城市异形钢箱梁设计若干问题探讨

钢箱顶 板厚 １ ６ｍｍ， 点横 梁 附近 一 定 区域 支 加 厚 至 ２ ４ｍｍ 或 ２ ８ｍｍ， 主要 以 Ｔ形肋 加 劲 ， Ｔ 形 加 劲肋 标 准 间距 ３ ０ｍｍ， ５ 局部 区域 及 钢 箱 渐 变段 间距进 行 稍 调 。钢箱 底 板厚 １ ４ｍｍ， 点横 支 梁 附近 一 定 区域 加 厚 至 ２ ４ｍｍ 或 ２ ８ｍｍ， Ｔ 以 形肋 加劲 ， 部 区域 间距 微 调 。钢 箱 宽 ４ Ｉ截 局 ６Ｉ ， Ｔ
的异 形桥 梁结 构 ， 现为 “ 字形 和“ 表 人” 裤衩 ” ， 形 使
２ 钢箱 梁结构 设 计
２ １ 设计 思路 及 总体 布置 ． 本 桥 的复 杂性 在 于 结 构呈 “ 瓶 ” 异 形 ， 酒 状 桥 位平 面 位 于 直 线 加 ６ 的缓 和 曲 线 再 接 半 径 ０ｍ ４ ０Ｉ 圆曲线 ， 由于桥 梁一 端需 与上 、 匝道 ２ ｎ的 且 下 桥连接 ， 梁宽 度 由 ２ Ｉ 接过渡 到 ４ 桥 跨 桥 ６Ｉ 直 Ｔ ６ｍ， 布置为 ３ ３ ３ ３ ｎ 由于 钢 箱 梁 受 净 空 影 １１ ＋ × ２Ｉ 。 ２ ． 响 ， 高 １ ６ ｎ 箱 梁 高 跨 比 １ １ ， 宽 比 梁 ． ８ Ｉ， ／９ 高 １２． ， ／ ７ ４ 钢箱 梁 高宽 比大 ， 箱梁 的剪力滞 后效 应显 著 ， ４ 桥宽 端 由于桥 下道 路为 双 向 ６车道市 而 ６ｍ 政道 路 ， 两侧 还有 辅道 及人行 道 ， 故主梁 只 能通过 刚性 横梁 多支 点支 承在 两侧 边墩 上 。
总第 ２２ ５ 期 ２１ ０ ２年 第 ３期
Ｔｒｎ ｐ ｒａｉｎ通 ｉｎ ｅ ＆ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ ａ ｓ ｏ ｔ交ｏ ｃｅ科 技 ｃ ｎ ｌｇ ｔ Ｓ ｃ
Ｓ ｒａ ． ５ ｅ ｉｌＮｏ ２ ２ Ｎｏ ３Ｊ ｎ ． ０ ２ ． ｕ ｅ ２ １
城 市 异 形 钢 箱 梁 设 计 若 干 问题 探 讨
图 １ 。
２ ３ 钢箱 梁构 造 ． 钢箱梁 采 用多 室整 体截 面 ， 底板 水平 设置 ， 顶 板设 １ ５ 的双 向横坡 ， 边 腹板 采用 斜 腹 板 ， ． 两 其 他 中间腹板 采 用直 腹 板 ， 点 处 考 虑到 纵 肋 连 接 支
有利 ， 横梁顶 板 和底板 局 部均采 用 向外 加厚 形式 。
的 力 学 状 态 。 计 算 软 件 采 用 ＡＮＳ ， 用 ＹＳ 并
ｓ ｅｌ３单元 建立 箱 梁 的 的空 间模 型 进 行 了局 部 ｈｌ ６ 模拟 分析 。
劲肋 和 桥面顶 板 焊接成 整体 以共 同承 受车轮 荷 载 的结构 。钢 桥面 板不 仅作 为桥面 系直 接承受 车 轮 荷 载作 用 ， 而且 还 作 为 主梁 的 一部 分 参 与 主 梁 共 同受力 ， 力学行 为 十分复 杂 。工程 实际 中 ， 分 其 在
