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摘要:鋼桁架橋具有造型大氣、跨越能力強、承載能力大、施工速度快等特點，很適合于城市中對景觀有要求，同時周邊限制條件多，要求施工速度快的情況，因此在城市橋梁中有廣闊的應用前景。本文主要介紹了睢寧紅旗橋主橋鋼桁架的結(jié)構(gòu)特點并采用空間有限元對全橋進行了結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明各項指標均能滿足規(guī)范要求，可供其他類似橋梁參考。

關(guān)鍵詞:鋼桁架橋;總體布置;結(jié)構(gòu)設(shè)計;結(jié)構(gòu)分析

鋼桁架橋自誕生以來，以其出色的跨越能力，較小的梁高，較大的承載能力，成為許多受條件限制時大跨徑橋梁的重要選擇。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，在城市中，橋梁不僅僅起到交通作用，越來越多的重視橋梁的景觀性。而鋼桁架橋不僅跨越能力大，使用壽命長，景觀效果好，同時施工采用預制拼裝，施工時間短，對交通影響小，因此在城市橋梁建設(shè)中有廣闊的應用前景。本文主要介紹睢寧縣紅旗橋主橋鋼桁架的主要結(jié)構(gòu)特點與受力分析，可為其他類似橋梁的建設(shè)提供參考。

1工程概況

睢寧交通總體規(guī)劃中，道路系統(tǒng)采取環(huán)路加網(wǎng)格的形式，由“一環(huán)、四橫、六縱”構(gòu)成城市主干道系統(tǒng)，本次改造的紅旗橋所在的天虹大道為其中的“一縱”。天虹大道北起寧宿徐高速公路入口，南至睢寧南環(huán)，是睢寧南北向主要通道。全線除青年路至南環(huán)段以外，均為雙向6車道，青年路至南環(huán)段的天虹大道路面寬9m，跨越徐沙河的紅旗橋是修建年代較早的老式拱橋，橋面凈寬僅7.2m，跨徑不滿足徐沙河的通航要求，年久失修，現(xiàn)已限行。隨著睢寧縣城的發(fā)展擴張，根據(jù)規(guī)劃，沿天虹大道兩側(cè)將建成居住區(qū)，寬路窄橋的存在將嚴重制約徐沙河兩岸居民區(qū)的出行。同時徐沙河為規(guī)劃Ⅴ級航道，其通航凈空為:55×5m，老橋已不滿足航道通航要求。因此對天虹大道進行改造，對老紅旗橋進行拆除重建。本次紅旗橋改造涉及道路長約0.37km。天虹大道為城市主干道，青年路以北天虹大道路基設(shè)計寬度為41.5m，機動車道寬22.5m，側(cè)分帶寬2×3.5m，非機動車道寬2×3.0m，人行道寬2×3.0m。新建紅旗橋主橋采用下承式鋼橋架橋，引橋采用20m預應力混凝土空心板，橋梁跨徑布置為20+66.2+20m，橋梁全長106.4m。

2主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

紅旗橋主橋分為三幅，中間一幅為機動車道橋，旁邊兩幅為非機動車道橋;結(jié)構(gòu)型式均為計算跨徑65m的鋼桁架梁，主橋位于豎曲線內(nèi)，縱坡2.8%，豎曲線半徑R=2000m。本文僅對機動車道一幅進行介紹。2.1主橋上部結(jié)構(gòu)。主桁采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節(jié)間長度6.5m，主桁上弦采用折線形，主桁高度10.5～13.1m，矢跨比約為1/6.2～1/5;機動車道橋兩片主桁中心距為24.75m，橋面寬23.5m;非機動車道橋兩片主桁中心距為7.75m，橋面寬6.5m。主桁上、下弦桿采用箱形截面，截面寬度500mm，高720mm，最大板厚50mm，工廠焊接，工地通過高強螺栓在節(jié)點處拼接。端斜桿采用箱形截面，其余斜腹桿采用H型截面，截面寬度500mm，高度420～720mm，最大板厚40mm。橋面系為疊合梁，由下部的鋼梁和上面的橋面板疊合而成，鋼梁部分采用縱、橫梁體系。橫梁變高度形成橋面橫坡，橫梁為工字型截面，與主桁在節(jié)點處通過高強螺栓連接;縱梁高500mm，為工字型截面，與橫梁腹板連接。橋面板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，板厚17cm，與縱、橫梁連接處帶肋，板厚增至25～30cm，為保證鋼梁與橋面板共同作用，在鋼梁上設(shè)置了剪力鍵，橋面板通過剪力釘與鋼縱、橫梁連接。機動車道橋上、下平縱聯(lián)與主桁弦桿在節(jié)點處通過高強螺栓拼接。在桁梁兩端斜桿所在斜平面設(shè)置橋門架，上弦部分節(jié)點設(shè)置橫聯(lián)，每幅橋設(shè)置3道橫聯(lián)。主桁及橫梁鋼板材質(zhì)采用Q370qD，其余鋼板及型鋼材質(zhì)均采用Q345qD。2.2主橋下部結(jié)構(gòu)。主橋橋墩蓋梁采用矩形截面，截面尺寸2.0×2.5m，單幅橋墩蓋梁下設(shè)三個墩柱，均采用矩形斷面，邊墩柱截面尺寸1.8×1.8m，中墩柱截面尺寸1.8×2.5m。下設(shè)啞鈴形承臺，承臺高2.5m，邊承臺下設(shè)2根1.5m直徑鉆孔灌注樁，中承臺下設(shè)4根1.5m直徑鉆孔灌注樁。

