余杭塘河橋主橋設計

嚴 君 叢欣建 林初杰

1 工程概述及結(jié)構構造

余杭塘河橋橋位所在河道為規(guī)劃六級航道，通航凈空B×H=22 m×4.5 m，河道規(guī)劃寬度為40 m，橋位位于河道交叉口附近，路線中心線與規(guī)劃河道中心線斜交角度為129°(右偏)，為滿足通航要求并考慮周圍景觀效果，主橋采用92 m下承式系桿拱橋，引橋采用30 m預應力混凝土簡支箱梁，全橋配跨為(30+92+30)m，橋面寬度為42.5 m。主橋主拱矢高為18 m、邊拱豎向矢高為23 m，兩側(cè)邊拱以主拱為對稱中心，計算跨徑均為89.932 3 m，拱軸線均為二次拋物線。

2 主橋上部結(jié)構靜力分析

2.1 計算軟件和計算模型

主橋采用《MIDAS/CIVIL2006》軟件進行計算分析，主梁采用梁格法進行模擬，拱肋、主梁及橫撐、斜撐均采用梁單元模擬，吊桿采用桁架單元模擬。全橋共劃分為560個梁單元，33個桁架單元，371個節(jié)點，全橋模型見圖 1。

2.2 作用和作用組合

永久作用:考慮結(jié)果自重、橋面鋪裝及橋面系等重量。

可變作用:1)活載:汽車荷載:城—A級，雙向六車道;人群荷載按CJJ 77-98城市橋梁設計荷載標準計算取值為2.5 kN/m2;汽車橫向折減系數(shù)和沖擊系數(shù)程序自動按JTG D60-2004公路橋涵設計通用規(guī)范取值;2)溫度荷載:體系溫度按整體升溫25℃，降溫25℃。

作用效應組合:施工階段作用效應組合，施工完二期荷載成橋狀態(tài)。正常使用極限狀態(tài)荷載作用效應按規(guī)范考慮以下組合:作用短期效應組合;作用長期效應組合;永久作用標準值與可變作用標準值組合。

2.3 鋼結(jié)構計算控制標準

鋼結(jié)構計算根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構及木結(jié)構設計規(guī)范》中的容許應力法控制結(jié)構設計。

2.4 計算結(jié)果

2.4.1 施工階段分析

1)鋼管拱肋。成橋階段主拱鋼管及邊拱鋼管應力見圖2，圖3(拉應力為正，壓應力為負，單位 MPa，以下同)，主拱鋼管最大壓應力為105.0 MPa，未出現(xiàn)拉應力，邊拱鋼管最大壓應力為160.5 MPa，最大拉應力為12.1 MPa，均小于 210 MPa(規(guī)范規(guī)定的鋼材容許應力)，滿足規(guī)范要求。

2)主梁。采用梁格法將鋼箱梁劃分為三個縱梁，并對縱梁的抗彎剛度和抗扭剛度進行修正，經(jīng)計算分析中梁受力最為不利，成橋階段中梁應力見圖4，最大壓應力為44.6 MPa，最大拉應力為127.8 MPa，均小于210 MPa，滿足規(guī)范要求。

3)橫梁、橫撐、斜撐。橫梁、橫撐、斜撐在成橋階段最大壓應力、最大拉應力均小于210 MPa，滿足規(guī)范要求。

2.4.2 正常使用極限狀態(tài)計算結(jié)果

1)鋼管拱肋。鋼管拱肋在標準值組合下的應力見圖5，圖6，主拱鋼管拱最大壓應力為122.5 MPa，未出現(xiàn)拉應力，邊拱鋼管最大壓應力為 190.8 MPa，最大拉應力為16.1 MPa，均小于210 MPa，滿足規(guī)范要求。

2)主梁。采用梁格法將鋼箱梁劃分為三個縱梁，并對縱梁的抗彎剛度和抗扭剛度進行修正，經(jīng)計算分析中梁受力最為不利，成橋階段中梁應力見圖7，最大壓應力為55.8 MPa，最大拉應力為150.7 MPa，均小于210 MPa，滿足規(guī)范要求。

3)橫梁、橫撐、斜撐。橫梁、橫撐、斜撐在成橋階段最大壓應力、最大拉應力均小于210 MPa，滿足規(guī)范要求。

4)吊桿。吊桿采用OVM.GJ鋼絞線整束擠壓叉耳吊桿，正常使用階段主拱吊桿最大索力為 1 897 kN，安全系數(shù)為3.08，邊拱吊桿最大索力為1 128 kN，安全系數(shù)為3.13。

5)撓度。由活載引起的豎向撓度為(4.1+0.8)/1.09+2.2+0.6=7.3 cm＜L/800=11.3 cm，滿足規(guī)范要求。

3 主橋上部結(jié)構屈曲分析

對成橋階段穩(wěn)定性進行分析，前三階均為平面外失穩(wěn)，安全穩(wěn)定系數(shù)分別為:K1=10.5，K2=11.7，K3=13.5，均大于 4。

4 結(jié)語

本橋型為蝶形拱橋，三片拱肋形成空間受力體系，拱腳處為結(jié)構受力比較不利位置。同時由于副拱拉索受凈空影響，此處副拱拉索無法設置，箱梁橫向受力也較大。

通過本次橋梁設計計算，此橋型采用全鋼結(jié)構相對自重較小，結(jié)構受力均能滿足規(guī)范要求。此橋型造型新穎美觀，是市政橋梁的一種不錯選擇。

[1] 吳 沖.現(xiàn)代鋼橋[M].北京:人民交通出版社，2006:9.

[2] 陳德柱.沙灣大橋設計介紹[J].山西建筑，2009，35(17):279-280.

[3] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].北京:人民交通出版社，2007:1.