距 不 大 于 １ ５ｍ， ． 加劲 肋设 置在 横梁 箱体 内侧 。
３ 结 构 计 算 及 分 析
显， 因此 ， 挑臂 结 构不 能 按 常 规杆 系 结构 模 拟 ， 大
计 算 时需建 立三 维 模 型 ， 能较 准 确 地分 析真 实 才
３ １ 模 型 的建立 ． 正交 异性 钢 桥面板 是 由纵横 向互相 垂直 的加
腹 板 间 距 从 ２２ １ ４ ５ ０ｍｍ。 所 有 腹 板 均 采 用 ７ ～ ６
收稿 日期 ：０ ２ ０ — ２ ２ １—２１
厚 １ ４ｍｍ 的板 。腹 板 立面 上竖 向布置 ， 桥 向均 横
２ ６
蔡 佳 骏 张 玉 ： 市 异 形 钢 箱 梁 设 计 若 干 问题 探 讨 城
蔡 佳 骏 张 玉
（． １ 中铁 第 四勘 察 设 计 院 集 团有 限公 司 武汉 ４ ０ ６ ；２ 长 江 航 运 科 学 研 究 所 ３０３ ． 武汉 ４０１） ３０ １
摘
要
介 绍 了某 城 市 异 形 钢 箱 梁 结 构 的 计 算 原 则 、 法 及 构 造 特 点 ， 利 用 有 限 元 软 件 分 析 了 方 并
２ ２ 主要 设计 参 数 的选 择 ． 结构主要 系数 ＇一 １１ 主材板厚小 于 ３ ７ ｏ ．， ５ｍｍ 时采用 Ｑ３ ５Ｃ￣ ４ ｑ 大于 ３ ５ｍｍ 时采用 Ｑ３０ Ｄ。 ７ｑ
结 构 线形顺 畅 ， 决 桥 面交 通 与 地 面 交 通 之 间 的 解 矛 盾 。对 于这 种 异形 桥 梁 ， 构 设 计 和 施 工 的重 结 点 和难 点 均在 于交叉 位置 桥梁 不仅 要考 虑跨 越相 交道路或桥梁 ， 时， 同 又不 能对 既 有 交 通 造 成 影 响 。在 施工 期 间交 通 组 织 允许 的情 况 下 ， 梁 结 桥 构 一般 采用 相对 较经 济 的预应力 混凝 土 连续 梁结 构 ， 在交通 组织 较严 的情 况下 ， 但 采用 大节 段 整体 吊装 的连续 钢箱 梁方案 也就 成为 首选 方案 。
和 刚度 较 大 的横 梁 的作 用 ； 盖 板体 系 ， 视 作 ③ 被
支承 在纵 肋 和横 梁 上 的各 向同 性 连续 板 ， 接 承 直
受车 轮局 部荷 载Ｌ ］ １ 。 屯
按 主梁体 系建 立有 限元模 型 。采用 空 间梁元 进行计 算 。钢 箱梁 桥面 初始 全宽 ２ 末 端 全宽 ６ｍ，
ａ ）梁单 元 上 ． 芏端 正应 力包 络 图 ／ ａ ＭＰ
图 ２ 第 １ 系 桥 面 板 应 力 体
图 ５ 挑 梁 竖 向位 移 （． ４ ５ｍｍ）
２ １ 年第 ３ ０２ 期
蔡佳骏 张 玉 ： 城市异形 钢箱梁设计若干 问题探讨
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结 构 纵 向 ， 向空 间受 力 特 征 明显 ， 板 厚 度 取 横 顶
