奉浦河人行橋連續(xù)鋼板梁設(shè)計(jì)簡述

季鵬飛

摘 要 本文對奉賢區(qū)浦南運(yùn)河北岸奉浦河人行橋的連續(xù)鋼板梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)、構(gòu)造與施工要點(diǎn)等進(jìn)行了簡要介紹。采用Midas建立鋼板梁梁格計(jì)算模型，計(jì)算結(jié)果表明鋼板梁的應(yīng)力、位移均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求；由于邊跨與中跨之比較小，為消除橋臺支座的負(fù)反力，對端橫梁灌注混凝土壓重，效果良好，可為同類型人行橋的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞 鋼板梁；結(jié)構(gòu)計(jì)算；豎向自振頻率；預(yù)制吊裝；支座反力

1 工程概況

本工程位于上海市奉賢區(qū)浦南運(yùn)河北岸，浦南運(yùn)河兩岸規(guī)劃為休憩型慢行道路，所跨奉浦河為規(guī)劃河道。根據(jù)河道等級及水利規(guī)劃，河口寬度30m，河底寬12m，梁底標(biāo)高≥4.8m；本橋東側(cè)引道須下穿架空管線，且距東側(cè)橋臺約40m處即下穿S4跨浦南運(yùn)河橋橋孔，下穿S4橋孔需預(yù)留2.5m的通行凈空，橋梁縱坡較大。

本設(shè)計(jì)方案結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行布設(shè)；需滿足排洪、農(nóng)灌等要求，橋梁高度為梁底高程控制，橋梁如采用一跨32m簡支結(jié)構(gòu)過河，主梁高度較大致使橋面高程較高，難以滿足路線縱坡要求。為將橋梁縱坡控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，降低橋面設(shè)計(jì)標(biāo)高，盡可能與引道銜接平順，減少橋梁長度和工程量，最終確定采用10m+16m+10m三跨連續(xù)鋼板梁，全寬5.5m，橋梁斜交逆10°。

根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃定位，該橋需兼顧工程所在地的人文風(fēng)俗和地形地貌，應(yīng)有較高的美學(xué)和環(huán)境景觀價值。護(hù)欄采用高低起伏的鋼材鏤空護(hù)欄，營造現(xiàn)代、簡潔、輕盈、新穎的景觀效果，從景觀協(xié)調(diào)美觀因素考慮，橋梁上部采用鋼板梁結(jié)構(gòu)，流線型裝飾造型如浪花翻動、優(yōu)美靚麗，與鏤空的欄桿相呼應(yīng)，橋梁效果圖見圖1。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)荷載：人群荷載：4.3kN/㎡。

抗震設(shè)防類別：丁類，地震動峰值加速度為0.10g，按地震烈度7度設(shè)防，地震調(diào)整系數(shù)E1地震作用為0.35。

設(shè)計(jì)安全等級：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，設(shè)計(jì)使用年限50年。設(shè)計(jì)安全等級一級，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)1.1。

橋梁橫斷面：凈寬5.5m，兩側(cè)設(shè)置景觀欄桿[1]。

3 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本橋采用三跨連續(xù)鋼板梁橋，跨徑布置為10m+16m+10m，全長36m，全寬5.5m，梁高0.65m，縱斷面位于R=300m凸形豎曲線上。由于橋面縱坡較大，縱坡排水即可滿足要求，故未設(shè)置橋面橫坡，橋面鋪裝采用5cm槽鋼鋼龍骨+4cm塑木地板。槽鋼橫向間距0.4m，塑木地板與槽鋼用螺栓連接。

主梁縱向采用三道焊接鋼管梁，包括兩道邊縱梁和一道中縱梁，梁高0.65m，邊、中縱梁橫橋向間距2.5m；墩臺處分別設(shè)置中橫梁和端橫梁，梁高0.65m。跨間每2m設(shè)一道與縱梁等高的大橫梁，大橫梁之間再設(shè)置一道高0.25m的小橫梁。端、中橫梁和大、小橫梁把各道縱梁連接成整體，起到荷載橫向分布、整體穩(wěn)定等作用。端、中橫梁和大、小橫梁斜向布置。大橫梁預(yù)留0.7×0.25m管線孔，滿足電氣、排水管線過橋要求。

中縱梁頂板、底板寬0.7m，采用兩道直腹板，其腹板間距0.6m；邊縱梁底板寬0.6m，內(nèi)側(cè)腹板為直腹板，外側(cè)腹板向外傾斜10°，腹板間距0.5m，外側(cè)腹板與護(hù)欄鋼板焊接連接；端橫梁、中橫梁的頂板、底板寬0.7m，采用兩道直腹板，其腹板間距0.6m；大橫梁、小橫梁采用焊接工字型，翼緣板寬0.2m，大橫梁高0.65m，小橫梁高0.25m。

邊縱梁、中縱梁、端橫梁、中橫梁的頂板、底板、腹板厚度為14mm，橫向聯(lián)結(jié)系大橫梁、小橫梁的鋼板厚度為10mm，支座縱橫支撐加勁肋厚度20mm，墩臺支座上墊板厚度30mm。欄桿采用鋼板及其加勁肋厚度12mm。

