劉樊程

（徐州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江蘇徐州221006）

0 引言

簡支鋼桁架橋憑借其高強(qiáng)的跨越能力、優(yōu)美的造型、良好的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，在公路橋梁中的應(yīng)用越來越廣泛。

1 項(xiàng)目概況

某建設(shè)工程項(xiàng)目新建段為雙向六車道一級(jí)公路，設(shè)計(jì)車速100km/h，路基全寬33.5m，中央分隔帶寬2m，項(xiàng)目路于高速公路樞紐分流鼻端跨越高速公路，項(xiàng)目路路線與高速公路主線右偏角為105.2o，該處高速公路為雙向六車道，設(shè)計(jì)車速120km/h，由于橋位位于分流鼻末端，為給今后樞紐改造預(yù)留空間，本橋一孔跨越高速公路樞紐，橋下凈高大于等于5.5m。本橋主橋采用1-92.6m 下乘式簡支鋼桁架橋（如圖1所示）一孔跨越高速公路樞紐，橋梁分幅設(shè)置，為滿足左右幅兩座鋼桁架橋設(shè)置空間，橋梁段中央分隔帶加寬至4m。橋梁引橋采用35m 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，全橋跨徑組合為(5×35)+2×(4×35)+92.6+(3×35)m，橋梁全長660.76m，橋梁右偏角105o。主橋下部采用柱式墩，柱徑2m，下接承臺(tái)高2.5m，每個(gè)橋墩用18 根φ1.5m 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。引橋橋墩采用柱式墩，樁基礎(chǔ)及擴(kuò)大基礎(chǔ)橋墩樁基直徑為φ1.6m，橋臺(tái)采用肋板式橋臺(tái)下接群樁基礎(chǔ)及座板式橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋臺(tái)樁基直徑為φ1.2m。

圖1 主跨橋型布置

跨高速公路大橋平面位于直線段內(nèi)，豎曲線位于半徑R=7000m 的凸形曲線內(nèi)，縱坡為2.5%。

2 橋梁橫斷面布置

主橋半幅橫斷面為2×0.963m（桁架）+2×0.525（護(hù)欄）+凈-15.475m（行車道）=18.45m。橋面鋪裝為25cm 厚C50 混凝土橋面板+10cm 厚瀝青混凝土。路面為雙向2%橫坡，由橫梁變高形成[1]。

3 總體布置及主要結(jié)構(gòu)形式

主桁架采用等高的華倫式三角形腹桿體系，主桁中心高度11m，全橋采用等節(jié)間的布置方式，節(jié)點(diǎn)布置為10×9.1m，高跨比為1/8.3。兩片主桁中心距采用17.8m，寬跨比為1/5.2，橋面凈寬2×15.475m。

3.1 主桁桿件截面

主桁弦桿采用焊接箱形截面，截面寬度均采用650mm，截面高度有800mm 和1100mm 兩種，其中豎板厚28～40mm，水平板厚24～32mm，桿件按照四面拼接設(shè)計(jì)，拼接處桿件的寬度及高度均相同，不同高度的桿件之間通過墊板進(jìn)行調(diào)整。

3.2 主桁節(jié)點(diǎn)

主桁節(jié)點(diǎn)均采用整體節(jié)點(diǎn)板高強(qiáng)螺栓栓接節(jié)點(diǎn)板厚度16～28mm。

3.3 平聯(lián)

本橋僅設(shè)置上弦平聯(lián)，上弦平聯(lián)設(shè)置為X 形桁式，上弦平聯(lián)由橫向撐和斜向撐組成，僅端部橫向撐設(shè)置為箱形截面，截面寬度為600mm，高度為500mm，余均設(shè)置為工字形截面，截面高寬、寬度均為500mm。

3.4 橋門架

全橋于橋端設(shè)置兩處橋門架，門架采用桁架式，桿件均采用工字形截面，截面寬360mm，高460mm。

3.5 縱橫梁體系

本橋采用縱橫梁體系，半幅主梁橫向共設(shè)置5 道縱梁，縱梁橫向布置為4×3.4m，縱梁計(jì)算跨徑9.1m，縱梁為工字型截面，截面高度800mm，寬度500mm。

