溫州市某大橋鋼梁結構設計研究

張明軍

/中交第四公路工程局有限公司

溫州市某大橋鋼梁結構設計研究

張明軍

/中交第四公路工程局有限公司

橋梁設計和施工中，鋼梁結構具有舉足輕重的地位。以溫州市某大橋鋼梁結構設計為例，重點討論了鋼縱梁、橋面錨拉板、鋼橫梁、小縱梁、懸臂梁和風嘴等構造的布設，并提出相關的設計要求。

橋梁；鋼梁；設計；結構

引言

在前期設計及工程施工過程中，鋼梁的穩定性及節點、支架問題尤為重要[1-3]。本文以溫州某大橋鋼梁結構為研究對象，重點對鋼縱梁、橋面錨拉板、鋼橫梁、小縱梁、懸臂梁和風嘴等構造進行了布設，以期達到橋梁結構的穩定性和外觀的優美性的完美結合。

擬施工大橋位于溫州市鰲江鎮，橫跨鰲江，與龍港鎮彩虹大道連接。大橋全長1400m，其中跨江大橋長1105m，主橋長280m，為130+150m獨塔雙索面斜拉橋。引橋結構為預應力混凝土現澆箱梁。鰲江寬550m，河底最低標高-4.5m，常水位2.5m，水深處約6～7m。

橋塔采用鉆石形塔，塔高99.4m，為獨塔、空間雙索面密索體系。主跨跨徑為150m，下方為主通航孔；邊跨跨徑為130m，下方為輔助通航孔。主橋標準段橋寬2.25m，人行道+3.5m，非機動車道+2m，掛索區+11.5m，索塔處橋面寬度為47.5m。

1.工程地質背景

工程區地處亞熱帶季風區，氣候溫暖濕潤，四季分明，雨量充沛。每年夏秋之交常受臺風侵襲。年平均氣溫18℃，最高氣溫在7月份，平均氣溫28.3℃。多年平均降水量1668.1mm，年最大降雨量2341.1mm，降雨集中在4～9月份。年平均無霜期為343.6天，年平均結凍期為14.1天。10月至豎年4月為多霧日，每月多則5至6天，少則1至2天。

工程沿線表層沉積第四紀堆積物，厚度巨大，鉆探揭露厚度約130m，下伏基巖為花崗巖，風化層厚度大。主墩橋墩位置淤泥層層厚約33m，根據地質資料分析需穿越3次卵石層；其余水上橋墩位置淤泥層約30m，需穿越兩次卵石層。

2.工程概況

主橋全長280m，主橋孔跨布置為130+150m獨塔組合梁斜拉橋，整體結構為塔梁固結體系，橋塔采用鉆石形塔，塔高99.4m，為獨塔、空間雙索面密索體系（圖1）。主橋鋼結構加工制作工程量約4890t，現場安裝工程量為4658t。主橋組合梁體系除風嘴外鋼材材質均為Q345qD，風嘴材質為Q235C。橋塔鋼牛腿與鋼錨梁材質均為Q345qD。

圖1 橋塔塔梁固結示意圖

橋塔采用鉆石形塔，塔高99.4m，從上至下分別為塔冠、上塔柱和下塔柱。上、下塔柱通過承臺、橫梁與塔冠相連。橋塔包括32個鋼錨梁和與之對應的64個鋼牛腿。全橋共有64根斜拉索，沿橋塔對稱布置。橋塔內鋼結構主要包含用于索張拉的鋼錨梁和支撐鋼錨梁的鋼牛腿。此外，主橋ZL0#號段中間橫梁為半勁性結構，與橋塔橫梁固結。

橋塔鋼錨梁與其支撐結構鋼牛腿通過M22高強螺栓連接，鋼錨梁用于拉索張拉，鋼牛腿是鋼錨梁的支撐結構，由座板、托架、塔壁預埋鋼板、剪力釘和勁性骨架相連的連接鋼板組成。橋塔共包含16個鋼錨梁和32個鋼牛腿。鋼錨梁最大板厚為50mm，鋼牛腿最大板厚為65mm。

