非通航孔橋鋼連續(xù)梁設(shè)計及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

馬鋒　王鳳琳　王曉琴

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)主梁因其承載力高，自重小等特點，在我國的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，因此對鋼結(jié)構(gòu)主梁的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效果分析具有很大意義。從應(yīng)用最廣泛的全封閉鋼箱和大懸臂鋼箱主梁出發(fā)，通過對比國內(nèi)國外現(xiàn)有橋梁數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，得出的結(jié)論可以作為施工及橋梁設(shè)計的參考。

關(guān)鍵詞：橋梁 技術(shù)指標(biāo) 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

鋼結(jié)構(gòu)主梁在施工速度和造價方面的優(yōu)勢已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)共識，但在此基礎(chǔ)上如何提高其技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效果還值得探討，國內(nèi)國外較多采用的兩種主梁形式分別為鋼箱梁全封閉鋼箱和大懸臂鋼箱。

一般情況下，非通航孔橋鋼結(jié)構(gòu)主梁需綜合考慮下部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)、梁端伸縮位移量、伸縮縫及支座選型等影響，以國內(nèi)某非通航孔橋為例。聯(lián)長控制在700m左右，確定標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)采用6x110m=660m，邊跨支座離墩中心線0.9m，兩聯(lián)之間留0.8m間隙。其斷面設(shè)計可采用圖1，圖2兩種結(jié)構(gòu)形式。

主梁鋼箱梁全封閉鋼箱和大懸臂鋼箱比較

全封閉鋼箱梁外形簡潔、流暢，外露面積小，后期養(yǎng)護(hù)涂裝外表面積??；由于封閉鋼箱橫向不設(shè)懸臂，橋面板全由腹板及橫隔板支承，橋面剛度相對較大；由于底板寬度相對大、腹板數(shù)量多，底板的板厚相對??；但是封閉鋼箱用鋼量相對較大，初期建設(shè)投資較多。

大懸臂鋼箱底板寬度相對窄，底板及其加勁肋的面積較小，用鋼量相對較省；外露面積相對較大，后期養(yǎng)護(hù)涂裝外表面積較大；大懸臂上的橋面剛度相對封閉鋼箱要差；底板寬度相對小，板厚相對較大。

主梁斷面優(yōu)化

優(yōu)化頂板加勁肋布置，靠近腹板的加勁肋均采用U形肋；優(yōu)化邊腹板與頂板的夾角，改善邊腹板與頂板的施焊條件；優(yōu)化邊腹板與頂板的焊縫形式；優(yōu)化底板加勁肋形式，將底板的加勁肋由板肋改為U形肋，使加勁肋在達(dá)到相同剛度條件下節(jié)省用鋼量；對頂板U形肋的高度進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的U形肋高280mm。優(yōu)化后橋面系的剛度滿足要求。

主梁橫隔板及橫肋優(yōu)化

優(yōu)化中間橫隔板（橫肋）形式，在保證中間橫隔板（橫肋）間距不變的前提下，將間隔10m的實腹式橫隔板改為桁架式空腹橫隔板，其余中間橫隔板均采用相同形式，優(yōu)化后的中間橫隔板既增加了剛度，又使箱室內(nèi)空間更通透，改善了箱室內(nèi)的維修養(yǎng)護(hù)條件。

主梁分段及工地接縫點位置優(yōu)化

主梁節(jié)段劃分應(yīng)在板材的規(guī)格、設(shè)備的起吊能力及運(yùn)輸能力等條件許可的前提下，盡量劃分長節(jié)段，以減少節(jié)段數(shù)，減少接頭工作量。經(jīng)優(yōu)化，一聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)6x110m主梁共劃分為47節(jié)段，比施工圖設(shè)計招標(biāo)圖所劃分的節(jié)段少59節(jié)段，節(jié)段焊縫減少了55.7%。主梁節(jié)段長6.8～15.5m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長15m。

梁段間接頭的優(yōu)化。將箱梁節(jié)段工廠接縫的加勁肋接頭由拼接優(yōu)化成工廠焊接，使箱梁整體性更強(qiáng)，加勁肋剛度連續(xù)性更好，后期養(yǎng)護(hù)工作量更少。

主梁大節(jié)段間工地接縫位置選擇在反彎點附近，并根據(jù)主梁底板及腹板的配置情況進(jìn)行綜合優(yōu)化，將接縫選在距離中間支點14.4m處。該處底板最薄，腹板較薄，現(xiàn)場焊接工作量相對較小，可有效地縮短現(xiàn)場連接時間。

