大跨徑連續(xù)鋼箱梁設(shè)計(jì)分析

姜曉勇

（廣州特希達(dá)科技有限公司 廣東廣州 510000）

基于大跨徑連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要做好各細(xì)節(jié)控制，以滿足工程建設(shè)為根本需求，嚴(yán)格按照專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范計(jì)算確定各項(xiàng)參數(shù)，提高結(jié)構(gòu)整體性能。結(jié)合實(shí)際工程對大跨徑連續(xù)鋼箱梁設(shè)計(jì)和施工方法進(jìn)行簡單分析，通過對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)研究，提高設(shè)計(jì)方案的可行性與科學(xué)性，爭取可以為其他相似工程建設(shè)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 大跨徑連續(xù)鋼箱梁特點(diǎn)

大跨徑連續(xù)鋼箱梁在工程建設(shè)中應(yīng)用比較廣泛，且技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但是面對不同施工環(huán)境時(shí)，必須要對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，保證方案具有較高的可行性。就以往施工經(jīng)驗(yàn)來看，大跨徑連續(xù)鋼箱梁施工機(jī)械設(shè)備要求較低，還可降低現(xiàn)場空間的壓力，整個(gè)施工過程作業(yè)簡單，現(xiàn)場管理效率更高。

2 大跨徑連續(xù)鋼箱梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 工程概述

以某大型立交工程作為分析對象，作為城市交通樞紐，設(shè)計(jì)施工時(shí)會否科學(xué)將會在很大程度上對整個(gè)城市交通質(zhì)量產(chǎn)生影響。橋梁總建設(shè)面積為125035m2，需要兩次橫跨河流，其中北橫橋采用拱形獨(dú)塔斜拉橋形式，且斜拉橋主跨145m，不在河道內(nèi)設(shè)置橋墩，而是采用一跨過河的方式處理[1]。另外，西縱橋采用連續(xù)鋼箱梁跨河，主跨100m，并在河道內(nèi)設(shè)置一根墩柱。本文主要針對西縱跨河橋大跨徑連續(xù)鋼箱梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行簡單分析。

2.2 設(shè)計(jì)方案對比

西縱橋分為左右幅橋來跨河，中間為現(xiàn)有橋梁。根據(jù)現(xiàn)場勘察確定，橋址跨河位置河口大約為90m寬，橋梁與河道保持55°交角。如果橋梁一跨跨越河道，需要保證主跨在200m以上，與工期存在較大矛盾，最終確定在中間設(shè)置一墩柱，與原有橋梁墩柱對齊，最后可將主跨縮小到100m。為提高施工效率，主跨可選擇預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋、結(jié)合梁橋與鋼箱梁橋，基于現(xiàn)場環(huán)境為縮短工期，計(jì)劃選擇應(yīng)用支架施工作業(yè)方法。對比三種不同類型的橋梁結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋自重過大，相應(yīng)支架基礎(chǔ)工程量增多，占用更多工期時(shí)間；100m的結(jié)合梁選擇連續(xù)結(jié)構(gòu)，對混凝土材料設(shè)計(jì)與施工要求較大，且在后期通車后受車輛荷載作用，出現(xiàn)橋面混凝土開裂的可能性更大[2]。最后確定應(yīng)用鋼箱梁橋，不僅自重輕，架設(shè)作業(yè)速度快，并且具有良好的連續(xù)跨越能力，可滿足工程實(shí)際建設(shè)要求。

3 大跨徑鋼箱梁設(shè)計(jì)

3.1 整體設(shè)計(jì)

將左幅跨河橋作為分析對象，跨徑布置為68m+95m+100m+60m，總長度為323m。設(shè)計(jì)時(shí)可確定上部結(jié)構(gòu)應(yīng)用變截面鋼箱梁，邊支點(diǎn)與中支點(diǎn)梁高分別設(shè)定為3m和5m，且梁高變化段為28m，變化線形為二次拋物線[3]。鋼箱梁為單箱雙室直腹板度斷面形式，兩側(cè)懸臂分別長3m，橋面整體寬度為12.56m，鋼梁底部寬度為6.65m。

