變高度異型剛架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算分析
——以福州市岐陽(yáng)一路景觀橋?yàn)槔?/h1>
2021-01-20 08:58:20劉澄源
福建建筑 2020年12期
劉澄源
(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350003)
0 引言
隨著現(xiàn)代城市化建設(shè)和橋梁科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，城市對(duì)橋梁的功能、景觀要求不斷提高，城市橋梁設(shè)計(jì)在滿足實(shí)用性基礎(chǔ)上，還應(yīng)關(guān)注其創(chuàng)意性及美觀性[1]?，F(xiàn)實(shí)中，城市橋梁設(shè)計(jì)，常受到地下管線、橋下道路、現(xiàn)狀建筑物、通航及景觀要求等因素制約，導(dǎo)致無(wú)法選擇常規(guī)的橋梁結(jié)構(gòu)形式，需要橋梁設(shè)計(jì)師通過(guò)精妙的構(gòu)思，大膽選用創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市橋梁在實(shí)用性、創(chuàng)意性及美觀性上的統(tǒng)一。
基于剛架橋通過(guò)主梁與墩臺(tái)之間的剛性連接，顯著減小豎向荷載下主梁跨中的正彎矩，跨中主梁高度也相應(yīng)得以減小，如主梁采用鋼材，跨中主梁高度進(jìn)一步減小，使橋梁外觀纖細(xì)輕盈，橋下視野開(kāi)闊；同時(shí)，剛架橋橋面不設(shè)伸縮縫，支點(diǎn)無(wú)支座，行車舒適性高。因此，剛架橋在城市景觀橋梁選型中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
本文以福州市馬杭洲河上的岐陽(yáng)一路景觀橋?yàn)楣こ瘫尘?，介紹岐陽(yáng)一路橋的選型過(guò)程，研究變高度異型剛架橋結(jié)構(gòu)的可行性及合理性，以期為同類條件下的城市景觀橋梁設(shè)計(jì)選型提供參考。
1 工程概況
福州市三江口片區(qū)處于城市“東進(jìn)南下”軸線的重要節(jié)點(diǎn)，是承載疏解老城、連接濱海新城的重要地區(qū)，馬杭洲河作為三江口片區(qū)的主要景觀軸，目前正進(jìn)行河道景觀整治提升。岐陽(yáng)一路橋是跨越馬杭洲河上的一座景觀橋，馬杭洲河河道岸線寬度30m，橋面高程8.83m，常水位3.64m，澇水位5.49m；橋下河道兩側(cè)均設(shè)置4.0m寬的人行親水步道，凈高不小于2.5m，橋中通航要求通航凈寬12m，通航凈高不小于2.5m；主橋按雙幅布置，橋面總寬度38m(2.5m人行道+3.0m非機(jī)動(dòng)車道+1.5m側(cè)分帶+10.5m車行道+3m中分帶+10.5m車行道+1.5m側(cè)分帶+3.0m非機(jī)動(dòng)車道+2.5m人行道)。
基于上述要求，該景觀橋須采用一跨過(guò)河的方案。故，主跨采用1m×30.4m變高度鋼箱梁異型剛架結(jié)構(gòu)，兩側(cè)采用混凝土橋臺(tái)，鋼箱梁與混凝土橋臺(tái)采用預(yù)應(yīng)力錨桿連接，橋臺(tái)處挖空設(shè)置橋下人行步道，跨徑布置8.45m+32.03m+8.45m，橋梁總長(zhǎng)48.93m。橋型布置圖如圖1所示。
圖1 橋型布置圖(單位：cm)
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.1 上下部結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)
在中小跨橋梁中，梁底的曲線造型是橋梁立面視覺(jué)效果的決定性因素，跨中與根部的梁高變化越大，梁底曲線越顯著，景觀效果越好[2]。相比于簡(jiǎn)支梁，鋼箱梁異型剛架橋主梁與橋臺(tái)固結(jié)，且自重較輕，跨中彎矩較小，因此跨中梁高可以取較小值1.2m≈L/27進(jìn)行設(shè)計(jì)(L為跨徑)，根部梁高取值3.0m≈L/11，梁底曲線采用R=570m圓弧線。半幅橋采用3片鋼箱梁形成多肋結(jié)構(gòu)造型，多條梁底曲線多方位展示結(jié)構(gòu)的線條美。鋼箱梁端部加厚段頂板、底板和腹板厚28mm，跨中段頂板、底板和腹板厚16mm。
下部結(jié)構(gòu)采用混凝土橋臺(tái)，基礎(chǔ)采用樁徑為1.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)靠河一側(cè)橫向通過(guò)挖空設(shè)置為多肋，行人在橋下通行時(shí)，視線通透，視覺(jué)效果好。橋梁根部橫斷面布置圖與橋梁效果圖如圖2～圖3所示。
圖2 橋梁根部橫斷面布置圖(單位：cm)
