下承式城市钢桁架桥上部结构设计与分析

３ 主桁有限元分析
计算中分别采用平面和空间两种建模方法进 行主桁的有限元分析， 并对结果进行了对比分析， 结果表明平面和空间有限元分析结果吻合很好。 ３．１ 平面模型分析
平面模型采用自编程序 Ｓｔｒｕｃｔ 进行计算。桥面 横向计算依据桥面横向布置见图 ３。由于横向布置 不对称， 一侧无人行道且设置防撞墩， 分别按两片 桁架的横向影响线进行最不利布载， 对两片桁架 分别进行分析， 单片桁架计算模型见图 ４。每片桁 架 ２３ 个节点， ４４ 个单元， 按简支桁架进行分析。
用 ５ ｍ 节间， 新桥如果不采用 ５ ｍ 节间， 将产生错
乱的感觉， 破坏桥梁景观， 司机在桥上行驶时也会
有混乱、压抑的感觉。因此新桥也采用了 ５ ｍ 节间，
由于桥长 ５５ ｍ， 这样势必造成了节间奇数， 在中间
的节间采用腹杆相交的方法来避免受力不对称。
主 桁 上 弦 杆 、下 弦 杆 、竖 腹 杆 、斜 腹 杆 均 采 用
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８．５ ｍ（ ｈ／Ｌ＝１／６．５～１／８．５） 。合理的节间长度为（ ０．６～ ０．８） ｈ， 本 桥 节 间 长 度 为 ５ ｍ（ ≈０．６７ ｈ） ， 本 桥 斜 杆 倾 角（斜 杆 轴 线 与 竖 直 线 的 交 角）为 ３０°～３８°，在 ３０°～５０° 范 围 内 。
中 国 公 路 学 报，１９９７，１０（１）． ［８］李 国 豪 ．桥 梁 结 构 稳 定 与 振 动［Ｍ］．北 京：中 国 铁 道 出 版 社，１９９２．
２００６ 年 １１ 月第 ６ 期
Байду номын сангаас
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桥梁结构 ５５
要解决这一区域的交通问题， 必须对老菜市桥进 行改造拓宽。
大连市新建菜市桥位于现有老菜市桥西侧， 新 建 桥 梁 长 ５５ ｍ， 主 桁 中 心 距 １４．５ ｍ， 上 部 结 构 为 下 承 式 钢 桁 架 ， 材 料 为 Ｑ３４５ｃ 钢 ， 设 计 荷 载 为 城 － Ａ 荷 载 ， 人 群 活 载 按 ４．０ ｋＮ／ｍ２ 进 行 计 算 ， 按 照 现 行 规 范 要 求 ， 新 建 菜 市 桥 的 桥 下 净 空 为 ６．８ ｍ， 比 原桥抬高 １．２ ｍ， 为修建电气化铁路预留空间。桥 梁总体布置见图 １。
桥 面 板 采 用 现 浇 钢 筋 混 凝 土 连 续 板 ， 板 厚 ２４ ｃｍ， 桥 面 板 上 设 防 水 层 及 ５ ｃｍ 沥 青 混 凝 土 层 。 桥 面 板 整 体 现 浇 于 １２ 个 钢 横 梁 上 。混 凝 土 强 度 等 级 为 Ｃ５０， 受 力 钢 筋 为 ＨＲＢ４００， 构 造 钢 筋 为 ＨＲＢ３３５ 。
５５０００
上平联 纵杆
下平联斜撑
上平联横撑
１４５０
１４５００ 净 空 ６．８ ｍ ６５００ ８５００
立面图
菜市街
人行道
行车道 防撞墩
５５４００
平面图
图 １ 桥梁总体布置图
疏港路
单 位 ： ｍｍ
２ 结构构造
新建菜市桥为下承式简支桁架桥， 上部结构 由 桥 面 板 、桥 面 系 、主 桁 、联 结 系 和 支 座 五 部 分 组 成。
截面 图示
桥梁的主桁杆件多采用焊接工字形截面， 连 接系杆件多采用 Ｈ 型钢， 而没有采取工字钢， 主 要是由于本桥主要杆件均采用高强螺栓连接， 焊 接工字形截面和 Ｈ 型钢具有宽且平的翼缘， 满足 高 强 螺 栓 设 计 、施 工 要 求 。
对于公路简支桁架的经济梁高大致为跨径的 （ １／５．５～１／８） ， 本 桥 为 曲 弦 钢 桁 架 桥 ， 高 为 ６．５ ｍ～