3.2 鋼板厚度

主要是針對大跨徑鋼箱梁主鋼板進(jìn)行設(shè)計(jì)，其分為頂板、底板以及腹板三部分組成，結(jié)合工程建設(shè)要求計(jì)算確定底板厚度，然后結(jié)合構(gòu)造特點(diǎn)確定腹板厚度，最后基于整體來對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整確定。其中，主要針對標(biāo)準(zhǔn)段頂板厚度計(jì)算進(jìn)行分析，結(jié)合橋面鋪裝形式來確定頂板最小厚度，因?yàn)楣こ虨殇摌蛎?，?yīng)用瀝青混凝土澆筑施工，綜合以往相似工程施工經(jīng)驗(yàn)，可確定頂板厚度不足14mm時(shí)剛度較小，受車載影響橋面鋪裝損壞可能性較大。利用多種厚度與U肋厚度組合，建立空間有限元板殼模型，對局部橋面結(jié)構(gòu)受車輛荷載作用下產(chǎn)生的受力狀態(tài)進(jìn)行分析，并對橋面板與加勁肋厚度厚度常用尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高橋面結(jié)構(gòu)性能。最終可確定14mm的頂板厚度應(yīng)力較大、剛度偏小，并且橋面板厚度比U肋厚度對橋面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響更為明顯，橋面設(shè)計(jì)可選擇應(yīng)用厚16mm橋面板與8mmU肋組合方式處理。

圖1 鋼箱梁橫斷面

3.3 橋梁支點(diǎn)

對結(jié)構(gòu)支點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，要求支點(diǎn)設(shè)置位置的橫梁不僅要依照構(gòu)造要求來安裝加勁板，還需要基針對結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行可靠分析。例如常用的Midas Civil2010板單元模型進(jìn)行計(jì)算，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)支座上方橫梁更容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題。為改善此類情況，可以就支點(diǎn)位置設(shè)置4道衡量，利用支座加筋板與4道橫梁進(jìn)行有效連接，確保其可以共同受力，避免局部應(yīng)力過于集中。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可確定，此種設(shè)計(jì)方法可以減少局部位置超過45%的應(yīng)力，提高箱梁結(jié)構(gòu)支點(diǎn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，避免應(yīng)力過大造成結(jié)構(gòu)損壞。

4 大跨徑鋼箱梁施工

基于工程作業(yè)環(huán)境，為保證在規(guī)定工期內(nèi)完成所有施工作業(yè)，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，保證每道工序落實(shí)的規(guī)范性，在降低作業(yè)難度的同時(shí)，提高施工效率與質(zhì)量。一般鋼箱梁可在工廠加工制作，然后運(yùn)輸?shù)綀龊蟀惭b焊接。工程河道內(nèi)設(shè)置有鋼管組成的支架結(jié)構(gòu)，對運(yùn)輸?shù)綀龅匿撓淞涸谥Ъ苌戏侄纹囱b焊接。323m鋼梁共分為33個(gè)節(jié)段，可保證在工期內(nèi)完成所有施工作業(yè)。

5 結(jié)束語

針對大跨徑連續(xù)鋼箱梁應(yīng)用設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，應(yīng)將以往設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)作為依據(jù)，結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制要點(diǎn)，應(yīng)用專業(yè)模型對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，爭取從根本上來提高方案設(shè)計(jì)的綜合效果。

[1]張 維.大跨徑連續(xù)鋼箱梁設(shè)計(jì)探討[J].黑龍江交通科技，2015，38（04）：135+137.

[2]劉學(xué)建.深圳市東部過境高速大跨徑連續(xù)鋼箱梁橋設(shè)計(jì)[J].黑龍江交通科技，2012，35（08）：79.

[3]戴少雄，謝斌.大跨徑連續(xù)鋼箱梁設(shè)計(jì)方法[J].城市道橋與防洪，2012（03）：61～63+12.