圖3 橋梁效果圖
2.2 鋼箱梁錨固連接設(shè)計(jì)
岐陽(yáng)一路橋采用一跨過(guò)河方案，中跨跨徑較大，且需要盡可能降低跨中梁高來(lái)滿足景觀與通航要求。因此，主梁只能選擇預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。由于異型剛架橋?qū)儆诙啻纬o定結(jié)構(gòu)，選擇預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的次內(nèi)力，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力束設(shè)計(jì)與施工難度較大，故，主梁最終采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)。
該案例初步設(shè)計(jì)，采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接形式，將鋼箱梁錨固在混凝土橋臺(tái)上，但根據(jù)試算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋼主梁與橋臺(tái)連接處剪力與彎矩較大，即使選用規(guī)范中最大型號(hào)M30高強(qiáng)度螺栓，一個(gè)螺栓也僅能提供355kN的預(yù)拉力，在同時(shí)承受剪力與拉力時(shí)無(wú)法提供足夠承載力。因此，該項(xiàng)目借鑒混合梁結(jié)合部的構(gòu)造設(shè)計(jì)，采用φ32預(yù)應(yīng)力鋼筋代替高強(qiáng)度螺栓，每個(gè)φ32預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉控制應(yīng)力設(shè)計(jì)為735MPa，單根預(yù)應(yīng)力鋼筋提供的預(yù)拉力可達(dá)591kN。預(yù)應(yīng)力鋼筋及其配套螺母材料采用40Cr，管道采用φ50 mm金屬波紋管，全橋共布置1128根預(yù)應(yīng)力錨固鋼筋。預(yù)應(yīng)力錨桿連接立面圖、斷面圖分別如圖4～圖5所示。
圖4 預(yù)應(yīng)力錨桿連接立面圖(單位：cm)
圖5 預(yù)應(yīng)力錨桿連接斷面圖(單位：cm)
預(yù)應(yīng)力錨桿連接的施工步驟如下：
(1)錨墊板、預(yù)應(yīng)力管道、預(yù)應(yīng)力鋼筋及配套螺母、加強(qiáng)鋼筋、橋臺(tái)鋼筋等預(yù)埋就位；
(2)澆筑橋臺(tái)混凝土；
(3)待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，首次張拉預(yù)應(yīng)力筋；
(4)橋面附屬施工，注意監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力錨栓松弛情況，并按監(jiān)控要求對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行補(bǔ)拉；
(5)封錨混凝土施工。
3 鋼箱梁主要計(jì)算結(jié)果
3.1 建立全橋有限元分析模型
利用有限元軟件MIDAS CIVIL建立全橋空間梁格模型，對(duì)橋梁進(jìn)行整體計(jì)算分析。主梁、橋臺(tái)和樁基均采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，由于剛架橋主梁、橋臺(tái)及樁基礎(chǔ)構(gòu)成整體，因此鋼箱梁和橋臺(tái)、橋臺(tái)和樁基礎(chǔ)單元在連接處固接[3]。
采用土彈簧模擬樁土作用，根據(jù)地質(zhì)資料將單元厚度土層剛度系數(shù)計(jì)算出來(lái)，然后在層土中間處施加水平土彈簧，樁底采用固結(jié)方式施加豎向土彈簧[4]；溫度效應(yīng)采用整體升、降溫25℃，梯度溫度按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)取值；臺(tái)后填土影響采用主動(dòng)土壓力施加在橋臺(tái)上。全橋共分1379個(gè)節(jié)點(diǎn)，1362個(gè)單元。全橋有限元分析模型如圖6所示。
圖6 全橋有限元分析模型
3.2 鋼箱梁承載力驗(yàn)算
基本組合下鋼箱梁上下緣應(yīng)力包絡(luò)圖分別如圖7～圖8所示，基本組合下剪應(yīng)力包絡(luò)圖如圖9所示。由圖7可見(jiàn)，鋼箱梁上緣最小正應(yīng)力為-53.9MPa(受壓)，最大正應(yīng)力36.5MPa(受拉)；由圖8可見(jiàn)，鋼箱梁下緣最小正應(yīng)力為-49.7MPa(受壓)，最大正應(yīng)力77.3MPa(受拉)；由圖9可見(jiàn)，鋼箱梁最大剪應(yīng)力47.2MPa。