下部結(jié)構(gòu)橋墩采用單根樁柱式墩，橋臺采用樁接蓋梁橋臺，樁基直徑0.8m。橋臺采用GYZ D200×42mm圓板式橡膠支座，每個橋臺2個支座，橋墩采用GYZ D400×54mm圓板式橡膠支座，每個橋墩1個支座。為減小臺后由于路基沉降帶來的不利影響，臺后設(shè)置鋼筋混凝土搭板，長6m，厚30cm[2]。

4 鋼梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

上部結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算采用Midas建立空間梁格模型，按實(shí)際施工工序模擬施工階段，對各施工及使用階段進(jìn)行受力分析。全橋共1770個梁單元，1201個節(jié)點(diǎn)，墩臺板式橡膠支座采用一般支撐模擬，支座沉降按5mm考慮；溫度作用按照整體升溫35℃，整體降溫25℃考慮。具體計(jì)算模型見圖2。

上部結(jié)構(gòu)恒載包括鋼板梁自重，鋪裝、欄桿、裝飾結(jié)構(gòu)的重量均按照實(shí)際重量計(jì)入。上部結(jié)構(gòu)活載為人群荷載，取值為4.3kN/㎡。此外端橫梁中灌注的壓重混凝土按照均布荷載施加在梁單元上。

鋼板梁組合正應(yīng)力、剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見圖3、圖4。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，鋼板梁的組合正應(yīng)力上緣最大為89.8Mpa，下緣最大為50.5Mpa，腹板剪應(yīng)力最大為20Mpa，均滿足規(guī)范要求。

由于三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)的邊中跨比過小，橋臺位置支座出現(xiàn)負(fù)反力，為使支座處于受壓狀態(tài)，本設(shè)計(jì)考慮在邊跨端橫梁中灌注混凝土進(jìn)行壓重，保證結(jié)構(gòu)受力安全。

標(biāo)準(zhǔn)組合下橋臺支座最小支反力為14kN，可見負(fù)反力得到了消除，結(jié)構(gòu)安全。

利用Midas的特征值分析模塊，將二期荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，計(jì)算得到人行橋的最小豎向振動頻率為7Hz，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范不小于3Hz的要求。

由結(jié)構(gòu)在人群荷載作用下的位移包絡(luò)圖可知，最大豎向撓度發(fā)生在中跨跨中處附近，人群荷載效應(yīng)的最大撓度值為12mm，小于16000/500=32mm，滿足規(guī)范要求[3]。

5 施工要點(diǎn)及鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝

本設(shè)計(jì)鋼材采用Q345qD，鋼結(jié)構(gòu)采用分段制作，現(xiàn)場吊裝拼接。翼緣或腹板的拼接接頭不應(yīng)設(shè)在同一截面上，應(yīng)盡量錯開，接頭位置宜設(shè)在距支座約為1/3～1/4梁距的范圍內(nèi)。鋼板的對接、拼接焊縫為Ⅰ級，頂板、底板、腹板之間的焊縫等級為II級，其余的角焊縫等級為Ⅱ級。各主要焊縫均應(yīng)進(jìn)行超聲波探傷檢查。

在確保結(jié)構(gòu)受力基本不變的前提下，節(jié)段劃分應(yīng)基于已有的施工設(shè)備、運(yùn)輸能力，結(jié)合節(jié)段質(zhì)量與長度的均勻性，同時兼顧施工方案的經(jīng)濟(jì)性。由于橋梁跨度較小，工廠可按4～6個節(jié)段加工預(yù)制，運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行梁段整體吊裝至橋墩和橋臺上，然后進(jìn)行現(xiàn)場拼接焊接。最后對邊跨進(jìn)行混凝土壓重，形成連續(xù)鋼板梁結(jié)構(gòu)；最后對鋼梁局部作面漆補(bǔ)充涂裝。

為保證鋼結(jié)構(gòu)不受腐蝕，延長使用壽命，增加橋梁景觀效果，鋼箱梁內(nèi)、外部表面需進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)，鋼箱梁涂裝防腐壽命為不小于15年。本橋鋼梁采用重防腐涂裝體系，外表面為環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+聚氨酯面漆；內(nèi)表面為環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆[4]。

6 結(jié)束語

當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)技術(shù)逐漸進(jìn)步，是推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)、提升橋梁建設(shè)品質(zhì)的良好契機(jī)，鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)將逐漸成為趨勢，鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)按照“工業(yè)化制造、裝配化施工”要求組織建設(shè)。該橋于2018年2月開工建設(shè)，預(yù)計(jì)將于2018年7月竣工，該橋的建設(shè)將取得一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益，可為同類型人行橋的設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳沖.現(xiàn)代鋼橋[M].北京：人民交通出版社，2006：121.

[2] 徐君蘭，孫淑紅.鋼橋[M].北京：人民交通出版社，2011：59-66.

[3] JTG D64-2015.公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[4] CJJ 69-95.城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996.