钢箱梁匝道桥纵向计算分析

钢箱梁匝道桥纵向计算分析

摘要郑州107高架跨金水东路西侧匝道桥梁采用五跨变截面连续钢箱梁桥型方案，跨径布置为30m+31m+49m+38m+32m。桥梁上部主梁结构采用变截面钢箱梁，下部桥墩采用花瓶式框架桥墩。该文主要介绍钢结构箱梁设计及纵向计算。

关键词钢箱梁；加劲肋；荷载组合；纵向计算

1 概述

107辅道快速化工程规划为南北向城市快速通道，是鄭州市南北向客运大通道。金水东路匝道西側桥梁采用五跨（30+31+49+38+32m）连续钢箱梁桥。桥面宽度8.5m，主梁采用变截面连续钢箱梁，49m跨支点箱梁高度2.4m，跨中及边跨箱梁高度1.8m，变截面采用抛物线过渡[1]。

2 设计要点

桥面板采用正交异性板结构，全桥顶板采用变厚度，分别为边跨等截面段顶、底板厚度为18mm，腹板厚度为16mm；抛物线段顶、底板厚度为18mm，腹板厚度为18mm；支点3.8m等截面段顶底板厚度为28mm，腹板厚度为20mm；中跨跨中顶、底板厚度为20mm，腹板厚度为16mm。

顶板纵向加劲肋采用了U型肋，U肋布置于箱室顶板和悬臂板，其中悬臂端外侧布置2道U形加劲肋，肋高160mm，其余部位布置肋高210mm的U形加劲肋。腹板纵向加劲肋采用厚度16mm钢板，板宽为150mm，加劲肋间距为500mm；底板加劲肋采用厚度16mm钢板，板宽180mm，加劲肋间距为320mm。

普通段箱梁间距3.0m设置一道横隔，横隔钢板厚度14mm，为便于节段间现场施焊，横隔板上布置有进人孔。中横梁横隔厚度为28mm；端横梁横隔厚度为28mm。在支座处设置支撑加劲肋。普通段横隔之间设置一道横梁，横梁高度为600mm，横梁板厚14mm，横梁底板厚度为20mm[2]。

钢箱梁横断面图

3 构造尺寸核算

3.1 板肋单元

根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）

5.1.5条要求验算如下：

板厚（mm）板宽（mm）设置部位宽厚比是否满足

16 180 底板、腹板 11.3 是

18 200 翼缘外侧11.1 是

10 100 隔板加劲肋 10 是

3.2 U形肋构造核算

本桥梁采用两种类型的U形加劲肋，类型二布置于悬臂外侧，其余部分均采用类型一。U肋尺寸如下图：

类型一类型二

根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）5.1.5条第4项要求，闭口加劲肋的尺寸比例验算结果如下：

项目bs hs bs/ts hs/ts 是否满足

类型一 120 217.1 15.0 27.1 是

类型二 110 164.9 13.8 20.6 是

4 作用及作用组合

计算采用设计参数按照《城市桥梁设计规范》CJJ 11-2011及《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）的有关规定取值。

4.1 永久作用

一期恒载：结构自重；焊缝质量按照总重2.4%取值，均布加载全段。

支座处压重，1.8m处117KN/m；2.4m处160.8KN/m；

基础变位：基础不均匀沉降按L/3000计，L为最大标准跨径。考虑不同沉降自由组合。

4.2 汽车荷载

设计荷载为城—A级，单向2车道，纵向折减系数按JTG D60-2015表4.3.1-5取。

4.3 温度荷载

系统温度：整体升温45度，整体降温35度。

梯度温度：梯度升温按照BS5400取值，梯度降温按照-0.5倍梯度升温选取。

4.4 风荷载

按照《公路桥梁抗风设计规范》4.3.1 条计算。

4.5 荷载组合

强度验算：1.1恒载+1.4汽车荷载（计冲击力）+1.1风荷载+0.75×1.4系统温度+0.75×1.4梯度温度+1.0支座沉降；

挠度验算：根据《公路钢结构桥梁设计规范》4.2.3条：计算竖向挠度，应按照结构力学方法并应采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值，频域系数为1.0，连续板梁限值为L/500（L为计算跨径）[3]。

5 结构纵向计算结果

5.1 模型建立

根据桥梁结构布置，采用MIDAS有限元程序，对结构进行离散，采用杆系单元建立模型，共计离散单元数为99个。

离散模型图

5.2 承载力核算

抗弯强度验算：

根据计算结果，顶钢板最大拉应力位于中跨墩支点处，为58.9MPa；最大压应力位于中跨跨中位置，为63.3MPa。

底钢板最大拉应力位于中跨跨中，为127.4MPa；最大压应力位于中跨桥墩处，为124.8MPa。

综上所述，桥梁抗弯强度小于设计值270MPa，满足规范要求。

抗剪强度验算：

根据计算结果，桥梁剪应力最大位于墩支点处，为70.8MPa。小于规范允许值155MPa，满足规范要求。

根据计算结果，各跨最大挠度/跨径均满足规范要求

根据计算结果，抗倾覆系数大于1.5，满足规范要求。

6 结束语

该文对107匝道桥的整体计算过程进行了简要的说明，并给出了相应的计算结果，对于同类钢结构匝道桥梁的计算具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001：132-133.

[2] 吴冲.现代钢桥（上册）[M].北京：人民教育出版社，2006：79-81.

[3] 徐君兰，孙淑红.钢桥[M].北京：人民教育出版社，2011：37.