圖7 基本組合下鋼箱梁上緣正應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：MPa)
圖8 基本組合下鋼箱梁下緣正應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：MPa)
圖9 基本組合下鋼箱梁剪應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：MPa)
該橋鋼箱梁采用Q345qD 鋼材，查規(guī)范得其抗彎、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為270MPa和155 MPa?；窘M合下最大正應(yīng)力 77.3MPa(拉應(yīng)力)<270 MPa，出現(xiàn)在跨中底板處；最大剪應(yīng)力47.2MPa<155 MPa，出現(xiàn)在1/4主梁位置處。因此，鋼箱梁抗彎、抗剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。
3.3 疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》[5](JTG D64-2015)5.5規(guī)定，該橋整體疲勞驗(yàn)算采用計(jì)算模型Ⅰ(等效車道荷載)。鋼箱梁控制截面在等效車道荷載下正應(yīng)力及剪應(yīng)力，分別如表1～表2所示。
表1 鋼箱梁控制截面正應(yīng)力 MP
MPa
根據(jù)規(guī)范附錄表C.0.2，主梁為構(gòu)造細(xì)節(jié)⑤，常幅疲勞極限應(yīng)力為73.6MPa，剪應(yīng)力幅疲勞截止限為45.7MPa。根據(jù)規(guī)范附錄表C.0.3，鋼梁縱、橫向焊縫為手工對(duì)接焊縫，構(gòu)造細(xì)節(jié)②，常幅疲勞極限應(yīng)力為81.1MPa，剪應(yīng)力幅疲勞截止限為50.3MPa。
由此可知，鋼箱梁疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。
3.4 整體剛度驗(yàn)算
計(jì)算豎向撓度時(shí)，按照結(jié)構(gòu)力學(xué)方法并采用不計(jì)沖擊力的汽車車道荷載頻遇值，頻遇系數(shù)為1.0，活載下鋼箱梁撓度如圖10所示，在活載頻遇值作用下，鋼箱梁最大豎向撓度值為7mm
圖10 活載下鋼箱梁豎向撓度(單位:mm)
4 預(yù)應(yīng)力錨桿連接計(jì)算
預(yù)應(yīng)力錨桿連接，通過(guò)張拉預(yù)拉力鋼筋壓緊梁端封板與預(yù)埋鋼板，靠接觸面的摩擦力阻止其相互滑移，以達(dá)到傳遞外力目的，原理與高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接相同，因此，采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的計(jì)算方法，驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力錨桿連接的抗剪承載力與抗彎承載力。
根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[6](GB 50017-2017)第11.4.2條，高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：
一根預(yù)應(yīng)力錨桿的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：
一根預(yù)應(yīng)力錨桿的抗拉承載力設(shè)計(jì)值為：
根據(jù)全橋有限元計(jì)算結(jié)果，基本組合下主梁端部截面內(nèi)力包絡(luò)值為：
剪力——Q=-8152kN;
彎矩——M=-42924kN·m;
軸力——N=-2251kN。
(1)預(yù)應(yīng)力錨桿連接承受拉力驗(yàn)算
受力最大的預(yù)應(yīng)力錨桿承受的拉力為：
=189.9kN≤0.8P=472kN
(2)預(yù)應(yīng)力錨桿連接同時(shí)承受剪力與拉力驗(yàn)算：
受力最大的預(yù)應(yīng)力錨桿承受的剪力為：
由此可知，預(yù)應(yīng)力錨桿連接驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。
5 結(jié)論
(1)變高度異型剛架橋跨中梁高較小，橋下視野開(kāi)闊，且橋面不設(shè)伸縮縫，行車舒適性高，在需要一跨過(guò)河、橋下凈空較低且橋下設(shè)置過(guò)道的條件下，變高度異型剛架橋能很好地滿足景觀及功能需求。