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下承式城市钢桁架桥上部结构设计与分析
黄 侨 １， 李 莹 １， 杨大伟 １， 刘 宇 ２， 孙广婧 １
（ １．哈尔滨工业大学， 黑龙江哈尔滨 １５００９０； ２．大连市市政设计研究院有限责任公司， 辽宁大连 １１６０１１）
摘 要： 钢桁架桥主要应用于铁路桥梁， 公路桥梁和城市桥梁中较少选用， 但是在城市道路及公路领域选用钢桁架桥有很 多 特 殊 的 优 越 性 ， 例 如 ， 架 设 速 度 快 ， 适 应 当 今 快 速 、重 载 交 通 的 需 要 ， 可 以 为 公 路 和 城 市 增 添 景 观 等 。该 文 介 绍 了 大 连 市 中 心新建菜市桥上部结构的设计要点及桥梁的结构构造， 主桁采用平面及空间两种方式建立有限元模型的分析过程和桥梁 的主要承重结构横梁的计算。结果表明， 该设计选取主桁杆件为焊接工字形截面和 Ｈ 型钢， 可以满足高强螺栓的设计和施 工要求， 采用平面和空间分析主桁的结果吻合很好， 考虑桥面板与钢横梁作为钢 － 混凝土组合结构共同工作， 符合实际结 构 工 作 状 态 。 该 设 计 可 供 以 后 公 路 、城 市 钢 桁 架 桥 设 计 参 考 。 关键词： 钢桥； 桁架桥； 桥梁设计； 城市桥梁 中图分类号： Ｕ４４８．２１１ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００９－ ７７１６（ ２００６） ０６－ ００５４－ ０４
０ 前言
钢桁架桥主要应用于铁路桥梁， 公路及城市 道路领域应用较少。但是在公路及城市道路领域 选 用 钢 桁 架 桥 有 其 特 殊 的 优 越 性 。在 公 路 领 域 、特 别是城市道路中选用钢桁架桥不仅可以适应当今 快速、重载交通的需求， 而且钢桁架桥架设速度 快 ， 可 以 保 证 中 断 交 通 的 时 间 最 短 。同 时 钢 桁 架 桥 还 可 以 为 城 市 和 公 路 增 添 一 道 风 景 线 。例 如 ， 建 于 １９０７ 年 的 上 海 市 外 白 渡 桥 目 前 保 留 完 整 ， 而 且 成 为上海市的标志景观之一。在公路领域也有许多 钢 桁 架 桥 。 例 如 ， 广 东 开 平 市 的 齐 塘 桥（ 又 名 合 山 桥） 是 建 于 １９３４ 年 的 中 国 第 一 高 强 钢 公 路 桁 架 桥 ， 桥 全 长 ６９．３ ｍ， 可 供 ２ 辆 １５ ｔ 重 卡 车 并 排 行 驶， 桥型为下承式单跨钢桁架， 上弦为曲弦式， 该 桥 至 今 完 好 ； 于 １９７２ 年 １ 月 １ 日 开 工 ， 同 年 １０ 月 １ 日即建成通车的北镇黄河公路桥位于山东省滨 州 市 ， 全 桥 总 长 １ ３９０．６１ ｍ， 主 桥 为 ４×１１２ ｍ 三
２００； 纵 梁 为 六 道 ， 断 面 为 Ｈ 型 钢 ， 型 号 为 ＨＷ２００×２００。 纵 梁 布 置 在 横 梁 的 受 压 区 ， 以 增 加 横梁的稳定性。
联结系主要 承 受 横 向 作 用（风 载 、地 震 作 用 等） ， 增 强 侧 向 刚 度 和 抗 扭 刚 度 。上 弦 水 平 横 撑 、斜 撑 断 面 均 为 Ｈ 型 钢 ， 型 号 为 ＨＷ２５０×２５０， 上 平 联 中 间 还设有一个纵杆， 断面为 Ｈ 型钢， 型号为 ＨＷ２００× ２００。 下 弦 水 平 斜 撑 断 面 为 Ｈ 型 钢 ， 型 号 为 ＨＷ１２５×１２５。桥面系及联接系平面布置见图 ２。
（７）．
件均已出现不同程度的损坏， 所以急需进行加固 维修。
