3×168 m連續(xù)鋼桁柔性拱結構分析

戴 江 波

(中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津 300300)

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3×168 m連續(xù)鋼桁柔性拱結構分析

戴 江 波

(中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津 300300)

介紹了銀西鐵路銀川機場黃河特大橋的設計荷載，根據該橋梁的構造形式，建立了該橋的梁單元有限元模型，并從撓度、主桁桿件內力、拱肋及吊桿內力等方面，對橋梁的結構進行了分析，以滿足安全性的要求。

橋梁，柔性拱，主桁桿件，應力

0 引言

銀西鐵路銀川機場黃河特大橋主橋為雙線連續(xù)鋼桁柔性拱，跨徑布置為兩聯(lián)3×168 m。主桁采用有豎桿三角形桁式，計算跨度3×168 m，全長506 m，桁高12.8 m，上下弦節(jié)間長度11 m，12 m。拱肋采用二次拋物線線形，矢高(上弦以上)28 m，矢跨比1/4.714。主桁桁寬13.8 m，橋面板寬12.7 m，橋面系采用正交異性板道砟橋面，縱向設置U型加勁肋及板式加勁肋，橫向除端橫梁采用箱型橫梁外，其余均采用倒T型橫梁及橫肋。橫橋向每隔22 m～24 m設置一道橫向聯(lián)接系。主橋立面布置及結構如圖1，圖2所示。

1 設計荷載

1)恒載：結構自重(含橋面板)取225 kN/m，二期恒載取175 kN/m，包括鋼軌、道砟、軌枕、防水層、保護層、擋渣墻等。

2)活載：整體計算采用ZK活載；局部構件檢算采用ZK特種活載。疲勞動力系數1+μ=1+18/(40+L),其中,L為桿件影響線長度。

3)溫度力：主桁左右側溫差按升降溫5 ℃，橋面系以上桿件日照溫差15 ℃，體系溫差按整體升溫40 ℃計算。

4)附加力：制動力按高速鐵路設計規(guī)范第7.2.13條計算；基本風壓值W0=700 Pa。

2 橋梁構造

2.1 主桁

拱肋以及上、下弦桿均采用箱型截面，豎板及頂底板均設置加勁肋，各截面內寬均為1 000 mm，其中拱肋截面高1 300 mm，板厚20 mm～40 mm；上弦桿截面高1 100 mm，板厚20 mm～36 mm；下弦桿截面高1 300 mm，板厚24 mm～40 mm；腹桿截面采用箱型截面及工字型截面，其中箱型桿件的豎板及頂、底板均設置加勁肋，端腹桿寬1 300 mm，內高1 000 mm，翼緣板寬700 mm，板厚20 mm～40 mm；吊桿采用八角形截面，寬800 mm，高1 000 mm，板厚16 mm。

主桁連接采用焊接整體節(jié)點板，最大節(jié)點板厚48 mm，桿件采用φ33的M30高強度螺栓連接。主桁桿件示意圖如圖3所示。

2.2 橋面板

橋面板厚16 mm，直接承受橋面荷載，同時作為縱肋及橫梁、橫肋的上翼緣，與縱肋、橫梁以及橫肋焊連?？v肋橫橋向共設置16道U肋及6道Ⅰ肋，U肋高260 mm，底寬207 mm，U肋板厚8 mm；Ⅰ肋高200 mm，板厚14 mm，U肋以及Ⅰ肋全橋連續(xù)，遇橫梁、橫肋腹板開孔穿過。端橫梁采用箱型截面，腹板高1 300 mm，厚20 mm，底板寬1 200 mm，厚36 mm；節(jié)點橫梁采用倒T型截面，腹板高1 300 mm，厚16 mm，下翼緣寬600 mm，厚32 mm。每個節(jié)間設置三道橫肋，橫肋腹板高1 300 mm，厚14 mm，下翼緣寬460 mm，厚26 mm。

2.3 縱向聯(lián)結系

上平縱聯(lián)斜撐采用工字型截面，腹板高388 mm，厚12 mm，翼緣板寬420 mm，厚16 mm；端橫撐采用工字型截面，截面高420 mm，寬460 mm，頂、底板厚24 mm，腹板厚16 mm。

拱肋平縱聯(lián)斜撐采用工字型截面，腹板高420 mm，厚14 mm，翼緣板寬420 mm，厚20 mm；橫撐采用工字型截面，腹板高420 mm，厚14 mm，翼緣板寬460 mm，厚20 mm。

加勁弦平縱聯(lián)斜撐采用工字型截面，翼緣板寬56 mm，厚40 mm，腹板高560 mm，厚32 mm。

2.4 橋門架及橫聯(lián)