４ 中心 梁 高 １ ６ ６ｍ， ． ８ｍ。上 部 结 构 共 离 散 为 ５ ５ 个节 点 ，７个单 元 ， ４ 单元 最大长 度 为 ３ｍ。 ３ ２ 钢 桥 面板应 力计 算及 分析 ．
一
图 ３ 有 限 元 模 型 图 ４ 桥 面板 及 Ｕ 肋 局 部 位 置 ｚ方 向 正 应力
１６ ｍ ｍ 。
４ ２ 加 劲 肋设 计 ．
由于本 桥平 面 位 于 缓 和 曲线 与 圆 曲线 上 ， 同 时 ， 面线 形呈 “ 平 酒瓶 ” ， 状 考虑 到后 期施 工 的可操 作， 加劲 肋采 用 Ｔ形 开 口肋 。
４ ３ 防止 畸变翘 曲的对策 ．
图 ６ 挑 梁 对 应 边 腹 板 内 侧 特 征 点 竖 向位 移 （ ． ａ ０ ６ｒｍ）
算 结果见 图 ３ 。 ～６
① 主梁体 系 ， 由顶 板 和 纵 肋 组 成 主梁 的上 翼 缘 ， 参 与 主梁 共 同受力 ； 桥 面体 系 ， ② 由纵 肋 、 横梁 和 顶 板组 成 的结 构 ， 板被 视 为纵 肋 、 顶 横梁上 翼 缘 的
一
部 分 。该体 系起 着把桥 面上 的荷 载传递 到 主梁
析 正 交 异 性 钢 桥 面 板 的应 力 状 态 时 ， 常 采 用 通 叠 加 的方法 ， 为 如 下 ３个 基 本 体 系 加 以研 究 ： 分
由于 本计算 仅考 虑车 轮荷 载作用 下钢箱 梁桥
面 与大悬 挑臂 板局 部 应 力 及挠 度 ， 算 中进 行 了 计
必 要 的 简 化 ， 轮 荷 载 按 《 路 桥 涵 设 计 通 用 车 公 规范 》３， 用单 轮 重 ７ Ｎ（ 征 值 ） 着 地 宽 度 ［ 采 ］ Ｏｋ 特 ， ０ ６ ． 计算 仅 考 虑车 辆荷 载 中两 后轴 。计 ． ×０ ２ｍ，
时 ， 桥 面板 与挑 臂挠 度均 能满 足结 构受 力要 求 ， 其
从局 部验 算结 构 也能得 知 ， 在工 程设 计 中 ， 钢箱 对
梁结 构受 力按 ３个 体 系进行 受力 分 析是合 理 的 。
４ 细部构 造 处理
隔板 及横 肋 均按平 面 曲线径 向布 置 。
４ ４ 悬 臂 闭合截 面焊 接工艺 设计 ． 本工 程 为城 市市 政 道 路 ， 体 的美 观 至关 重 梁 要 ， 挑 梁结 构采 用 了挑 梁 问 分块 插 入 ４ ｍｍ 装 对 饰钢 板 ， 将挑 梁下 翼 缘 板 从 外观 上 连 接 成 一个 整 体 。而在 后期 施 工 时 ， 虑 到 ４ １ｍ 装 饰 钢板 较 考 １ ３ 薄， 与挑 臂下翼 缘 钢板对 接焊 后平 整度 不好 控制 ， 因此 ， 在两 个 挑臂 问设计 了 ２道 型钢进行 加 劲 ， 装 饰钢 板 连 续 焊 ， 贴在 型 钢 上 ， 实 际 使 用来 看 ， 从 闭
面共 设 ６道直 腹 板 和 ２道 斜 腹 板 ， 板 间距 根 据 腹
图 １ 某 大 道 立 交 路 口异 形 钢 箱 梁 平 面 布 置
加劲 肋 及 支 座 布 置 构 造 的 需 要 从 ４５ ０ ５ ５ ０ ６ ～ ６ ｍｍ； ２ 的截 面设 ４道直腹 板 和 ２道斜腹 板 ， 宽 ６ｍ