3.鋼梁結構

主橋斷面采用鋼主梁結合橋面板的整體斷面形式，主橋由鋼縱梁、鋼橫梁、小縱梁、懸臂梁以及風嘴連接形成鋼構架，并在其上部鋪設預制橋面板，現澆混凝土濕接縫，與鋼梁上的剪力釘形成整體，組成鋼-混組合梁體系。主橋總長280m，共包含37個梁段，其中分為橋塔、邊跨和主跨節段。主橋鋼縱梁、小縱梁、鋼橫梁懸臂梁均采用“工”字形鋼梁，頂板設置2%的雙向橫坡。組合梁標準段長8m，合攏段長3m。

（1）鋼縱梁構造

鋼縱梁采用“工”字形截面，沿橋梁中心線對稱布置，其底板水平，頂板設置2%的單向橫坡，腹板采用直腹板。單側鋼縱梁公劃分為37個梁段，其中邊跨17個梁段，主跨19個梁段和一個0號梁段。鋼縱梁梁高包含3200mm3200～2800mm過渡段、2800mm三種，頂板寬度均為800mm，底板寬度包含1600mm、1600～1250mm過渡段、1250mm三種。頂板與腹板厚度均為35mm，底板厚度均為80mm。鋼縱梁邊跨17號梁段為鋼混銜接段，梁高漸變至4300mm。鋼縱梁在腹板外側設兩道縱向加勁肋，加勁肋寬382.5m，厚度為30mm。鋼縱梁分別間隔1200mm、800mm在腹板兩側設置豎向橫隔板，與鋼橫梁相連處橫隔板板厚為30mm，其他處橫隔板板厚為20mm。

（2）橋面錨拉板構造

錨拉板焊接于邊主梁上翼緣板頂面，錨管嵌于錨拉板上部中間位置，兩側與錨拉板焊接。錨拉板厚度有60mm、55mm和50mm三種。錨管截面尺寸有Φ432×36、Φ407×36、Φ352×36。

（3）鋼橫梁構造

鋼橫梁采用“工”字形截面，沿橋軸線每4m設置一道，位置與鋼縱梁30mm厚橫隔板位置相對應。梁底板水平，頂板采用雙向2.0%的橫坡，橫梁跨中梁高2545mm，底板與頂板寬度均為600mm。其中，鋼橫梁頂板厚度為24mm，底板厚度為45mm（斜拉索處）和35mm（非斜拉索處），腹板厚度為30mm（斜拉索處）和20mm（非斜拉索處）。鋼橫梁對稱于腹板各設置一道水平加勁肋，水平加勁肋寬150mm，厚20mm。垂直于水平加勁肋每隔1800mm設置一道豎向加勁肋，豎向加勁肋與頂板相連，下端距離底板上緣80mm。豎向加勁肋寬度為150mm，厚度為20mm（斜拉索處）和16mm（非斜拉索處）。在豎向加勁肋間設置較短的豎肋支撐板，板厚16mm，用來支撐橫梁頂板和混凝土橋面板。

（4）小縱梁構造

小縱梁位于橫梁中部，采用“工”字形截面，梁高1000mm，上翼緣寬600mm，下翼緣寬300mm。其中上翼緣厚度為30mm，下翼緣厚度為35mm（橋塔處）和30mm（橋塔外），腹板厚度為25mm。小縱梁每間隔1000mm設置一道豎向加勁肋，厚度為12mm。小縱梁與鋼橫梁通過焊接相連。

（5）懸臂梁構造

懸臂梁位于鋼縱梁外側，沿橋面對稱布置。懸臂梁為人行道及非機動車道挑臂鋼梁，標準段懸臂梁長度為6350mm，橋塔處懸臂梁長度為11242mm。懸臂梁頂板、底板寬度均為600mm，腹板高度由所在位置鋼縱梁高度過渡至800mm。懸臂梁頂板、底板和腹板板厚均為20mm。懸臂梁對稱腹板設置一道水平加勁肋，板寬155mm，板厚12mm，并每隔1500設置豎向加勁肋，板寬155mm，板厚12mm。