從端斜桿開始，每兩個節(jié)間設一道橋門架或橫聯(lián)，全橋共設6道橋門架，19道橫聯(lián)。橋門架及橫聯(lián)均采用板式結構，其構成是在上平聯(lián)工字型橫撐下疊焊橋門架或橫聯(lián)構件。橋門架上下翼緣寬度均為500 mm，厚28 mm，腹板厚24 mm，中部高度為2 662.5 mm，端部高度8 224.4 mm；橫聯(lián)上下翼緣寬500 mm，厚24 mm，腹板厚20 mm。橫聯(lián)中部及端部的高度分別為2 000 mm，6 000 mm。

加勁弦豎桿及拱腳之間的橫聯(lián)采用桁式結構，橫聯(lián)斜桿翼板寬度440 mm，厚40 mm，腹板高340 mm，厚24 mm；拱腳橫撐翼板寬600 mm，厚度40 mm，腹板高340 mm，厚度24 mm。

3 計算結果分析

3.1 模型的建立

采用MIDAS Civil按照3×168 m連續(xù)鋼桁柔性拱的實際尺寸和材料特性建立該橋的梁單元有限元模型，其中彈性模量為206 000 MPa，容重為7 698 kN/m3，建立的有限元模型見圖4。

3.2 撓度計算結果分析

根據《鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范》[3，4]，主桁在靜活載作用下，梁體的豎向撓度不大于L/900=168 000/900=186.67 mm(平面模型),空間模型計算按L/1 000=168 mm控制，具體以平面模型的計算值作為控制標準，空間的結果進行校核，3×168 m連續(xù)鋼桁柔性拱在恒載以及靜活載作用下的最大豎向撓度如表1所示。

表1 撓度計算結果 mm

如表1所示，在兩種荷載工況下，銀川機場黃河特大橋的最大豎向撓度為139.844 mm，小于容許值，結構剛度滿足規(guī)范要求。

3.3 主桁桿件內力及應力計算結果分析

在主力荷載作用下，主桁桿件最大內力及應力計算結果如表2所示，結構的應力計算結果可以滿足《鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范》的要求。

表2 主桁桿件最大內力及應力計算結果

3.4 拱肋及吊桿內力及應力計算結果分析

如表3所示，在主力荷載作用下，拱肋的最大拉應力為9.1 MPa，最大壓應力為33.7 MPa，計算結果滿足《鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范》的要求。

表3 拱肋最大內力及應力計算結果

針對吊桿的內力及應力計算結果，吊桿的最大拉應力為26.9 MPa，最大壓應力為15.2 MPa，滿足規(guī)范[4]要求(見表4)。

表4 吊桿最大內力及應力計算結果

3.5 上平聯(lián)內力及應力計算結果分析

上平聯(lián)的最大內力及應力如表5所示，上平聯(lián)的最大拉應力為22.4 MPa,最大壓應力為21.5 MPa，滿足《鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范》的要求。

表5 上平聯(lián)的最大內力及應力計算結果

4 結語

通過對銀川機場黃河特大橋的結構分析，得出如下結論：

1)針對該3×168 m連續(xù)鋼桁柔性拱，恒載作用下的邊跨中撓度最大，為139.844 mm，小于容許值186.67 mm，滿足設計要求。

2)銀川機場黃河特大橋主桁桿件的內力以及應力最大，邊跨的內力以及應力計算結果大于中跨數值，說明邊跨內力控制該橋的設計。

[1] 方秦漢,高宗余,李加武.中國鐵路鋼橋的發(fā)展歷程及展望[J].建筑科學與工程學報，2008，25(4):1-5.

[2] 蘇彥江.鋼橋構造與設計[M].成都:西南交通大學出版社，2006.

[3] TB 10002.1,鐵路橋涵設計基本規(guī)范[S].

[4] TB 10002.2,鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范[S].

[5] 郝云杉.客貨共線1-156 m簡支鋼桁結構分析[J].西安科技大學學報，2012(5):377-381.

Analysis on 3×168 m continuous steel truss flexible arch structure

Dai Jiangbo

(China Railway Bridge Engineering Bureau Group Limited Company, Tianjin 300300, China)

This paper introduced the design load of Yellow River super bridge of Yinchuan airport of Yinxi railway, according to the structural form of the bridge, established the beam unit finite element model of the bridge, and from the deflection, main truss internal force, arch rib and hanger forces and other aspects, analyzed the bridge structure, in order to meet the requirements of safety.

bridge, flexible arch, main truss member, stress

1009-6825(2017)08-0170-03

2017-01-05

戴江波(1982- )，男，工程師

U448.213

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