２１ ０ ２年 第 ３期
垂 直 于线 路 中心线 。
钢箱 所有 支点 处 横梁 采 用腹 板 间距 ８ ０ｍｍ ０ 的箱 形横 梁 ， 梁腹 板 均 平 行 于横 桥 向的 墩 位 中 横 心线 。腹板 厚 １ ６ｍｍ， 梁腹 板 间纵 向腹 板 对应 横 设 置隔 板 ， 厚 与纵 向腹板 一致 ， 板 在纵 向腹 板 间的
为 了提 高钢梁 横 向刚度 ， 防止 由于荷 载产 生 ， 并 由于 曲线 作用放 大 的畸 变 、 曲 ， 梁腹 板及 底 翘 箱 板 均加 劲处 理 。箱 内纵 向每 ２ｍ 左 右设 １道普 通 横 隔板 ， 间开 设人 孔 ， 点 处设 支 点 横 隔 板 ， 中 支 横
由图 ３ ～６可 见 ， 箱 梁挑 臂在 承受 轮压 作用 钢
Ｉ 工 程 概 况
某项 目钢 箱梁 在下 穿轨道 交 通线 处既 上跨 地 面道 路交 叉 口， 同时又 与上下 桥 匝道连 接 ， 因此 桥 梁平 面线 形呈 “ 酒瓶 ” ， 面宽 度 由一 般截 面 ２ 状 桥 ６ ｍ 变宽 至 ４ １且 由于桥 梁 下 穿 轻 轨 一 号 线 ， ６Ｉ， Ｔ 保 证 桥 面净 空 ４ ５ ｍ， 面 交 通 要 求 桥 下 净 空 ５ ０ ． 地 ． Ｉ， Ｔ 同时也 要控 制钢 梁使用 期 间 的下 挠 度 ， 免梁 Ｉ 避 体 下 挠过 多而 侵 占桥 下 空 间 ， 此 位 置 钢 箱梁 高 故 度 预 留 值 非 常 有 限 。 钢 箱 梁 具 体 平 面 布 置 见
（ ）第 １ 系统 的作 用应 力 为 ３ ． ａ ２ Ｉ Ｏ ３ＭＰ 。忽
略 第 １Ｉ 统 的 影 响 。 Ｉ系
（ ）两相 叠加后 桥 面板应 力 为 ８ ． ａ 很 ３ ８ ８ＭＰ ， 明显 ， 加应力 小 于容许应 力 。 叠
３ ３ ４ｍ 大悬 挑臂 空间分 析 ． 由于钢箱 梁需 与相 邻混 凝 土梁 接顺 ， 设 置 需
（ … 一 ２ Ｐ ， 一 一 １ ． Ｐ ） Ｓ ５Ｍ ａ Ｓ １ ７Ｍ ａ
（ ）第 １ 系桥 面 板 应力 。图 ２为第 １ 系 １ 体 体
桥 面板应 力 。最 大正应 力 Ｄ 一７ ． ａ ｉ ２ ２ ＭＰ ； 一
一
５ ． Ｐ ＜ ｒ ］ １ Ｐ 。 ８ ７Ｍ ａ ｄ 一２ 压 应 力 、 度 变 形 等 ， 对 细 部 构造 提 出 了处 理 措施 。 挠 并 关 键 词 异 形 钢 箱 梁 空间分析 细 部构 造 处 理
作为 主桥 连接 匝道 或主线 连 接分 支线 位置 的 过 渡 桥梁 ， 其通 常需 设置 变宽 度或 变坡 度 、 曲率 变
４ｍ 大挑 臂梁 ， 种 大 挑臂 结构 在 常规 钢 箱 梁 设 这 计 中较 少 见 ， 此横 向 与 纵 向 一样 ， 学 效 应 明 因 力
位 置增 加板 厚 １ ２ｍｍ 的隔板 ， 隔板 间距 不大 于 使
３０ ０ｍｍ。腹板 上设 竖 向加劲 肋 ， 向加劲 肋 间 ０ 竖