橫梁設(shè)置在下弦桿節(jié)點(diǎn)處，全橋橫梁分為兩種，設(shè)置與主桁端部的端橫梁及設(shè)置在主桁中部的中橫梁，其中端橫梁采用魚腹式箱型截面，截面寬750mm，端橫梁端部高1.0m，跨中高1.4m，截面變高處理，半幅橫梁梁頂橫坡為2.0%，端橫梁橫梁腹板上設(shè)豎向及縱向加勁肋。中橫梁采用魚腹式工字型截面，底板寬800mm，頂板寬600mm，截面高1.0～1.4m。底、頂板及腹板厚度分別為32mm、24mm 及20mm[2]。

縱、橫梁連接處，頂板通過節(jié)點(diǎn)板采用高強(qiáng)螺栓栓接，橫梁腹板開孔，以供縱梁底板穿過，縱梁底板不截?cái)唷?/p>

3.6 橋面系

由于本橋?yàn)橐患?jí)公路上的橋梁，項(xiàng)目路交通量大且重車占比大，為保證橋面耐久性，橋面板采用疲勞性能好的混凝土橋面板，橋面板分為預(yù)制、現(xiàn)澆兩部分，預(yù)制橋面板采用C50 混凝土，現(xiàn)澆橋面板采用C50UEA 補(bǔ)償收縮混凝土，預(yù)制橋面板厚度為25cm，每個(gè)節(jié)間沿縱向設(shè)置1 塊、沿橫向設(shè)置4 塊預(yù)制橋面板。預(yù)制板縱橫梁均設(shè)置剪力鍵，剪力鍵突出5cm。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 計(jì)算模型

主橋空間靜力計(jì)算采用MIDAS/CIVIL 程序建立空間桿系模型進(jìn)行計(jì)算，主桁、平聯(lián)、橫縱梁等均采用梁單元，橋面板采用板單元進(jìn)行模擬。設(shè)計(jì)荷載有永久荷載、汽車荷載、人群荷載、風(fēng)荷載、溫度荷載及地震荷載，按規(guī)范進(jìn)行最不利荷載組合。

本橋模型共劃分171 個(gè)節(jié)點(diǎn)，366 個(gè)梁單元，80 個(gè)板單元（如圖2所示）；護(hù)欄及橋面鋪裝按照均布荷載分別作用于縱、橫梁。

圖2 主橋結(jié)構(gòu)MIDAS 計(jì)算模型

4.2 主橋總體計(jì)算結(jié)果

4.2.1 應(yīng)力驗(yàn)算

主橋各桿件均采用Q345qD 鋼，且厚度均小于50mm，根據(jù)《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 714-2015）屈服強(qiáng)度σs=345MPa，設(shè)計(jì)安全系數(shù)K=1.7，容許應(yīng)力為[σ]=202.9MPa。計(jì)算結(jié)果按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）最不利荷載組合得出如表1所示。

表1 應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果匯總表

根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，主橋各主要構(gòu)件應(yīng)力均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.2.2 結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算

《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64-2015）簡支鋼桁架豎向撓度限值為l/500，本橋計(jì)算跨徑91m，根據(jù)規(guī)范，本橋豎向撓度限值91000/500=182mm，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)構(gòu)在不計(jì)沖擊力的汽車荷載作用下產(chǎn)生的最大豎向位移為12.8mm，w=12.8mm＜182mm，結(jié)構(gòu)變形滿足規(guī)范要求。

4.2.3 主橋支撐體系選擇

支反力計(jì)算結(jié)果顯示，標(biāo)準(zhǔn)組合下最大支反力值為6704.5kN，主橋支座承載力為8MN 的QZ-8000 支座，支座承載力滿足使用要求。

4.2.4 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

根據(jù)動(dòng)力特性分析模型計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的前6 階自振頻率如表2所示。

表2 結(jié)構(gòu)前六階自振頻率

5 結(jié)語

下乘式簡支鋼桁架橋造型簡單大方，采用頂推施工方案，施工過程對橋下交通影響小，建筑高度低，自重輕，跨越能力強(qiáng)，能夠有效減小橋梁總體規(guī)模，全壽命周期經(jīng)濟(jì)效益好，應(yīng)用前景廣闊。