杜迎東

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166)

中小跨徑橋梁是我國(guó)道路交通網(wǎng)的重要組成部分，其在我國(guó)橋梁建設(shè)中有著舉足輕重的作用[1-2]。當(dāng)前我國(guó)大跨徑橋梁已經(jīng)開(kāi)始廣泛采用鋼結(jié)構(gòu)形式，但中小跨徑橋梁對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還處于剛剛起步階段。

在中小跨徑橋梁中推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高我國(guó)橋梁品質(zhì)，使得中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)更加標(biāo)準(zhǔn)化，是我國(guó)綠色公路的建設(shè)理念，也能夠推動(dòng)我國(guó)橋梁產(chǎn)業(yè)邁向工業(yè)化發(fā)展。發(fā)展中小跨徑橋梁的關(guān)鍵在于材料和結(jié)構(gòu)形式的選擇，需我們對(duì)于以往的橋梁建設(shè)以及養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行細(xì)致的分析研究。

1 中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)型式統(tǒng)計(jì)分析

中小跨徑鋼橋按橋型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使用率最高的橋型為簡(jiǎn)支多片主梁結(jié)構(gòu)，其中鋼簡(jiǎn)支多主梁、鋼連續(xù)多主梁、鋼簡(jiǎn)支少主梁及鋼連續(xù)少主梁分別占中小跨徑鋼橋總座數(shù)的53.1%、29.1%、11.9%、5.9%[3-6]，見(jiàn)表1。通過(guò)分析數(shù)據(jù)可以看出，中小跨徑鋼橋結(jié)構(gòu)形式應(yīng)以構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力明確的多主梁的鋼梁橋?yàn)橹鳌?/p>

表1 中小跨徑鋼橋統(tǒng)計(jì)表

2 工程實(shí)例

借鑒美國(guó)中小跨徑橋梁橋型及材料應(yīng)用情況，結(jié)合現(xiàn)階段我國(guó)橋梁發(fā)展現(xiàn)狀，擬對(duì)六官營(yíng)子中橋進(jìn)行改建，采用熱軋H型鋼組合梁結(jié)構(gòu)。熱軋H型鋼各部位結(jié)構(gòu)尺寸已考慮到局部穩(wěn)定問(wèn)題，不會(huì)發(fā)生局部屈曲，因此不需設(shè)置縱向、豎向加勁肋，無(wú)需考慮焊接殘余應(yīng)力影響，具有更穩(wěn)定的力學(xué)性能。

六官營(yíng)子中橋位于朝陽(yáng)市喀左縣境內(nèi)凌源-興城線(S225)K45+842處，建成于1986年?？鐝讲贾脼?×13m，交角為90°，全橋平面線形為直線段，橫橋向13m。設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)，本橋設(shè)計(jì)三方案比選。

2.1 簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)熱軋H型鋼組合梁(7片梁)

本橋采用預(yù)制簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)熱軋H型鋼組合梁方案。橫向設(shè)置7片H708×304×16×28主梁(梁高708mm，腹板厚16mm)，主梁間距為1900mm。橋面板采用C40混凝土，橋面板厚度220mm?？玳g設(shè)置一道橫梁。端橫梁厚度為400mm，跨間橫梁300mm。

2.2 簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)熱軋H型鋼組合梁(6片梁)

本方案采用預(yù)制結(jié)構(gòu)連續(xù)熱軋型鋼組合梁方案。橫向設(shè)置6片H912×302×18×34主梁(梁高912mm，腹板厚18mm)，主梁間距為2200mm。橋面板采用C40混凝土，橋面板厚度220mm?？玳g設(shè)置一道橫梁。端橫梁厚度為400mm，跨間橫梁300mm,見(jiàn)圖1。

圖1 典型橫斷面

2.3 連續(xù)熱軋H型鋼組合梁(5片梁)

本方案采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連續(xù)熱軋型鋼組合梁方案。橫向設(shè)置5片H808×302×16×30主梁(梁高808mm，腹板厚16mm)，主梁間距為2600mm。橋面板采用C40混凝土，厚度220mm。每跨跨間設(shè)置兩道鋼橫梁。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用橋梁通用分析軟件Midas Civil，計(jì)算模型選用梁?jiǎn)卧?，其中橋面板與鋼梁采用施工階段聯(lián)合截面進(jìn)行計(jì)算，中間無(wú)臨時(shí)支撐，見(jiàn)圖2。主要荷載組合為：

