 混凝土橋面板計(jì)算結(jié)果

由于負(fù)彎矩區(qū)橋面板開裂，需控制橋面板最大裂縫。根據(jù)JTG D64-01—2015《公路鋼混組合橋梁設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》7.1.2條紋規(guī)定，混凝土橋面板按部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類或普通鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用開裂分析方法，中間支座兩側(cè)各0.15L范圍內(nèi)組合梁截面剛度取開裂截面剛度，其余段組合梁截面剛度取未開裂截面剛度。

荷載短期效應(yīng)組合下，橋面板軸力最大為7 705kN，按D25mm@120mm，雙層雙肢并排布置，鋼筋拉應(yīng)力為157MPa。故按負(fù)彎矩區(qū)軸力控制裂縫更為安全。經(jīng)計(jì)算負(fù)彎矩區(qū)最大裂縫寬度Wfk=0.155mm＜0.2mm。其他區(qū)域橋面板鋼筋按D16mm@120mm雙層布置，最大裂縫寬度Wfk=0.191mm≤0.2mm。

4 橋面板橫向受力分析

4.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

主梁橫斷面由2片工型鋼梁與混凝土橋面板通過(guò)剪力鍵連接為整體，鋼梁腹板間距6.5m，最大懸臂長(zhǎng)度3.125m；由于主梁中橫梁頂板與橋面板分離，橋面板計(jì)算可按單向板模型進(jìn)行分析計(jì)算。

在順橋向取單位長(zhǎng)度上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化，建立平面框架有限元模型，如圖3所示。

圖3 橋面板橫向計(jì)算有限元模型

4.2 計(jì)算荷載

平面框架模型主要承受的恒載包括一期自重恒載和二期鋪裝、護(hù)欄等荷載。溫度荷載與徐變按JTG D60—2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》取值。汽車荷載采用車輛荷載進(jìn)行加載，重車軸重140kN，車輪間距1.8m，相鄰車輛間距1.3m，沖擊系數(shù)取為1.3，組合系數(shù)取1.8。

同時(shí)考慮汽車撞擊作用，SS級(jí)護(hù)欄在車輛行駛垂直方向取87kN/m撞擊力，作用高度取1.2m，荷載分布寬度取5m，則撞擊力彎矩M=87×1.2=104.4kN·m/m。

對(duì)于單位長(zhǎng)度模型，需進(jìn)行荷載分布寬度計(jì)算，根據(jù)JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，分別計(jì)算梁間跨中、支承處、懸臂處荷載有效分布寬度，根據(jù)計(jì)算得到的荷載分布寬度，調(diào)整作用在單位寬度模型上的車輛荷載作用系數(shù)。

4.3 主要計(jì)算結(jié)論

結(jié)合規(guī)范要求，對(duì)橋面板進(jìn)行抗彎承載能力、正截面抗裂等驗(yàn)算。荷載基本組合作用下，橋面板承載能力滿足規(guī)范要求。在短期效應(yīng)組合下，跨中橋面板拉應(yīng)力1.63MPa，支承處橋面板上緣未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求；在長(zhǎng)期效應(yīng)組合下，跨中橋面板與支承處橋面板上緣均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某跨線橋?yàn)楣こ瘫尘埃榻B了一種新型的雙主梁鋼板組合梁的設(shè)計(jì)方案及有限元分析。主要結(jié)論如下：

1）鋼板組合梁結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)合理的橋梁結(jié)構(gòu)形式，符合綠色公路的發(fā)展理念。本項(xiàng)目采用的雙主梁鋼板組合結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、施工方便，為同類項(xiàng)目的建設(shè)提供了參考與借鑒。

2）多主梁簡(jiǎn)支鋼板組合梁具有較好的經(jīng)濟(jì)性，本項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)用鋼量為160kg/m2,橋面板混凝土用量為0.3m3/m2，普通鋼筋用量為125kg/m2。

3）通過(guò)有限元計(jì)算分析結(jié)果表明，雙主梁鋼板組合梁的縱/橫向受力均能滿足規(guī)范要求。