3技術(shù)標準

(1)道路等級:城市主干道。(2)設(shè)計荷載等級:公路－Ⅰ級，人群荷載3.0kN/m2。(3)設(shè)計行車速度:50km/h。(4)橋面寬度:0.5m(主桁弦桿)+0.375m(檢修寬度及管線)+3m(人行道)+3.5m(側(cè)分帶)+11.0m(機動車道)+0.5m(雙黃線)+11.0m(機動車道)+3.5m(側(cè)分帶)+3m(非機動車道)+3m(人行道)+0.375m(檢修寬度及管線)+0.5m(主桁弦桿)=43.25m。(5)通航凈空:55×5m，徐沙河為規(guī)劃Ⅴ級航道，通航凈空為矩形斷面，最高通航水位19.36m(國家85高程系統(tǒng))。(6)地震烈度:地震動峰值加速度為0.2g。

4主橋結(jié)構(gòu)分析

橋梁結(jié)構(gòu)分析采用midascivil進行對全橋進行空間有限元分析，全橋三維模型如圖4。由于桁架單元不傳遞彎矩和剪力，只傳遞軸向力，因此在模型中，所有桿件均采用梁單元進行模擬，其中橫梁部分對橋面板有效寬度內(nèi)與鋼橫梁采用鋼混疊合梁進行模擬，其他橋面板部分及橋面鋪裝、護欄等均轉(zhuǎn)化為均布荷載加載在相關(guān)單元上。由于主桁采用高強螺栓群連接，節(jié)點板較厚，節(jié)點的剛度大，能夠傳遞彎矩，且主桁桿件截面高度與其節(jié)點中心間距之比大于1/15，因此主桁桿件節(jié)點均按剛接考慮。中橫梁及端橫梁與主桁連接中，由于只連接了腹板，因此對橫梁采用釋放梁端約束，釋放My、Mz方向的自由度。小縱梁及平聯(lián)桿件由于長細比較大，采用剛接或鉸接差別不大，為方便建模，可采用剛接。4.1橋梁強度驗算。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應按承載能力極限狀態(tài)驗算強度及穩(wěn)定性，其計算結(jié)果見圖足規(guī)范要求。4.2橋梁疲勞驗算。根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》(JTGD64－2015)，承受汽車荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件與連接，應按疲勞細節(jié)類別進行疲勞驗算。由于橋梁橫梁直接承受汽車荷載，因此對橫梁構(gòu)件與連接疲勞應力進行了疲勞驗算，疲勞荷載采用計算模型I，采用等效的車道荷載，其中集中荷載為0.7kPa，均布荷載為0.3kPa，并按多車道進行折減。經(jīng)計算，橫梁及連接最大正應力幅、剪應力幅分別為58.8MPa、8.3MPa，均滿足規(guī)范要求。4.3橋梁預拱度。在使用狀態(tài)下，在不計沖擊力的汽車車道荷載頻遇值作用下，計算豎向撓度為11.5mm，小于L/500=130mm，橫梁計算豎向撓度為25.7m，小于l/500=49.5mm，均滿足規(guī)范要求。根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》(JTGD64－2015)按自重+1/2活載產(chǎn)生的豎向撓度作為預拱度，本橋主桁預拱度采用49.4mm，橫梁預拱度采用41.7mm。4.4結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定計算。由于橋梁較寬，因此結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性不是主要控制因素。經(jīng)計算，結(jié)構(gòu)一階失穩(wěn)是上弦桿平面外失穩(wěn)，臨界荷載特征值系數(shù)為25，表明主橋整體剛度較大，不存在整體失穩(wěn)的問題，滿足規(guī)范要求。

5主要施工方法

橋梁采用工廠預制，現(xiàn)場拼裝的施工工藝，其主要步驟如下:(1)利用主橋橋墩承臺及河道中設(shè)置的臨時墩搭設(shè)支架。(2)工廠預制構(gòu)件并進行現(xiàn)場拼裝橋梁主桁、橋門架、橫聯(lián)、上平縱聯(lián)、橫梁、下平縱聯(lián)。(3)拆除臨時墩及支架，完成體系轉(zhuǎn)換。(4)吊裝預制橋面板并澆筑現(xiàn)澆段，主橋橋面形成整體。(5)完成橋面附屬工程、照明亮化等并成橋。6結(jié)語(1)橋梁主桁各節(jié)段間桿件受力大小差異較大，設(shè)計中可根據(jù)強度、穩(wěn)定性要求可對各桿件鋼板厚度、尺寸等進行適當?shù)恼{(diào)整，以節(jié)約材料，避免不必要的浪費。(2)通過計算分析，橋梁結(jié)構(gòu)能夠很好的滿足各項指標要求，另外，由于本橋主橋橋梁較寬，橋梁橫梁在使用過程中豎向撓度較大，因此在施工中除考慮主桁設(shè)置預拱度外，應對橫梁也進行預拱度設(shè)置。目前，睢寧紅旗橋已經(jīng)建設(shè)完成并正式通車，成為睢寧城區(qū)橋梁建設(shè)的一個新亮點。改造后的紅旗橋與整條天虹大道有機地融合，讓南北通行更通暢，不僅成為徐沙河畔一處新的風景，也將為徐沙河兩岸發(fā)展帶來新的機遇。

作者:徐錦 單位:徐州市交通規(guī)劃設(shè)計研究院

參考文獻:

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