李春陽

摘 要：在國內(nèi)，梁拱組合體系橋梁所占的比重越來越大。文章以凌源文藝大橋主橋工程為背景，介紹了該橋的總體設(shè)計(jì)，主要對(duì)連續(xù)梁拱組合橋主梁鋼混結(jié)合段的設(shè)計(jì)展開探討，并經(jīng)過分析和計(jì)算，結(jié)果表明符合相關(guān)設(shè)計(jì)要求，確保了橋梁的安全性。

關(guān)鍵詞：系桿拱橋 梁拱組合 鋼混結(jié)合段

1.工程概況

文藝大橋位于遼寧省凌源市，上跨大凌河，橋梁采用下承式鋼混組合系桿拱橋結(jié)構(gòu)形式，跨徑布置為26+27.8+118+27.8+26=225.6m，其中主跨118m主梁采用鋼結(jié)構(gòu)，并布置外傾式鋼結(jié)構(gòu)拱肋，空間吊索，其余跨采用混凝土變截面連續(xù)箱梁。

2.總體設(shè)計(jì)

主拱為外傾式鋼箱拱，拱軸線為二次拋物線，單側(cè)拱腳中心距橋梁中心線間距為11.0m，橫向?qū)ΨQ外傾18°。拱肋為箱型截面，單側(cè)主拱為2.3m高，寬度為2.2～1.8m，分為19個(gè)節(jié)段，46道橫隔板，50根吊索。主拱采用Q345E鋼材，面外受拉鋼板采用Q345E-Z25鋼材。拱腳6m以下范圍內(nèi)為混凝土結(jié)構(gòu)，其余部分為鋼結(jié)構(gòu)，二者采用鋼混接頭方式進(jìn)行連接。拱內(nèi)設(shè)置鋼錨箱，鋼錨箱由吊索隔板、錨墊板、錨下加勁板、承壓板、橫穿鋼錨箱的索導(dǎo)管等構(gòu)件組成。

主跨118m的主梁部分采用流線型扁平鋼箱梁的鋼結(jié)構(gòu)雙主梁結(jié)構(gòu)，分離式雙箱（機(jī)動(dòng)車道范圍內(nèi)兩箱頂板連通并設(shè)置橫隔板）的截面形式，機(jī)動(dòng)車道中心梁高1.5m，主梁全寬由40.127m變寬至50m。鋼箱梁頂面機(jī)動(dòng)車道范圍設(shè)1.5%的雙向橫坡，懸挑范圍設(shè)2.0%的單向橫坡，底面水平。非機(jī)動(dòng)車道部分采用鋼板梁結(jié)構(gòu)，人行道部分采用在吊索橫隔板懸挑上設(shè)鋼管縱梁，再鋪設(shè)人行道鋼橋面的方式。

吊索為空間索面，全橋縱橋向共設(shè)27排吊索，縱向間距為4m，每排吊索橫橋向共4根，外側(cè)吊索布置在靠步道一側(cè)橫梁，內(nèi)側(cè)吊索布置在靠車行道一側(cè)橫梁。吊索上端錨點(diǎn)在拱箱內(nèi)設(shè)置鋼錨箱；下端錨箱設(shè)置于外伸鋼橫梁上。

系桿采用15-55型鋼絞線成品系桿索，選用可實(shí)現(xiàn)單根張拉和單根更換的環(huán)氧涂層平行鋼絞線，采用兩端張拉，系桿索外包HDPE外套管。

邊跨主梁26+27.8m采用預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，三箱三室結(jié)構(gòu)，梁高與主跨一致，中心梁高1.5m，邊緣梁高1.359m。

橋墩均采用獨(dú)柱墩，矩形截面并設(shè)置景觀凹槽，橋墩基礎(chǔ)采用承臺(tái)接群樁基礎(chǔ)。橋臺(tái)采用樁柱式橋臺(tái)加鉆孔樁基礎(chǔ)。分別在各橋墩主梁下方設(shè)置摩擦擺減隔震支座，在兩岸橋臺(tái)主梁下方設(shè)置盆式橡膠支座。

3.主梁鋼混段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1鋼主梁構(gòu)造

根據(jù)總體布置，主跨鋼箱梁位于2.5%的雙向縱坡豎曲線段。鋼箱梁段長(zhǎng)108.4m。鋼箱梁沿橋縱向分成 15個(gè)節(jié)段，含2個(gè)鋼-砼結(jié)合段過渡段；12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)梁段；1個(gè)跨中梁段。不同板厚對(duì)接時(shí)厚度的變化都在箱外側(cè)進(jìn)行，保持箱內(nèi)側(cè)平順?？v隔板不同板厚對(duì)接時(shí)，保持邊箱側(cè)輪廓一致，板厚變化在中箱側(cè)進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)度為8m；跨中梁段長(zhǎng)度為6.4m；鋼-砼結(jié)合段過渡段長(zhǎng)度為4.8m。

