韓忠磊，林康

（大連市市政設計研究院有限責任公司，遼寧 大連 116000）

0 引言

鋼桁架橋梁結構自重較小，具有剛度較大、跨越能力強、施工速度快等優(yōu)點，在城市道路工程中得以廣泛應用。

1 工程概況

遵義市鳳新快線工程是遵義市中心城區(qū)核心區(qū)的東西向快速交通走廊，連接中心城區(qū)核心區(qū)與新蒲新區(qū)，服務于老城區(qū)、丁字口片區(qū)、中華路片區(qū)、環(huán)城路片區(qū)等中心城區(qū)核心區(qū)域，對城市發(fā)展起重要支撐作用。該工程西起遵義市公交公司，東至禮儀新城，全長約3.7km。

橋梁主橋采用雙層鋼桁架連續(xù)梁，設計荷載為城市-A級；標準斷面寬31m，上下兩層橋面均設置雙向六車道；設計速度為60km/h；橋梁設計基準期為100年；防腐年限為20年；抗震設防烈度為6度，地震動峰值加速度為0.05g，場地類型為Ⅱ類。

2 鋼桁架橋梁結構計算分析

2.1 鋼桁架結構概述

遵義市鳳新快線工程橋梁主橋為三跨連續(xù)雙層鋼桁架橋，道路中心線處跨徑為46.667m+92.564m+80.769m=220m，上下兩層橋面縱坡均為0.3%，橫坡均為雙向1.5%。鋼桁架橋由主桁架、主橫桁架組成。主桁架采用腹桿均為斜桿的Warren式桁架體系，橋梁全寬32.32m。橫橋向設置3片桁架梁，即在橋梁兩側和中央分隔帶設置主桁架，兩主桁中心距15.5m，主桁桁高13.006m。

橋面系為正交異性鋼橋面板。橋面板厚16mm，U肋尺寸為320×240×8mm，U肋標準間距620mm。橫梁間距為桁架節(jié)點間距，約為12m。在橫梁之間設4道橫肋，橫肋間隔約為2.4m。鋼桁架橋結構形式如圖1所示。

圖1 桁架橋結構形式（單位：m）

2.2 鋼桁架主要材料參數(shù)

鋼桁架橋橋梁主體結構采用Q390D，部分附屬結構采用Q235C，所有鋼材性能均符合現(xiàn)行國家標準《低合金高強度結構鋼》（GB/T 1591—2008）的要求：彈性模量E＝2.06×105MPa，剪切模量G=0.88×105MPa。

2.3 鋼桁架計算荷載

（1）自重：結構自重由程序自動計入，主桁架焊縫、拼接板、節(jié)點板、橋面系，桁架間橫向連接系的焊縫重按自重的15%計入橋面系。

（2）二期恒載，根據(jù)實際情況計入：①橋面鋪裝（7cm澆筑式瀝青鋪裝）：1.61kN/m2；②橋面防撞墻（單側面荷載，共兩側）：6kN；③人行道結構（單側面荷載，共兩側）：3kN。④中央分隔帶綠化荷載：18kN/m。

（3）活載：①城市A級，六車道；②人群荷載按《城市橋梁設計規(guī)范》（CJJ 11—2011）取值。

（4）溫度：最高溫度為40.0℃，最低溫度為-25℃，結構設計溫度為-25～40℃。

（5）風力：考慮橫向靜風荷載作用。

2.4 鋼桁架靜力分析工況及計算內容

（1）鋼桁架靜力分析主要工況：①恒載；②恒載+活載（車道荷載+人群）；③恒載+活載（車道荷載+人群）+溫升+風荷載；④恒載+活載（車道荷載+人群）+溫降+風荷載；⑤疲勞I荷載；⑥恒載+1/2車道荷載。

（2）鋼桁架主要計算內容：①承載力能力極限狀態(tài)下主桁桿件強度和穩(wěn)定計算；②主桁桿件疲勞計算；③承載力能力極限狀態(tài)下正交異性鋼橋面應力計算；④支座計算等。

2.5 鋼桁架分析模型構建

全橋靜力分析采用線彈性空間分析法，應用Midas Civil 2012軟件建模計算。主桁、橫梁、橫肋、下平聯(lián)等各桿件采用空間梁單元，每個節(jié)點均有6個自由度；橋面板采用板單元模擬，每個節(jié)點均有6個自由度。結構的三維模型及弦桿截面分別見圖2和圖3。

圖2 結構三維模型

圖3 弦桿截面

2.6 橋梁風荷載參數(shù)

