摘要 滬渝高速懷寧西互通立交為—70 m 簡支下承式鋼桁梁橋，主桁橫向兩榀桁架，節(jié)間長度7.5 m，主桁高度8.5 m，高跨比為1/8.24。單幅主桁主心距采用20.3 m，寬跨比為1/3.45，橋面寬度21.1 m。文章對其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了初步研究，并基于Midas Civil 建立有限元模型，對其主桁桿件強(qiáng)度、剛度及支座反力進(jìn)行了有限元分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求，可供今后相關(guān)工程師們借鑒和參考

關(guān)鍵詞 下承式鋼桁梁橋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度；剛度；支座反力

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）15-0045-03

0 引言

隨著我國橋梁建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，帶來的環(huán)境問題也日益突出，橋梁與生態(tài)、社會和諧共存是當(dāng)今橋梁建設(shè)的重點(diǎn)。對于橋梁工程、環(huán)保方面，研究顯示：在全壽命周期內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)平均每年的碳排放量為75.62 kg/m2，混凝土結(jié)構(gòu)平均每年的碳排放量為82.2 kg/m2；能耗方面，鋼結(jié)構(gòu)的能耗是1 960 000 kJ/m2，而混凝土結(jié)構(gòu)的能耗是2 140 000 kJ/m2[1-2]?！?低碳” 橋梁概念在全世界范圍內(nèi)逐漸受到專家學(xué)者和政府相關(guān)部門的重視，而鋼桁梁橋是低碳交通與低碳公路的重要組成部分，在橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，并將在低碳橋梁中發(fā)揮不可忽視的重要角色[3-7]。該文以滬渝高速懷寧西下承式鋼桁梁橋?yàn)槔?，對其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行初步研究，并基于Midas Civil 建立有限元模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析，通過對不同工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性分析，以期實(shí)現(xiàn)對鋼桁架橋的設(shè)計(jì)，可供今后相關(guān)工程師們借鑒和參考。

1 工程概況

該項(xiàng)目位于懷寧縣城西側(cè)合九鐵路安慶支線西側(cè)約1.35 km 處，項(xiàng)目起點(diǎn)樁號AK1+415.80，中心樁號AK1+454.3，終點(diǎn)樁號AK1+492.80，橋梁全寬21.1 m。上部結(jié)構(gòu)采用1-70 m 下承式鋼桁架，主桁橫向兩榀桁架，單榀主桁主心距20.3 m，寬跨比為1/3.45。其中上、下弦桿軸線高8.5 m，高跨比1/8.24，腹桿節(jié)點(diǎn)高7.5 m。下部結(jié)構(gòu)采用座板臺與柱式臺結(jié)合的異型橋臺。橋臺采用樁基礎(chǔ)。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）道路等級：高速公路互通立交，雙向四車道。

（2）設(shè)計(jì)速度：40 km/h。

（3）汽車荷載：公路—Ⅰ級，按單向3 車道計(jì)算。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主橋下弦桿

主橋下弦桿采用箱型斷面，箱梁高1.4 m，寬0.8 m，標(biāo)準(zhǔn)截面頂板、底板厚32 mm，腹板厚36 mm，節(jié)點(diǎn)板處斷面頂板、底板厚32 mm，腹板厚40 mm。下弦桿采用板肋加勁，加勁肋尺寸為160 mm×16 mm，如圖1 所示。加工時(shí)底板后封處理，按照設(shè)計(jì)給出梁段劃分并運(yùn)輸至現(xiàn)場，后經(jīng)拼接成整體后，連接斜腹桿和上平聯(lián)，下弦桿加工時(shí)，預(yù)留與橫梁銜接的位置，錯(cuò)開橫梁底板和腹板的焊縫。

3.2 主橋上弦桿

上弦桿采用箱型斷面，高1.0 m，寬0.8 m，標(biāo)準(zhǔn)段頂板、底板厚24 mm，腹板厚32 mm，上弦桿節(jié)點(diǎn)處斷面頂板、底板厚24 mm，腹板厚36 mm，上弦桿采用板肋加勁，加勁肋尺寸為160 mm×16 mm，如圖2 所示。加工時(shí)頂板后封處理，按照設(shè)計(jì)給出梁段劃分并運(yùn)輸至現(xiàn)場，經(jīng)拼接成整體后，連接斜腹桿和上平聯(lián)。

3.3 腹桿

腹桿斷面分工字型和箱型兩種。普通工字型腹桿寬800 mm，高700 mm，翼板厚36 mm，腹板厚30 mm。A1-E1、A2-E2 桿件為工字型截面， 寬800 mm， 高800 mm，翼板厚36 mm，腹板厚32 mm。邊腹桿為箱形截面，腹桿寬800 mm，高1 000 mm，橫橋向板件厚36 mm，縱橋向板件厚30 mm，如圖3 所示。