主梁節(jié)段間連接構(gòu)造方案優(yōu)化

由于連續(xù)鋼箱梁范圍比較長，鋼箱梁節(jié)段制造及大節(jié)段組裝控制連續(xù)鋼箱梁的工期，現(xiàn)場大節(jié)段縫的連接不控制工期，從鋼箱梁的密封方便及后期養(yǎng)護(hù)的角度考慮，對箱梁外側(cè)腹板工地高強(qiáng)度螺栓連接構(gòu)造進(jìn)行了優(yōu)化，采用現(xiàn)場焊接，焊縫要求與質(zhì)量控制同底板現(xiàn)場連接焊縫。除頂板加勁肋的現(xiàn)場連接采用高強(qiáng)度螺栓連接外，其余加勁肋均采用現(xiàn)場嵌補(bǔ)段焊接的形式連接。頂板及底板仍采用現(xiàn)場對接焊連接。

推薦方案主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

主梁采用整體等高度鋼箱梁，梁高4.5m，橫截面為帶挑臂的單箱雙室，兩側(cè)分別懸臂5.5m。鋼箱梁頂面設(shè)2.5%雙向?qū)ΨQ橫坡，箱梁頂面全寬33.1m。

主梁頂板板厚主要采用18mm，支點附近局部向外加厚至20mm，頂板用高280mm、板厚8mm的U形肋加勁，U形肋中心間距600mm，U形肋為梯形，上口寬300mm，兩側(cè)的腰采用1：5的斜率，腰與底面交角的壓制半徑40mm。

主梁底板厚度根據(jù)受力進(jìn)行設(shè)計，板厚在14～40mm范圍內(nèi)變化，中支點附近為40mm，跨中為24mm，四分之一跨附近為14mm，底板用高280mm、板厚8mm的U形肋加勁，U形肋中心間距800mm，U形肋為梯形，上口寬400mm，兩側(cè)的腰采用1：5的斜率，腰與底面交角的壓制半徑40mm。

主梁共設(shè)三道縱向腹板，中間縱腹板為直腹板，為改善邊腹板與頂板的夾角，兩邊縱腹板設(shè)計成帶折角的形式，與頂板相連的上段豎直，豎直段高1.5m，下段為斜腹板。腹板厚度根據(jù)主梁受剪力的大小進(jìn)行配置，厚度為14～24mm，支點為24mm，跨中為14mm。

主梁間隔2.5m設(shè)一道橫隔板，支點橫隔板采用實腹隔板，其他橫隔板采用桁架式。中間支點橫隔板厚32mm，邊支點橫隔板厚20mm，支點橫隔板上除設(shè)置支承和起頂加勁肋外，還根據(jù)計算設(shè)置水平和豎向加勁肋，加勁肋均用板式肋。中間橫隔板由倒“T”形的肋式結(jié)構(gòu)組合桁架構(gòu)成，“T”形肋高800～900mm，桁架桿件由2片L125x12mm的角鋼構(gòu)成。支點處橫斷面圖見下圖。

1、110m非通航孔用鋼量分析

110m非通航孔上部結(jié)構(gòu)聯(lián)數(shù)多，為便于分析，以6x110m單聯(lián)的用鋼量進(jìn)行分析，將主梁各組成部分的用量以表格形式列出，并計算各部分占有的百分比。單聯(lián)工程量分析如下表：

2、110m用鋼量與國內(nèi)外類似結(jié)構(gòu)的比較

丹麥法羅大橋北橋全長1596m，由20跨80m長的鋼箱梁組成，為四車道高速公路橋梁，橋?qū)?2.4m，每側(cè)帶有懸臂托架支撐的人行道，每個行車方向護(hù)欄間的凈距為9m。采用80m整跨節(jié)段吊裝，單孔吊重600t，單孔折合橋面用鋼量335kg/m2。

中國南通市九圩港大橋長180m，采用（50+80+50）m變高度連續(xù)鋼箱梁，中跨66.2m大節(jié)段吊裝。單幅橋?qū)?8.3m，布置3車道+3.5m非機(jī)動車道+1.8m的外側(cè)人行道。主梁采用單箱雙室?guī)舯蹟嗝?，頂板?6mm，橫隔板間距2.5m，活載為公路Ⅰ級，折合橋面每平方米用鋼量457kg/m2。

本橋用鋼量512kg/m2由于跨度稍大，采用的等高度鋼箱梁，且頂板厚18mm，因此折合橋面每平方米用鋼量指標(biāo)稍高。

通過以上分析可以看出，經(jīng)過改進(jìn)后的設(shè)計在單位用鋼量和受力性能及后期維護(hù)性上都有一定的改善，對今后同類型鋼結(jié)構(gòu)主梁的設(shè)計有一定的參考意義。

項目資金資助：湖北省教育廳科研（2013230）

（作者單位：武漢科技大學(xué)）endprint