鋼板梁橋在某站場落客車道上的計算分析與應用

胡福南

（廣州市公用事業規劃設計院　廣州　510230）

引言

2016年，交通運輸部發布了《關于推進公路鋼結構橋梁建設的指導意見》，明確要通過5年的努力，使我國公路行業鋼結構橋梁設計、制造、施工、養護技術基本成熟，技術標準更加完備，新建的特大、大跨徑橋梁以鋼結構為主，新改建工程中的常規橋梁，使用鋼結構橋梁的比例獲得明顯提升。

本文通過某站場擴能改造工程實例，對鋼板梁橋進行構造驗算及結構計算分析。

1　項目概況

某站場擴能改造工程主要為站場的高架落客車道、匝道，橋梁寬度33.75m。設計荷載為城-A級，道路等級為城市次干路，設計安全等級一級，橋梁設計基準期100年。

由于下部結構只能利用站場建筑的構造柱，而構造柱間間距為18～25m不等，按橋梁結構分析，結構縱橫向跨度均較大，受力復雜，且該區域下面有土建工程結構使用空間，建筑高度有限制。故采用適應能力強的鋼板梁結構。

鋼板梁采用Q345C橋梁用鋼，鋼橫梁采用箱型結構：頂、底板采用32mm厚，腹板采用24mm厚；縱梁采用工字梁結構：頂、底板采用26mm厚，腹板采用20mm厚，縱梁標準間距取2.2m、1.8m。縱向加勁肋頂、底板采用U形肋，腹板板采用板肋，板肋厚度12mm，U形加勁肋厚度6mm；橫隔板厚度14mm。

圖1　橫斷面圖（單位：mm）

2　鋼板梁的構造驗算

2.1　受壓板件加勁肋幾何尺寸要求驗算

根據《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTGD64-2015）第5.1.5條，板肋的寬厚比要求如下：

本次設計鋼板梁驗算如下：

閉口加勁肋的尺寸比例要求如下：

本次設計鋼板梁驗算如下：

2.2　受壓加勁板設計要求驗算

根據《公路鋼結構橋梁設計規范》JTGD64-2015中第5.1.6條，選最不利縱、橫加勁肋相對剛度要求如表1。

表1　

2.3　腹板和腹板加勁肋設置要求驗算

腹板最小厚度按《公路鋼結構橋梁設計規范》JTGD64-2015第5.3.3條驗算。腹板最小厚度設計值20mm，大于不設加勁肋規范要求值13mm。其驗算如表2。

2.4　支承加勁肋要求驗算

表2　

支座處支撐加勁肋按《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTGD64-2015）第5.3.4條，取最大支反力位置驗算如表3所示。

表3　

2.5　正交異性鋼橋面板驗算

（1）正交異性鋼橋面板最小厚度按《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTGD64-2015）第8.2.1條驗算。橋面板最小厚度設計值16mm，大于規范要求值14mm，滿足要求。

（2）正交異性鋼橋面板縱向加勁肋要求驗算

根據《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTGD64-2015）第8.2.3條驗算。橋面板縱向加勁肋最大間距均不超過最小間距的1.2倍。

閉口加勁肋的幾何尺寸規定計算如表4。

表4　

（3）正交異性鋼橋面板應力驗算及第8.2.5條要求驗算

采用MIDASCivil2010程序建立板單元模型進行計算，模型大小采用2.1m寬（主梁間距），6m長（加強橫隔間距）。邊界條件采用對模型截取面進行點彈簧約束，約束剛度采用鋼材設計強度進行換算，如圖2所示。

圖2　正交異性鋼橋面板板單元模型圖

計算中考慮考慮了結構自重、橋面二期恒載以及車輛荷載作用。車輛荷載采用重車單后輪（5＃軸）及第2＃、3＃軸單邊輪進行對比驗算，車輪尺寸采用0.6m×0.25m，并考慮鋪裝厚度0.2m按45°角擴散作用于橋面板上。

采用承載能力極限狀態強度驗算如圖3、圖4。

采用車輛荷載作用下撓度驗算如圖5、圖6。

圖3　正交異性鋼橋面板5＃軸單輪應力圖

圖4　正交異性鋼橋面板第2＃、3＃軸單邊輪應力圖

圖5　正交異性鋼橋面板5＃軸單邊輪變形剖切圖

圖6　正交異性鋼橋面板第2＃、3＃軸單邊輪變形剖切圖

由以上計算結果可知，在基本組合作用下正交異性鋼橋面板最大正應力為30.1MPa，遠小于鋼材設計強度275MPa。按《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTGD64-2015）第8.2.5條驗算正交異性鋼橋面板的撓跨比Dmax/L=0.36mm/300mm=1/833.33＜1/700，滿足規范要求。

3　鋼板梁的結構計算

結構計算采用采用有限元程序建立梁格模型進行計算。

圖7　第一聯計算模型圖

計算結果匯總如下（疲勞驗算略）：

（1）2＃墩箱型橫梁跨中最大應力為162MPa＜270MPa，滿足規范要求。

（2）2＃墩箱型橫梁中支點處最大剪應力為104＜160MPa，滿足規范要求。

（3）跨中撓度

汽車荷載作用下，第一跨跨中結構在豎向的最大位移為15.4mm＜L/600=30.2mm。

設置預拱度：

預拱度值等于結構重力和1/2汽車荷載所產生的豎向撓度。

（4）結構自振頻率

一階自振頻率為4.43Hz。

4　結語

通過對鋼板梁的構造驗算及結構計算進行分析，鋼板梁在選擇了合適的構造尺寸后均可滿足鋼橋各項使用要求。因此，由于鋼板梁橋建筑高度小、構造簡單、制作容易，可分塊運輸，安裝、維護、養護均方便，在工期要求緊、場地受限的情況下，建議優先選擇鋼板梁結構。

[1]蘇彥江.鋼橋構造與設計[M].西南交通大學出版社，2006，12.

[2]陳華婷，遲嘯起，黃艷.正弦波形波紋腹板工字型鋼板梁的抗剪強度[J].公路交通科技，2013，30（05）：38～46.

[3]宋紅飛.全焊連續鋼板梁制作標準化工藝研究[J].鋼結構，2017，32（09）：93～96+5.