(1)恒載+設(shè)計(jì)車道偏載+混凝土收縮徐變+整體升溫+溫度梯度。

(2)恒載+設(shè)計(jì)車道偏載+混凝土收縮徐變+整體降溫+溫度梯度。

圖2 簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)熱軋H型鋼組合梁(6片梁)模型

在上述荷載組合情況下，分別對(duì)3種不同結(jié)構(gòu)形式在最不利荷載組合作用下，對(duì)上、下翼緣板的應(yīng)力和活載撓度進(jìn)行計(jì)算見(jiàn)式(1)、式(2)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

(1)

(2)

式中：σ為正應(yīng)力；Weff為有效截面模量；M為計(jì)算截面彎矩設(shè)計(jì)值；L為跨徑長(zhǎng)度；B為抗彎剛度。

表2 組合梁應(yīng)力計(jì)算表

由表2可知：在偏載作用下，組合梁的上下翼緣應(yīng)力均小于270MPa，活載撓度小于L/500(26mm)，均滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D64—2015)要求限制，通過(guò)計(jì)算以上三種方案均滿足設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)以上結(jié)果可見(jiàn)三種方案下翼緣與上翼緣應(yīng)力比值依次為1.31、1.30、1.25，說(shuō)明熱軋H型鋼的上翼緣板的富余度較大，頂板設(shè)計(jì)厚度偏于保守。

4 實(shí)用性

該橋跨越地方路橋下凈空必須滿足相應(yīng)要求，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度基礎(chǔ)上盡量選擇建筑高度小的結(jié)構(gòu)形式，3種不同結(jié)構(gòu)形式的建筑高度見(jiàn)表3。

表3 建筑高度對(duì)比表

由表3可知，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)熱軋H型鋼組合梁(7片梁)建筑高度最小(928mm)。

5 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

從用鋼量角度對(duì)3種方案進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表4。

表4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

從表4中可以看出，13m跨徑熱軋H型鋼組合梁3種結(jié)構(gòu)形式的用鋼量指標(biāo)，每平米用鋼量由低到高依次為連續(xù)熱軋H型鋼組合梁(5片梁)、簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)熱軋H型鋼組合梁(7片梁)、簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)熱軋H型鋼組合梁(6片梁)。

由于型鋼組合梁橋橋面板厚度有限，連續(xù)熱軋H型鋼組合梁結(jié)構(gòu)形式在墩頂負(fù)彎矩區(qū)很難布置預(yù)應(yīng)力鋼筋，從而出現(xiàn)連續(xù)墩頂負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板開(kāi)裂的問(wèn)題，給后期養(yǎng)護(hù)增加很大難度；如墩頂橋面板采用高性能混凝土，大大增加了施工成本，因此連續(xù)熱軋H型鋼組合梁結(jié)構(gòu)形式不建議應(yīng)用到13m跨徑橋梁中。

綜上所述，通過(guò)受力性能、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合對(duì)比分析，建議13m跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋梁采用簡(jiǎn)支體系橫橋向7片熱軋H型鋼(H708×304×16×28)結(jié)構(gòu)性最為經(jīng)濟(jì)適用。

6 結(jié)論

通過(guò)上面分析，針對(duì)跨徑為13m的熱軋H型鋼組合梁橋結(jié)構(gòu)選型三種方案綜合比選結(jié)論如下：

(1)連續(xù)型熱軋H型鋼組合梁中支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)配筋率非常高，耐久性沒(méi)簡(jiǎn)支型鋼組合梁好；簡(jiǎn)支型熱軋H型鋼組合梁質(zhì)量和工期更容易保證，同時(shí)減少施工期間社會(huì)影響。

(2)通過(guò)受力分析計(jì)算可知熱軋H型鋼頂板寬度最大為300mm左右，翼板厚度有限，翼緣板頂板和底板等厚，從受力角度熱軋H型鋼尺寸不太合理,導(dǎo)致組合梁中頂板不能充分發(fā)揮作用。

(3)經(jīng)過(guò)綜合比較，簡(jiǎn)支熱軋H型鋼具有明顯的綜合優(yōu)勢(shì)，作為13m跨徑鋼橋設(shè)計(jì)的推薦方案。