南通跨新江海河橋的計算分析

葛萬光++馬瑩

摘 要：采用通用有限元軟件midas civil對跨新江海河橋為31.3+45+90+52m變截面圓管桁架連續(xù)梁拱組合體系橋相關設計數(shù)據(jù)進行驗算，并提出相應結論和建議。

關鍵詞：桁架；梁拱組合；連續(xù)梁

中圖分類號：U448.21+1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0074-02

跨新江海河橋為31.3+45+90+52m變截面圓管桁架連續(xù)梁拱組合體系橋，以梁受力為主，拱受力為輔，縱向不對稱結構。主梁為變截面倒梯形鋼管桁架，在中跨上弦桿上設拱形弦桿，之間通過斜腹桿連接。主梁和主墩、輔助墩之間采用固結連接，與過渡墩之間采用支座連接。

主梁高度和寬度沿順橋向變化。主墩墩頂主梁上弦桿間距為6.4m，下弦桿間距為3.3m，上下弦桿中心線高差4.0m；主跨跨中主梁上弦桿間距為5.0m，下弦桿間距為3.3m，上下弦桿中心線高差為2.2m。邊跨梁端主梁上弦桿間距為4.5m，下弦桿間距為2.5m，上下弦桿中心線高差為2.0m；不同斷面之間漸變。

主梁下弦桿采用Φ630×16mm鋼管，在主墩墩頂區(qū)域加強為Φ630×20mm和Φ630×24mm，下弦桿之間平聯(lián)采用Φ270×10mm鋼管，主墩頂下平聯(lián)采用Φ351×10mm鋼管；上弦桿采用Φ500×14mm鋼管，在拱形弦桿拱腳區(qū)域加強為Φ500×18mm，上弦桿之間上平聯(lián)采用熱軋H型鋼HW250×250a，墩頂上平聯(lián)桿件采用箱型截面，主梁斜腹桿采用Φ273×10mm鋼管，墩頂及拱腳區(qū)域加強為Φ273×12mm。

拱形弦桿中心線在跨中豎向高度3.0m，在主墩墩頂兩側7.5m處與主梁上弦桿相交，規(guī)格采用Φ500×14mm鋼管，在兩側拱腳12.5m范圍內加強為Φ500×18mm鋼管。拱形弦桿與主梁上弦桿之間通過斜腹板連接，采用Φ273×10mm。

1 作用取值

1.1 分項荷載

1.1.1 永久作用

（1）各類材料重力密度取值根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）（以下簡稱《規(guī)范 JTG D60》）的相關規(guī)定。主要材料——鋼、鋼筋混凝土、瀝青混凝土的重力密度取值分別為78.5、26.0、24.0kN/m3，主桁桿件及節(jié)點、橋面系、平面連接系、橫向連接等均按照桿件實際重量計入；二期恒載為橋面鋪裝、防撞護欄、橋面板等匯總后的重量。

單側防撞護欄：0.65kN/m；

橋面鋪裝龍骨和塑木鋪板：5kN/m；

節(jié)點板、加筋板、焊縫等重量：1kN/m。

（2）基礎變位作用

主墩按沉降2cm考慮，其他橋墩：按沉降1cm考慮。

1.1.2 可變作用

（1）人群荷載

人群荷載按《城市人行天橋與人行地道技術規(guī)范》（CJJ 69-95）3.1.3.2條計算：

加載長度L取90m，半橋寬度B取2.25m，經(jīng)計算單位面積的人群荷載為2.88KPa，設計取3KPa。

（2）溫度作用

體系溫度：橋位區(qū)的年平均氣溫為14℃，結構設計合龍溫度按14℃考慮。

鋼結構：升溫=39-14 =25.0℃；降溫=-15-14=-29℃

（3）風荷載

橋址處常年主導風向為NE方向，距地面10m高度處100年一遇10分鐘平均最大風速為28.6m/s。依據(jù)《公路橋梁抗風設計規(guī)范》，地表類別按照B類，那么靜陣風系數(shù)Gv為1.29，故靜陣風風速Vg為36.89m/s。

在橫橋向風作用下，主梁單位長度上的橫向靜陣風荷載為

（4）靜陣風風速情況下鋼桁梁對于上下弦桿及拱肋（實面積比0.23；風載阻力系數(shù)為1.2；桁架遮擋系數(shù)0.85），風壓為

P=0.5×1.25×36.892×（0.85*1.2×0.63）=0.5KN/m

腹桿取0.25kN/m；豎桿取0.25kN/m，順橋向風荷載取橫橋向風荷載的0.5倍。

1.2 作用效應組合

結構面內分析中需要考慮的作用包括永久作用（結構重力、基礎沉降）、人群荷載、溫度作用、風荷載。面外分析時考慮的作用包括風荷載。各項作用效應分項系數(shù)按《通規(guī)》執(zhí)行。

2 計算分析

2.1 結構模型

全橋結構靜力分析采用空間桿系有限元法，計算軟件采用空間有限元軟件MIDAS Civil進行復核驗算。主橋結構模型如圖1所示。

圖1 跨新江海河橋主橋結構模型

2.2 桁架計算

2.2.1 主桁架驗算

（1）上弦桿驗算（如圖2）

（2）下弦桿驗算（如圖3）

（3）拱肋驗算（如圖4）

（4）腹桿驗算（如圖5）

（5）橫向支撐桿件驗算（如圖6）

2.2.2 動力特性驗算（如圖7-圖9）

動力分析結果表明，部分頻率在敏感頻率范圍內，需進行人行舒適度分析。其過程為根據(jù)隨機振動理論確定同步調（同頻率、同相位）人群荷載，計算該荷載下結構的豎向及橫向振動峰值加速度，與容許加速度進行比較。容許加速度值采用BSI規(guī)定，最大加速度為700mm/s2。根據(jù)計算，方案一橋梁的豎向峰值加速度已經(jīng)超過了容許加速度值，應安裝阻尼減振裝置，使得結構最大加速度響應滿足人行舒適度要求。

3 主要結論及建議

（1）結構主要構件應力均滿足規(guī)范要求。

（2）下弦桿與主墩柱固結處，桿端彎矩較大，可通過增加套管及加勁肋等措施，降低結構應力。

（3）跨新江海河橋（第五聯(lián)）豎向自振頻率最小值1.75Hz，不滿足《城市人行天橋與人行地道技術規(guī)范》要求，應安裝阻尼減振裝置，使得結構最大加速度響應滿足人行舒適度要求。

參考文獻：

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