(2)該橋主梁采用多片鋼箱梁形成多肋結(jié)構(gòu)造型，多條梁底曲線多方位展示結(jié)構(gòu)的線條美，下部結(jié)構(gòu)采用混凝土橋臺(tái)，橋臺(tái)靠河一側(cè)橫向通過(guò)挖空也設(shè)置為多肋，行人在橋下通行時(shí)，視線通透，視覺(jué)效果好。
(3)該橋設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于如何將鋼箱梁錨固在整體式橋臺(tái)上，由于鋼箱梁根部錨固處剪力和彎矩較大，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋代替高強(qiáng)度螺栓，通過(guò)張拉預(yù)拉力鋼筋壓緊鋼箱梁梁端封板與預(yù)埋在混凝土橋臺(tái)里的鋼板實(shí)現(xiàn)錨固連接，計(jì)算結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力錨桿連接可以提供足夠承載力。
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基于剛架橋通過(guò)主梁與墩臺(tái)之間的剛性連接，顯著減小豎向荷載下主梁跨中的正彎矩，跨中主梁高度也相應(yīng)得以減小，如主梁采用鋼材，跨中主梁高度進(jìn)一步減小，使橋梁外觀纖細(xì)輕盈，橋下視野開(kāi)闊；同時(shí)，剛架橋橋面不設(shè)伸縮縫，支點(diǎn)無(wú)支座，行車舒適性高。因此，剛架橋在城市景觀橋梁選型中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
本文以福州市馬杭洲河上的岐陽(yáng)一路景觀橋?yàn)楣こ瘫尘?，介紹岐陽(yáng)一路橋的選型過(guò)程，研究變高度異型剛架橋結(jié)構(gòu)的可行性及合理性，以期為同類條件下的城市景觀橋梁設(shè)計(jì)選型提供參考。
1 工程概況
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基于上述要求，該景觀橋須采用一跨過(guò)河的方案。故，主跨采用1m×30.4m變高度鋼箱梁異型剛架結(jié)構(gòu)，兩側(cè)采用混凝土橋臺(tái)，鋼箱梁與混凝土橋臺(tái)采用預(yù)應(yīng)力錨桿連接，橋臺(tái)處挖空設(shè)置橋下人行步道，跨徑布置8.45m+32.03m+8.45m，橋梁總長(zhǎng)48.93m。橋型布置圖如圖1所示。
圖1 橋型布置圖(單位：cm)
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
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在中小跨橋梁中，梁底的曲線造型是橋梁立面視覺(jué)效果的決定性因素，跨中與根部的梁高變化越大，梁底曲線越顯著，景觀效果越好[2]。相比于簡(jiǎn)支梁，鋼箱梁異型剛架橋主梁與橋臺(tái)固結(jié)，且自重較輕，跨中彎矩較小，因此跨中梁高可以取較小值1.2m≈L/27進(jìn)行設(shè)計(jì)(L為跨徑)，根部梁高取值3.0m≈L/11，梁底曲線采用R=570m圓弧線。半幅橋采用3片鋼箱梁形成多肋結(jié)構(gòu)造型，多條梁底曲線多方位展示結(jié)構(gòu)的線條美。鋼箱梁端部加厚段頂板、底板和腹板厚28mm，跨中段頂板、底板和腹板厚16mm。
下部結(jié)構(gòu)采用混凝土橋臺(tái)，基礎(chǔ)采用樁徑為1.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)靠河一側(cè)橫向通過(guò)挖空設(shè)置為多肋，行人在橋下通行時(shí)，視線通透，視覺(jué)效果好。橋梁根部橫斷面布置圖與橋梁效果圖如圖2～圖3所示。
圖2 橋梁根部橫斷面布置圖(單位：cm)
圖3 橋梁效果圖
2.2 鋼箱梁錨固連接設(shè)計(jì)
岐陽(yáng)一路橋采用一跨過(guò)河方案，中跨跨徑較大，且需要盡可能降低跨中梁高來(lái)滿足景觀與通航要求。因此，主梁只能選擇預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。由于異型剛架橋?qū)儆诙啻纬o定結(jié)構(gòu)，選擇預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的次內(nèi)力，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力束設(shè)計(jì)與施工難度較大，故，主梁最終采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)。