3.4 下平聯(lián)橫梁

橫梁間距為2.5 m，分為節(jié)點(diǎn)橫梁和普通橫梁兩種類型，均采用倒T 型斷面。橫梁高1.4～1.55 m，節(jié)點(diǎn)橫梁腹板厚20 mm，底板尺寸為650 mm×24 mm，普通橫梁腹板厚16 mm，底板尺寸為650 mm×24 mm。橫梁間隔1.2 m 設(shè)置豎向加勁肋，距離頂板0.6 m 處設(shè)置上緣加勁肋。橫梁腹板和底板與下弦桿連接焊縫錯(cuò)開0.25 m。

3.5 下平聯(lián)縱梁

主橋橫向設(shè)置3 道縱梁?？v梁間隔4.8 m?？v梁腹板高600 mm，厚12 mm。底板尺寸為440 mm×16 mm。縱梁與橫梁熔透焊處理。

3.6 上平聯(lián)

桁架上平聯(lián)采用鋼管截面， 節(jié)點(diǎn)橫向連接采用Φ600×14 mm，K 型橫撐鋼管采用Φ500×10 mm，如圖5所示。

3.7 橋面系

橋面系采用正交異形板，頂板U 肋加勁（厚8 mm），U 肋間距600 mm。橋面系設(shè)置2% 橫坡，頂板厚16 mm。橋面板采用預(yù)制裝配技術(shù)，分為A、B、C 三種類型，其中A 型橋面系縱橋向長4 m，B 類橋面系縱橋向長端橫梁設(shè)置在梁兩側(cè)，腹板厚20 mm，底板尺寸為365 mm×24 mm，如圖4 所示。

3.5 m，A、B 兩種類型橋面系交錯(cuò)布置，C 類橋面系位

于橋梁端部，沿縱橋向長為3 m。每段橋面板銜接處設(shè)置U 肋嵌補(bǔ)段。

4 結(jié)構(gòu)分析

全橋采用Midas Civil 軟件進(jìn)行空間計(jì)算。桿件均采用空間梁單元進(jìn)行模擬，全橋結(jié)構(gòu)有限元模型如圖6所示。結(jié)構(gòu)荷載包括恒載、活載、溫度荷載以及風(fēng)荷載，其中恒載包括結(jié)構(gòu)主體自重、橋面系、橋面鋪裝、護(hù)欄荷載等。

4.1 主桁桿件強(qiáng)度計(jì)算

計(jì)算中對各種荷載進(jìn)行不同的荷載組合，按規(guī)范《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64—2015）的規(guī)定對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，結(jié)果如表1 所示。

由表1 可知，結(jié)構(gòu)在恒載作用，或在恒載和活載作用下，各桿件的強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

4.2 主桁剛度計(jì)算及設(shè)計(jì)

依據(jù)計(jì)算結(jié)果，主桁在活載作用下的最大撓度為11.188 mm，撓跨比為1/6 000，滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64—2015）對于簡支梁的要求：撓度不大于1/800 的要求，即桁架剛度滿足要求。同時(shí)，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)設(shè)置預(yù)拱度，預(yù)拱度宜采用結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值加1/2 車道荷載頻遇值產(chǎn)生的撓度值。根據(jù)計(jì)算，主桁在結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值加1/2 車道荷載頻遇值產(chǎn)生的撓度值為60 mm，故取60 mm 作為預(yù)拱度設(shè)計(jì)值。

4.3 支座反力

根據(jù)計(jì)算，在活載作用下，主桁支座反力最大值、最小值分別為1 297.3 kN、1 264.2 kN；在基本組合下，主桁支座反力最大值、最小值分別為8 935.3 kN、8 889 kN。在各種荷載組合下，各支座均未出現(xiàn)負(fù)反力，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異，且具有顯著的環(huán)保和低碳優(yōu)勢，是低碳公路與低碳橋梁的重要組成部分。該文以滬渝高速懷寧西下承式鋼桁梁橋?yàn)槔?，基于MidasCivil 軟件建立有限元模型，通過對不同工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性分析研究，以期為今后相關(guān)工程師們提供借鑒和參考，從而拓展鋼桁梁橋在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙君黎， 李文杰， 馮苠. 我國公路鋼橋的進(jìn)與退[J]. 中國公路， 2016（11）： 25-27.

[2] 譚榮平. 公路橋梁建設(shè)階段碳排放分析[D]. 長沙：長沙理工大學(xué)， 2017.

[3] 劉效堯， 徐岳. 梁橋[M]. 北京：人民交通出版社，2011.

[4] 張興， 徐暉， 白興蓉， 等. 跨采空區(qū)上承式120 m 簡支鋼桁梁的設(shè)計(jì)研究[J]. 公路， 2022（4）： 133-140.

[5] 曹明旭. 一座公路下承式鋼桁梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 世界橋梁， 2008（1）： 11-13.

[6] 姜麗梅. 下承式鋼桁梁橋整體節(jié)點(diǎn)的疲勞性能研究[D].大連：大連交通大學(xué)， 2013.

[7] 王麒. 中等跨徑鋼桁梁橋快速建造技術(shù)研究[D]. 西安：長安大學(xué)， 2018.