根據(jù)受力需要，在順橋向不同區(qū)段頂板采用了16mm、20mm兩種不同的厚度，底板采用了14mm、20mm兩種不同的鋼板厚度，腹板采用了16mm、20mm兩種不同的厚度，縱肋采用了12mm、20mm兩種不同的鋼板厚度，鋼-砼結(jié)合段過渡段板厚最大，其余為標(biāo)準(zhǔn)段板厚。頂板的厚度在橫橋向也予以變化，靠近腹板的錨索區(qū)范圍內(nèi)采用了24mm的規(guī)格，以利于吊索索力的擴(kuò)散。除鋼-砼結(jié)合段過渡段設(shè)置豎向板肋外，頂板均采用U型加勁肋加勁，頂板U肋上口寬320mm，下口寬170mm，肋高300mm，U型加勁肋厚度為8mm，基本間距640mm。如圖1所示為鋼結(jié)構(gòu)主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖。

橫隔板采用整體式，由上、下兩塊板組成。為避免搭接偏心、提高整體受力性能，上、下板熔透對(duì)接。上板與頂板單元一起組裝。橫隔板標(biāo)準(zhǔn)間距為2.0m，根據(jù)構(gòu)造要求，吊索位置設(shè)置吊索橫隔板，其余設(shè)置普通隔板。非吊索處的構(gòu)造橫隔板厚度為12mm，吊索橫隔板厚度為16m。

3.2鋼混結(jié)合段設(shè)計(jì)

鋼-砼結(jié)合段采用了“填充混凝土后承壓板式”的部分截面連接承壓傳剪式的鋼-砼接頭結(jié)構(gòu)形式。鋼-砼結(jié)合段端部的頂板、底板和腹板，將填充的混凝土與緊連的混凝土梁段通過PBL剪力板、預(yù)應(yīng)力鋼束連接。

鋼-砼結(jié)合段總長(zhǎng)4.8m，其中鋼箱梁過渡段長(zhǎng)3.0m，鋼-砼結(jié)合面混凝土側(cè)的鋼與混凝土互相咬合段長(zhǎng)1.3m，在鋼-砼結(jié)合面設(shè)置一塊32mm厚的承壓板。鋼箱梁過渡段采用變高度T形加勁肋與鋼箱梁剛度過渡段的U肋進(jìn)行剛度過渡；鋼與混凝土咬合段采用在鋼-砼結(jié)合面混凝土側(cè)對(duì)應(yīng)的混凝土梁范圍的箱格內(nèi)填充混凝土，通過后承壓板、PBL剪力鍵、格室鋼板與混凝土的粘結(jié)力傳遞主梁內(nèi)力。

4.鋼混段結(jié)構(gòu)分析

4.1結(jié)構(gòu)分析

引入計(jì)算軟件展開輔助計(jì)算，根據(jù)鋼混結(jié)合段尺寸，建立主梁鋼混段有限元模型?；炷翆?shí)體采用 Solid45單元，混凝土與鋼之間采用共節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)傳力，預(yù)應(yīng)力采用等效荷載加在截面上，選取截面均為鋼混接頭處的截面，實(shí)體局部模型的內(nèi)力是來自MIDAS斷面內(nèi)力，主要考察鋼混接頭區(qū)域的受力情況。

為使鋼-砼結(jié)合段的混凝土在彎矩作用下不出現(xiàn)拉應(yīng)力，在鋼砼結(jié)合段設(shè)置了預(yù)應(yīng)力鋼束。鋼束分為兩部分，一部分為邊跨腹板通長(zhǎng)束，一部分為鋼混結(jié)合段短束。

4.2計(jì)算結(jié)論

如表1所示為最不利工況下結(jié)合段鋼箱梁各構(gòu)件應(yīng)力匯總。

鋼箱梁整體最大主拉應(yīng)力出現(xiàn)在頂板T肋上，為19MPa，承壓板與遠(yuǎn)離橋梁中心線一側(cè)腹板（即腹板二）的連接處最大主拉應(yīng)力為17MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。

底板出現(xiàn)較大Mises應(yīng)力，達(dá)到80.2MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

混凝土主壓應(yīng)力最大值分布在鋼混結(jié)合區(qū)域下側(cè)，達(dá)到6.23MPa，下側(cè)主壓應(yīng)力均值在3～4MPa左右。滿足設(shè)計(jì)要求。

沒有考慮普通鋼筋，使混凝土主拉應(yīng)力在鋼混結(jié)合段混凝土面外側(cè)達(dá)到2MPa?；炷粮鹘孛嬷骼瓚?yīng)力均值在1MPa以下，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于組合體系結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)連接位置受力復(fù)雜，構(gòu)造繁瑣，鋼混段的設(shè)計(jì)成為工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)。文章以實(shí)際工程案例為背景，圍繞梁拱組合結(jié)構(gòu)橋鋼混段設(shè)計(jì)與計(jì)算展開探討，采用有限元進(jìn)行分析驗(yàn)算，并提出一些可行的技術(shù)措施，由此確保橋梁的安全性。

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