（6）風嘴構造

風嘴對稱布置于懸臂梁外側，用于改善橋梁抗風穩定性（圖2）。風嘴各板件厚度均為8mm，各板件內側均設置縱向100mm×10mm的加勁肋，并每隔一段距離設置8mm厚橫向隔板。風嘴通過橫向隔板與懸臂梁使用M24普通螺栓連接，風嘴節段間隙使用氯丁橡膠密封。

圖2 風嘴栓接構造圖

鋼梁縱向分段分為0號段、1號段、標準段、鋼混結合段和合攏段五類。其中0號段寬8m，包含三根鋼橫梁；1號段寬5m；標準段寬8m；鋼混結合段長度為9.34m，合攏段寬度為3m。

4.設計要求

4.1 材料要求

橋面鋼組合梁、錨拉板和鋼錨梁采用Q345qD材質，風嘴采用Q235C材質，特殊節段鋼縱梁頂板還須符合相關要求，厚度方向性能級別為Z25，硫含量應小于0.005%。鋼材除必須有生產鋼廠的出廠質量證明書外，并按合同和TB10212－2009標準進行復驗，做好復驗檢查記錄。制造使用的鋼板或型鋼，在材質 或規格方面，原則上不允許制造廠家自行更換鋼材型號，如有意外變化，對原設計需做任何改變時，必須事先報承包商，并征得設計單位同意，辦理相應的設計變更文件，方可實施。鋼材的化學成份、力學性能應滿足相關規范要求。對于鋼板的表面缺陷，應根據《鐵路鋼橋制造規范》（TB10212-2009）[4]的有關規定進行修補和處理。鋼板厚度a的偏差應符合相關規定。

4.2 焊材要求

焊接材料應根據焊接評定試驗結果確定。選用焊接材料應保證焊縫金屬與母材相匹配，并應符合相應的國標要求。焊接工藝設計應盡量減少由于焊接引起的變形。使用的焊絲、焊劑，焊接鋼板后，其熔敷金屬的屈服強度（σ），極限強度（σb），延伸率（δa）及沖擊韌性應與母材匹配相當，并不低于母材的各項機械性能，保證焊接接頭（包括熱影響區、融合區）的各項性能與母材匹配并不低于母材；焊接材料應有鋼結構加工單位根據母材鋼板的技術要求和性能來選用焊絲和焊劑，并事先經過工藝評定試驗和有關的專項試驗評定后方能確定；對采用二氧化碳氣體保護焊的部位，其中CO2氣體純度應≧99.5%。其相應的焊接材料亦應由焊接加工單位事先做好工藝試驗和評定,相關方案報批監理同意后實施。

[1]張永浩，趙寶利，劉晶，等.多層帶懸挑大跨鋼連廊結構設計[J].建筑結構，2016，20：104-107.

[2]陳春暉，丁生根,，花更生，等.中國平安金融大廈結構設計[J].建筑結構，2007，5：38-41.

[3]童根樹，張磊.薄壁鋼梁穩定性計算的爭議及其解決[J].建筑結構學報，2002，23(3)：44-51.

[4]中華人民共和國鐵道部.鐵路鋼橋制造規范（TB10212-2009）[S].中國鐵道出版社，2010.

作者：張明軍，男，1981.11，漢，河南，本科畢業，工程師，路橋工程。

通訊地址：浙江省溫州市平陽縣鰲江鎮江口路198號，郵編：325400。

Steel beam plays an important role in bridge design and construction.Taking the steel beam structure design of a bridge in Wenzhou as an example, we focus on the layout of steel longitudinal beam, bridge deck anchor tensile plate, steel beam, small longitudinal beam, cantilever beam and wind, etc, and put forward the relevant design requirements.

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