［５］张 启 伟 ， 袁 万 城 ， 范 立 础 ． 大 型 桥 梁 结 构 安 全 检 测 的 研 究 现 状 与 发 展［Ｊ］．同 济 大 学 学 报，１９９７，２５（ｓ）： ７６－ ８１．
［６］王 其 祥 ．扩 大 拱 肋 截 面 加 固 双 曲 拱 桥 ［Ｊ］． 公 路 交 通 科 技 ，１９９７，１４
焊 接 工 字 形 截 面 ， 端 斜 杆 采 用 焊 接 箱 形 截 面 。杆 件
具体形式见表 １。
杆件 上弦杆
名称
表 １ 主桁杆件截面形式表 下弦杆 端斜杆 竖腹杆
斜腹杆
钢 板 ２□６００×３２ ２□６００×２４ ２□６０００×３２ ２□２６０×１６ ２□４４０×２０ 尺寸 （ ｍｍ） １□５３６×２４ １□５５２×２０ ２□５３６×２４ １□５６８×１６ １□５６０×１６
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 本 文 从 现 场 调 研 测 试 和 结 构 数 值 分 析 两 个 方 ［２］李 晓 光 ， 周 晶 ． 在 役 钢 筋 混 凝 土 拱 桥 病 害 分 析 和 力 学 性 能 研
面， 对湟水河大桥进行了病害诊断分析和受力特 性研究。可以看出， 上述两种途径既互为补充， 又 互为验证， 可较为全面地反映出桥梁现存的主要 病 害 问 题 。由 于 该 桥 目 前 处 于 超 载 运 营 状 态 ， 各 构
究［Ｊ］．防 灾 减 灾 工 程 学 报，２００４，２４（１）． ［３］王 技 ． 旧 拱 桥 的 病 害 分 析 与 贡 量 评 价 体 系 的 建 立 ［Ｊ］． 公 路 交 通
技 术，２００５，９５（４）． ［４］黄 小 平 ， 韦 忠 胜 ． 盐 津 河 大 桥 病 害 分 析 及 加 固 ［Ｊ］． 公 路 ２００６，１２
收稿日期： ２００６－ ０５－ ２３ 作 者 简 介 ： 黄 侨（ １９５８－ ） ， 男 ， 上 海 人 ， 教 授 ， 从 事 桥 梁 工 程 科 研 与教学工作。
角形连续钢桁架； 沪宁高速公路上首座下承式钢 桁 架 桥 － 无 锡 北 兴 塘 大 桥 ， 该 桥 于 ２００５ 年 ３ 月 １ 日杆件拼装开始， 到纵向拖拉到位， 前后共经历 ４８ ｄ， 于 同 年 ４ 月 １７ 日 晚 实 现 纵 向 拖 拉 到 位 ， 该 大 桥 的 就 位 不 仅 为 同 年 ６ 月 ３０ 日 前 沪 宁 高 速 南 半幅贯通创造了条件， 也为北半幅主线的建成奠 定 了 基 础 。由 此 可 见 ， 钢 桁 架 桥 在 公 路 和 城 市 道 路 领域有其特殊的优越性， 应用前景乐观。
桥 面 系 由 横 梁 、次 横 梁 、纵 梁 构 成 。 一 般 铁 路 桥桁架传力体系是： 桥面系荷载传至纵梁， 再由纵 梁传至横梁， 然后由横梁通过节点传递至桁架杆 件 。考 虑 到 公 路 钢 桥 荷 载 分 布 比 较 灵 活 ， 不 像 铁 路 钢桥受力位置固定， 本桥采用如下传力体系： 桥面 系荷载直接通过桥面板传至横梁， 节点处横梁把 该横梁荷载通过节点传至桁架杆件。桥面系横梁 共 １２ 道 ， 断 面 为 焊 接 工 字 形 钢 ， 钢 板 尺 寸 分 别 为 ： ２□ ６００×４０， １□ ６２０×２５（ 单 位 ｍｍ） 。铁 路 桥 一 般都为明桥面板， 对于公路桥梁应考虑桥面板与 钢横梁的组合作用， 因此本设计为了保证混凝土 板与钢横梁共同工作， 在钢横梁顶面设置了栓钉 剪力键， 使钢横梁与桥面板形成钢 － 混凝土组合 梁 共 同 受 力 。每 两 个 横 梁 之 间 还 设 有 一 道 次 横 梁 ， 次 横 梁 共 １１ 道 ， 断 面 为 Ｈ 型 钢 ， 型 号 为 ＨＷ２００×