該案例初步設(shè)計(jì)，采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接形式，將鋼箱梁錨固在混凝土橋臺(tái)上，但根據(jù)試算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋼主梁與橋臺(tái)連接處剪力與彎矩較大，即使選用規(guī)范中最大型號(hào)M30高強(qiáng)度螺栓，一個(gè)螺栓也僅能提供355kN的預(yù)拉力，在同時(shí)承受剪力與拉力時(shí)無(wú)法提供足夠承載力。因此，該項(xiàng)目借鑒混合梁結(jié)合部的構(gòu)造設(shè)計(jì)，采用φ32預(yù)應(yīng)力鋼筋代替高強(qiáng)度螺栓，每個(gè)φ32預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉控制應(yīng)力設(shè)計(jì)為735MPa，單根預(yù)應(yīng)力鋼筋提供的預(yù)拉力可達(dá)591kN。預(yù)應(yīng)力鋼筋及其配套螺母材料采用40Cr，管道采用φ50 mm金屬波紋管，全橋共布置1128根預(yù)應(yīng)力錨固鋼筋。預(yù)應(yīng)力錨桿連接立面圖、斷面圖分別如圖4～圖5所示。
圖4 預(yù)應(yīng)力錨桿連接立面圖(單位：cm)
圖5 預(yù)應(yīng)力錨桿連接斷面圖(單位：cm)
預(yù)應(yīng)力錨桿連接的施工步驟如下：
(1)錨墊板、預(yù)應(yīng)力管道、預(yù)應(yīng)力鋼筋及配套螺母、加強(qiáng)鋼筋、橋臺(tái)鋼筋等預(yù)埋就位；
(2)澆筑橋臺(tái)混凝土；
(3)待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，首次張拉預(yù)應(yīng)力筋；
(4)橋面附屬施工，注意監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力錨栓松弛情況，并按監(jiān)控要求對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行補(bǔ)拉；
(5)封錨混凝土施工。
3 鋼箱梁主要計(jì)算結(jié)果
3.1 建立全橋有限元分析模型
利用有限元軟件MIDAS CIVIL建立全橋空間梁格模型，對(duì)橋梁進(jìn)行整體計(jì)算分析。主梁、橋臺(tái)和樁基均采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，由于剛架橋主梁、橋臺(tái)及樁基礎(chǔ)構(gòu)成整體，因此鋼箱梁和橋臺(tái)、橋臺(tái)和樁基礎(chǔ)單元在連接處固接[3]。
采用土彈簧模擬樁土作用，根據(jù)地質(zhì)資料將單元厚度土層剛度系數(shù)計(jì)算出來(lái)，然后在層土中間處施加水平土彈簧，樁底采用固結(jié)方式施加豎向土彈簧[4]；溫度效應(yīng)采用整體升、降溫25℃，梯度溫度按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)取值；臺(tái)后填土影響采用主動(dòng)土壓力施加在橋臺(tái)上。全橋共分1379個(gè)節(jié)點(diǎn)，1362個(gè)單元。全橋有限元分析模型如圖6所示。
圖6 全橋有限元分析模型
3.2 鋼箱梁承載力驗(yàn)算
基本組合下鋼箱梁上下緣應(yīng)力包絡(luò)圖分別如圖7～圖8所示，基本組合下剪應(yīng)力包絡(luò)圖如圖9所示。由圖7可見(jiàn)，鋼箱梁上緣最小正應(yīng)力為-53.9MPa(受壓)，最大正應(yīng)力36.5MPa(受拉)；由圖8可見(jiàn)，鋼箱梁下緣最小正應(yīng)力為-49.7MPa(受壓)，最大正應(yīng)力77.3MPa(受拉)；由圖9可見(jiàn)，鋼箱梁最大剪應(yīng)力47.2MPa。
圖7 基本組合下鋼箱梁上緣正應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：MPa)
圖8 基本組合下鋼箱梁下緣正應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：MPa)
圖9 基本組合下鋼箱梁剪應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：MPa)
該橋鋼箱梁采用Q345qD 鋼材，查規(guī)范得其抗彎、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為270MPa和155 MPa?；窘M合下最大正應(yīng)力 77.3MPa(拉應(yīng)力)<270 MPa，出現(xiàn)在跨中底板處；最大剪應(yīng)力47.2MPa<155 MPa，出現(xiàn)在1/4主梁位置處。因此，鋼箱梁抗彎、抗剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。
