鋼箱梁匝道橋縱向計算分析

李亞軍?劉成?林偉

摘 要 鄭州107高架跨金水東路西側匝道橋梁采用五跨變截面連續鋼箱梁橋型方案，跨徑布置為30m+31m+49m+38m+32m。橋梁上部主梁結構采用變截面鋼箱梁，下部橋墩采用花瓶式框架橋墩。該文主要介紹鋼結構箱梁設計及縱向計算。

關鍵詞 鋼箱梁；加勁肋；荷載組合；縱向計算

1 概述

107輔道快速化工程規劃為南北向城市快速通道，是鄭州市南北向客運大通道。金水東路匝道西側橋梁采用五跨（30+31+49+38+32m）連續鋼箱梁橋。橋面寬度8.5m，主梁采用變截面連續鋼箱梁，49m跨支點箱梁高度2.4m，跨中及邊跨箱梁高度1.8m，變截面采用拋物線過渡[1]。

2 設計要點

橋面板采用正交異性板結構，全橋頂板采用變厚度，分別為邊跨等截面段頂、底板厚度為18mm，腹板厚度為16mm；拋物線段頂、底板厚度為18mm，腹板厚度為18mm；支點3.8m等截面段頂底板厚度為28mm，腹板厚度為20mm；中跨跨中頂、底板厚度為20mm，腹板厚度為16mm。

頂板縱向加勁肋采用了U型肋，U肋布置于箱室頂板和懸臂板，其中懸臂端外側布置2道U形加勁肋，肋高160mm，其余部位布置肋高210mm的U形加勁肋。腹板縱向加勁肋采用厚度16mm鋼板，板寬為150mm，加勁肋間距為500mm；底板加勁肋采用厚度16mm鋼板，板寬180mm，加勁肋間距為320mm。

普通段箱梁間距3.0m設置一道橫隔，橫隔鋼板厚度14mm，為便于節段間現場施焊，橫隔板上布置有進人孔。中橫梁橫隔厚度為28mm；端橫梁橫隔厚度為28mm。在支座處設置支撐加勁肋。普通段橫隔之間設置一道橫梁，橫梁高度為600mm，橫梁板厚14mm，橫梁底板厚度為20mm[2]。

鋼箱梁橫斷面圖

3 構造尺寸核算

3.1 板肋單元

根據《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64-2015）

5.1.5條要求驗算如下：

板厚（mm） 板寬（mm） 設置部位 寬厚比 是否滿足

16 180 底板、腹板 11.3 是

18 200 翼緣外側 11.1 是

10 100 隔板加勁肋 10 是

3.2 U形肋構造核算

本橋梁采用兩種類型的U形加勁肋，類型二布置于懸臂外側，其余部分均采用類型一。U肋尺寸如下圖：

類型一 類型二

根據《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64-2015）5.1.5條第4項要求，閉口加勁肋的尺寸比例驗算結果如下：

項目 bs hs bs/ts hs/ts 是否滿足

類型一 120 217.1 15.0 27.1 是

類型二 110 164.9 13.8 20.6 是

4 作用及作用組合

計算采用設計參數按照《城市橋梁設計規范》CJJ 11-2011及《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）的有關規定取值。

4.1 永久作用

一期恒載：結構自重；焊縫質量按照總重2.4%取值，均布加載全段。

支座處壓重，1.8m處117KN/m；2.4m處160.8KN/m；

基礎變位：基礎不均勻沉降按L/3000計，L為最大標準跨徑。考慮不同沉降自由組合。

4.2 汽車荷載

設計荷載為城—A級，單向2車道，縱向折減系數按JTG D60-2015表4.3.1-5取。

4.3 溫度荷載

系統溫度：整體升溫45度，整體降溫35度。

梯度溫度：梯度升溫按照BS5400取值，梯度降溫按照-0.5倍梯度升溫選取。

4.4 風荷載

按照《公路橋梁抗風設計規范》4.3.1 條計算。

4.5 荷載組合

強度驗算：1.1恒載+1.4汽車荷載（計沖擊力）+1.1風荷載+0.75×1.4系統溫度+0.75×1.4梯度溫度+1.0支座沉降；

撓度驗算：根據《公路鋼結構橋梁設計規范》4.2.3條：計算豎向撓度，應按照結構力學方法并應采用不計沖擊力的汽車車道荷載頻遇值，頻域系數為1.0，連續板梁限值為L/500（L為計算跨徑）[3]。

5 結構縱向計算結果

5.1 模型建立

根據橋梁結構布置，采用MIDAS有限元程序，對結構進行離散，采用桿系單元建立模型，共計離散單元數為99個。

離散模型圖

5.2 承載力核算

抗彎強度驗算：

根據計算結果，頂鋼板最大拉應力位于中跨墩支點處，為58.9MPa；最大壓應力位于中跨跨中位置，為63.3MPa。

底鋼板最大拉應力位于中跨跨中，為127.4MPa；最大壓應力位于中跨橋墩處，為124.8MPa。

綜上所述，橋梁抗彎強度小于設計值270MPa，滿足規范要求。

抗剪強度驗算：

根據計算結果，橋梁剪應力最大位于墩支點處，為70.8MPa。小于規范允許值155MPa，滿足規范要求。

根據計算結果，各跨最大撓度/跨徑均滿足規范要求

根據計算結果，抗傾覆系數大于1.5，滿足規范要求。

6 結束語

該文對107匝道橋的整體計算過程進行了簡要的說明，并給出了相應的計算結果，對于同類鋼結構匝道橋梁的計算具有一定的借鑒意義。

參考文獻

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

[2] 吳沖.現代鋼橋（上冊）[M].北京：人民教育出版社，2006：79-81.

[3] 徐君蘭，孫淑紅.鋼橋[M].北京：人民教育出版社，2011：37.