鋼箱梁匝道橋縱向計(jì)算分析

李亞軍?劉成?林偉

摘 要 鄭州107高架跨金水東路西側(cè)匝道橋梁采用五跨變截面連續(xù)鋼箱梁橋型方案，跨徑布置為30m+31m+49m+38m+32m。橋梁上部主梁結(jié)構(gòu)采用變截面鋼箱梁，下部橋墩采用花瓶式框架橋墩。該文主要介紹鋼結(jié)構(gòu)箱梁設(shè)計(jì)及縱向計(jì)算。

關(guān)鍵詞 鋼箱梁；加勁肋；荷載組合；縱向計(jì)算

1 概述

107輔道快速化工程規(guī)劃為南北向城市快速通道，是鄭州市南北向客運(yùn)大通道。金水東路匝道西側(cè)橋梁采用五跨（30+31+49+38+32m）連續(xù)鋼箱梁橋。橋面寬度8.5m，主梁采用變截面連續(xù)鋼箱梁，49m跨支點(diǎn)箱梁高度2.4m，跨中及邊跨箱梁高度1.8m，變截面采用拋物線過(guò)渡[1]。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

橋面板采用正交異性板結(jié)構(gòu)，全橋頂板采用變厚度，分別為邊跨等截面段頂、底板厚度為18mm，腹板厚度為16mm；拋物線段頂、底板厚度為18mm，腹板厚度為18mm；支點(diǎn)3.8m等截面段頂?shù)装搴穸葹?8mm，腹板厚度為20mm；中跨跨中頂、底板厚度為20mm，腹板厚度為16mm。

頂板縱向加勁肋采用了U型肋，U肋布置于箱室頂板和懸臂板，其中懸臂端外側(cè)布置2道U形加勁肋，肋高160mm，其余部位布置肋高210mm的U形加勁肋。腹板縱向加勁肋采用厚度16mm鋼板，板寬為150mm，加勁肋間距為500mm；底板加勁肋采用厚度16mm鋼板，板寬180mm，加勁肋間距為320mm。

普通段箱梁間距3.0m設(shè)置一道橫隔，橫隔鋼板厚度14mm，為便于節(jié)段間現(xiàn)場(chǎng)施焊，橫隔板上布置有進(jìn)人孔。中橫梁橫隔厚度為28mm；端橫梁橫隔厚度為28mm。在支座處設(shè)置支撐加勁肋。普通段橫隔之間設(shè)置一道橫梁，橫梁高度為600mm，橫梁板厚14mm，橫梁底板厚度為20mm[2]。

鋼箱梁橫斷面圖

3 構(gòu)造尺寸核算

3.1 板肋單元

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64-2015）

5.1.5條要求驗(yàn)算如下：

板厚（mm） 板寬（mm） 設(shè)置部位 寬厚比 是否滿足

16 180 底板、腹板 11.3 是

18 200 翼緣外側(cè) 11.1 是

10 100 隔板加勁肋 10 是

3.2 U形肋構(gòu)造核算

本橋梁采用兩種類型的U形加勁肋，類型二布置于懸臂外側(cè)，其余部分均采用類型一。U肋尺寸如下圖：

類型一 類型二

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64-2015）5.1.5條第4項(xiàng)要求，閉口加勁肋的尺寸比例驗(yàn)算結(jié)果如下：

項(xiàng)目 bs hs bs/ts hs/ts 是否滿足

類型一 120 217.1 15.0 27.1 是

類型二 110 164.9 13.8 20.6 是

4 作用及作用組合

計(jì)算采用設(shè)計(jì)參數(shù)按照《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ 11-2011及《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）的有關(guān)規(guī)定取值。

4.1 永久作用

一期恒載：結(jié)構(gòu)自重；焊縫質(zhì)量按照總重2.4%取值，均布加載全段。

支座處壓重，1.8m處117KN/m；2.4m處160.8KN/m；

基礎(chǔ)變位：基礎(chǔ)不均勻沉降按L/3000計(jì)，L為最大標(biāo)準(zhǔn)跨徑。考慮不同沉降自由組合。

4.2 汽車荷載

設(shè)計(jì)荷載為城—A級(jí)，單向2車道，縱向折減系數(shù)按JTG D60-2015表4.3.1-5取。

4.3 溫度荷載

系統(tǒng)溫度：整體升溫45度，整體降溫35度。

梯度溫度：梯度升溫按照BS5400取值，梯度降溫按照-0.5倍梯度升溫選取。

4.4 風(fēng)荷載

按照《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》4.3.1 條計(jì)算。

4.5 荷載組合

強(qiáng)度驗(yàn)算：1.1恒載+1.4汽車荷載（計(jì)沖擊力）+1.1風(fēng)荷載+0.75×1.4系統(tǒng)溫度+0.75×1.4梯度溫度+1.0支座沉降；

撓度驗(yàn)算：根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》4.2.3條：計(jì)算豎向撓度，應(yīng)按照結(jié)構(gòu)力學(xué)方法并應(yīng)采用不計(jì)沖擊力的汽車車道荷載頻遇值，頻域系數(shù)為1.0，連續(xù)板梁限值為L(zhǎng)/500（L為計(jì)算跨徑）[3]。

5 結(jié)構(gòu)縱向計(jì)算結(jié)果

5.1 模型建立

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)布置，采用MIDAS有限元程序，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，采用桿系單元建立模型，共計(jì)離散單元數(shù)為99個(gè)。

離散模型圖

5.2 承載力核算

抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，頂鋼板最大拉應(yīng)力位于中跨墩支點(diǎn)處，為58.9MPa；最大壓應(yīng)力位于中跨跨中位置，為63.3MPa。

底鋼板最大拉應(yīng)力位于中跨跨中，為127.4MPa；最大壓應(yīng)力位于中跨橋墩處，為124.8MPa。

綜上所述，橋梁抗彎強(qiáng)度小于設(shè)計(jì)值270MPa，滿足規(guī)范要求。

抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，橋梁剪應(yīng)力最大位于墩支點(diǎn)處，為70.8MPa。小于規(guī)范允許值155MPa，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，各跨最大撓度/跨徑均滿足規(guī)范要求

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，抗傾覆系數(shù)大于1.5，滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

該文對(duì)107匝道橋的整體計(jì)算過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說(shuō)明，并給出了相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，對(duì)于同類鋼結(jié)構(gòu)匝道橋梁的計(jì)算具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001：132-133.

[2] 吳沖.現(xiàn)代鋼橋（上冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2006：79-81.

[3] 徐君蘭，孫淑紅.鋼橋[M].北京：人民教育出版社，2011：37.