3.3 疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》[5](JTG D64-2015)5.5規(guī)定，該橋整體疲勞驗(yàn)算采用計(jì)算模型Ⅰ(等效車道荷載)。鋼箱梁控制截面在等效車道荷載下正應(yīng)力及剪應(yīng)力，分別如表1～表2所示。
表1 鋼箱梁控制截面正應(yīng)力 MP
MPa
根據(jù)規(guī)范附錄表C.0.2，主梁為構(gòu)造細(xì)節(jié)⑤，常幅疲勞極限應(yīng)力為73.6MPa，剪應(yīng)力幅疲勞截止限為45.7MPa。根據(jù)規(guī)范附錄表C.0.3，鋼梁縱、橫向焊縫為手工對(duì)接焊縫，構(gòu)造細(xì)節(jié)②，常幅疲勞極限應(yīng)力為81.1MPa，剪應(yīng)力幅疲勞截止限為50.3MPa。
由此可知，鋼箱梁疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。
3.4 整體剛度驗(yàn)算
計(jì)算豎向撓度時(shí)，按照結(jié)構(gòu)力學(xué)方法并采用不計(jì)沖擊力的汽車車道荷載頻遇值，頻遇系數(shù)為1.0，活載下鋼箱梁撓度如圖10所示，在活載頻遇值作用下，鋼箱梁最大豎向撓度值為7mm 圖10 活載下鋼箱梁豎向撓度(單位:mm) 預(yù)應(yīng)力錨桿連接，通過(guò)張拉預(yù)拉力鋼筋壓緊梁端封板與預(yù)埋鋼板，靠接觸面的摩擦力阻止其相互滑移，以達(dá)到傳遞外力目的，原理與高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接相同，因此，采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的計(jì)算方法，驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力錨桿連接的抗剪承載力與抗彎承載力。 根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[6](GB 50017-2017)第11.4.2條，高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算： 一根預(yù)應(yīng)力錨桿的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為： 一根預(yù)應(yīng)力錨桿的抗拉承載力設(shè)計(jì)值為： 根據(jù)全橋有限元計(jì)算結(jié)果，基本組合下主梁端部截面內(nèi)力包絡(luò)值為： 剪力——Q=-8152kN; 彎矩——M=-42924kN·m; 軸力——N=-2251kN。 (1)預(yù)應(yīng)力錨桿連接承受拉力驗(yàn)算 受力最大的預(yù)應(yīng)力錨桿承受的拉力為： =189.9kN≤0.8P=472kN (2)預(yù)應(yīng)力錨桿連接同時(shí)承受剪力與拉力驗(yàn)算： 受力最大的預(yù)應(yīng)力錨桿承受的剪力為： 由此可知，預(yù)應(yīng)力錨桿連接驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。 (1)變高度異型剛架橋跨中梁高較小，橋下視野開(kāi)闊，且橋面不設(shè)伸縮縫，行車舒適性高，在需要一跨過(guò)河、橋下凈空較低且橋下設(shè)置過(guò)道的條件下，變高度異型剛架橋能很好地滿足景觀及功能需求。 (2)該橋主梁采用多片鋼箱梁形成多肋結(jié)構(gòu)造型，多條梁底曲線多方位展示結(jié)構(gòu)的線條美，下部結(jié)構(gòu)采用混凝土橋臺(tái)，橋臺(tái)靠河一側(cè)橫向通過(guò)挖空也設(shè)置為多肋，行人在橋下通行時(shí)，視線通透，視覺(jué)效果好。 (3)該橋設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于如何將鋼箱梁錨固在整體式橋臺(tái)上，由于鋼箱梁根部錨固處剪力和彎矩較大，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋代替高強(qiáng)度螺栓，通過(guò)張拉預(yù)拉力鋼筋壓緊鋼箱梁梁端封板與預(yù)埋在混凝土橋臺(tái)里的鋼板實(shí)現(xiàn)錨固連接，計(jì)算結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力錨桿連接可以提供足夠承載力。4 預(yù)應(yīng)力錨桿連接計(jì)算
5 結(jié)論
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