本工程橋梁結構具有“跨度較大、橋面較寬”的特點，為結構抗風打下良好的基礎。同時，該橋具有“輕質、弱阻尼”的特點，為了保障橋梁結構的安全性，需對結構抗風能力進行驗算。

根據(jù)《公路橋梁抗風設計規(guī)范》（JTG/T D60—01—2004）的附錄A《全國基本風速值和基本風速分布圖》，遵義地區(qū)地面以上10m高度，100年重現(xiàn)期的最大風速V=24.9m/s。本橋位于遵義市內，因此取設計基本風速V10=24.9m/s。

3 鋼桁架橋梁結構計算結果

3.1 鋼桁架結構位移分析

3.3.1 恒載作用下橋梁位移

在進行恒載作用下的位移計算時，考慮荷載工況為鋼結構自重和二期恒載。此時恒載作用效應分項系數(shù)均取1.0。恒載作用下全橋豎向位移見圖4。

圖4 恒載作用下全橋豎向位移（最大44.5mm）

3.3.2 風荷載作用下的結構橫向位移

在進行風荷載作用下的位移計算時，考慮荷載工況：設計基準風速為24.9 m/s的橫向靜風荷載。此時風荷載作用效應分項系數(shù)取1.0，經(jīng)計算，風荷載作用下橫向位移最大值為2.2mm。

3.3.3 活載作用下豎向撓度限值計算

參考《公路鋼結構橋梁設計規(guī)范》（JTG D64—2015）中第4.2.3條規(guī)定，連續(xù)桁架梁在汽車車道荷載頻遇值（頻遇系數(shù)1.0）作用下的豎向撓度限值為L/500，其中L為計算跨徑。本橋最大跨的計算跨徑為92.564m，本橋最大跨豎向撓度限值為92.564/500m=0.185m=185mm。經(jīng)計算，汽車車道荷載頻遇值作用下鋼桁架橋的最大撓度為21.5mm，小于限值，滿足規(guī)范要求。

3.3.4 恒載+1/2車道荷載作用下結構變形計算

參考《公路鋼結構橋梁設計規(guī)范》（JTG D64—2015）中第4.2.4條規(guī)定，鋼橋的預拱度設置宜按照結構自重標準值加1/2車道荷載頻遇值（頻遇系數(shù)1.0）所產生的撓度進行設置。經(jīng)計算，恒載+1/2車道荷載作用下全橋豎向位移最大值為74mm，需設置預拱度，跨中設置74mm向上預拱度。預拱度設置見圖5。

圖5 預拱度設置圖

3.4 桁架桿件強度和穩(wěn)定性計算

對于主桁桿件，均按照拉/壓彎構件進行強度檢算，并記入局部穩(wěn)定性影響。同時，對壓彎構件進行整體穩(wěn)定性計算，具體可參考《公路鋼結構橋梁設計規(guī)范》（JTGD64—2015）的相關規(guī)定。

3.4.1 桿件強度計算

桿件強度計算包含上弦桿強度計算、下弦桿強度計算、腹桿強度計算、端橫梁強度計算、端部受壓柱強度計算。經(jīng)計算，各桿件強度均滿足規(guī)范要求。

3.4.2 桿件穩(wěn)定性計算

對上弦桿、下弦桿、腹桿及端部受壓柱的穩(wěn)定性進行計算，發(fā)現(xiàn)各桿件穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

3.5 正交異性鋼橋面應力計算

參考《公路鋼結構橋梁設計規(guī)范》（JTG D64—2015），對正交異性鋼橋面關鍵細節(jié)處承載能力極限狀態(tài)下的應力進行計算。經(jīng)計算，正交異性鋼橋面應力（見表1、表2）均滿足規(guī)范要求。

表1 正交異性鋼橋面上橋面應力匯總表

表2 正交異性鋼橋面下橋面應力匯總表

3.6 桁架構件疲勞計算

本橋施工規(guī)模較大，對于主體構件，恒載引起的應力明顯大于汽車荷載引起的應力，而且連接處采用栓接而非焊接，抗疲勞性能較好，故疲勞設計僅針對橋面系。橋面系的抗疲勞設計則根據(jù)同樣規(guī)格參數(shù)橋面板的實際情況，因此桁架構件滿足抗疲勞要求。

3.7 支座反力

本橋采用球形支座，支座在所有組合下均滿足要求，其布置如圖6所示。

圖6 支座布置圖

4 結語

綜上所述，本工程通過構建橋梁有限元模型，對鋼桁架橋梁的空間結構、平面結構進行了計算分析，發(fā)現(xiàn)主桿件的強度和穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。不過，后期仍需加強檢測與管理工作，延長橋梁的安全使用壽命。