新海燕橋工程豎轉鋼箱梁開啟橋設計

郭繼業，杜建成，高康平

（珠海市規劃設計研究院，廣東 珠海 519000）

0 引 言

新海燕橋工程位于珠海市香洲區情侶中路東側，起點位于情侶路與東風路交叉口，終點交野貍島規劃路，設計長度707.707 m，其中橋梁總長583.4 m，跨徑組合為：20 m 空心板 +3×（3×30）m小箱梁+4×30 m小箱梁+33.4 m豎向開啟鋼箱梁+4×30 m小箱梁+20 m空心板。為了保證清淤船只通行，設置了一孔跨度33.4 m豎向開啟鋼箱梁。全橋等寬23 m，其中開啟橋孔分為左右兩幅，其余橋孔均為整幅。開啟橋孔不設橫坡，只設3‰縱坡與兩側非開啟橋孔順接[1-5]。

1 設計要點

開啟橋常見型式有豎向轉動、垂直提升、水平轉動和水平移動等，經過多方案比選及專家論證，最終采用豎向轉動方案。開啟方式為單臂仰開式，需要通航時，鋼箱梁繞鉸支座向上開啟57°，滿足水面以上16 m凈高，20 m凈寬的通航要求，通航完畢，關閉鋼箱梁，通行車輛和行人。

開啟橋孔主要由鋼箱梁、鉸支座、啟閉油缸、鎖定裝置、液壓泵站、固定支座、壓重鑄鐵塊、伸縮縫、限位架、電氣控制設備、設備預埋件等組成。

鉸支座設在14號墩轉動腔體內的混凝土支墩上，距鋼箱梁尾端580 cm，采用高強螺栓與鋼箱梁連接。

單幅橋由2×5 000 kN雙頂點液壓啟閉機操作，頂點距鉸支座470 cm。油缸缸體、活塞桿均通過球面自潤滑軸承與鉸支座連接，缸體尾端鉸支座通過埋件與混凝土基礎連接，活塞桿端鉸支座通過高強螺栓與鋼箱梁連接。油缸活塞桿伸出時使橋體開啟，退回時使橋體關閉。頂升按位移控制，保證兩幅橋同步開啟和關閉。

鋼箱梁尾部設鎖定鉸，在轉動腔體支墩上設鎖定裝置，鋼箱梁開啟后由鎖定裝置鎖定。

單幅開啟橋的啟閉機油缸和鎖定裝置油缸由一套液壓泵站操作，液壓泵站與油缸之間通過管路連接，在相對運動部位設高壓膠管。液壓泵站及其電氣控制設備布置在14號墩轉動腔體機房內。

15號墩頂處設固定支座和緩沖裝置。固定支座作為橋體另一端在關閉狀態下的支承，緩沖裝置用于減緩橋體關閉時對固定支座的沖擊。

開啟橋孔兩端與相鄰橋孔之間分別通過一組活動伸縮縫裝置銜接，以適應橋體的溫度變形和制造誤差。具體見圖1～圖4所示。

圖1 開啟橋關閉狀態示意圖（單位：cm）

圖2 開啟橋開啟狀態示意圖（單位：cm）

圖3 開啟橋鋼箱梁橫斷面圖（單位：cm）

1.1 主要技術標準

（1）道路等級：城市支路，雙向4車道；

（2）設計速度：30 km/h；

（3）荷載等級：汽車荷載為城-A級，人群荷載為3.5 kPa；

（4）橋梁結構設計基準期：100 a，設計使用年限：100 a；

（5）橋梁設計安全等級：一級；

（6）環境類別：按Ⅲ類環境進行混凝土結構的耐久性設計；

（7）橋梁設計最高潮水位：1/100；

（8）橋梁常水位：0.55 m，100 a一遇潮水位：3.07 m；

（9）航道等級：無規劃航道，考慮后期清淤，設置凈寬20 m的開啟橋孔；

（10）抗震設防標準：按7度設防，地震動加速度峰值0.1g。

1.2 上部結構

圖4 開啟橋轉動腔體平面圖（單位：cm）

開啟橋跨徑為33.4 m，橋梁全寬23 m，分為左右兩幅橋，單幅寬11.45 m，兩幅之間設10 cm縫隙。上部結構采用單箱單室變高鋼箱梁，梁高150～200 cm，頂板厚 16～22 mm，腹板厚 16～18 mm，底板厚12～22 mm。在鋼箱梁尾部箱室內布置鑄鐵塊壓重，以平衡橋體部分重量，減小啟閉力。

1.3 下部結構

為保證鋼箱梁能順利豎向轉動及布置機械設備，在14號橋墩設轉動腔體，腔體外輪廓尺寸為1450 cm×2830 cm×952 cm，側墻厚度均為90 cm。底部基礎為1550cm×2930cm×250 cm整體承臺，承臺下設D100 cmPHC管樁，順橋向5排，間距為（2×365+2×310）cm，橫橋向 8排，間距為（478+2×310+535+2×310+478）cm，總計 40 根。

在兩幅箱梁轉動鉸支座底部分別設460 cm×750 cm×749.4cm混凝土支墩，在支墩與大樁號側墻間設396 cm×350 cm×440 cm液壓泵站機房，在兩個支墩之間設置270 cm×405 cm×440 cm的電氣柜機房，三個機房底部均墊高50 cm。為防止腔體內積水，設置一個180 cm×300 cm×100 cm集水坑，在集水坑內設潛水泵，將積水抽到腔體外面。

14號墩除樁基外均采用P8防滲混凝土，并且除樁基外結構外表面均采用硅烷浸漬進行防護。14號橋墩采用雙壁鋼圍堰施工。

15號墩采用鋼筋混凝土大挑臂蓋梁接方形雙柱墩配承臺和PHC管樁基礎。蓋梁橫橋向長2 210 cm，順橋向寬180 cm，高160 cm，蓋梁不設橫坡，靠鋼箱梁側設置加高塊，以協調鋼箱梁與小箱梁梁底之間的高差。墩柱間距1070cm，斷面尺寸為180 cm×180 cm。承臺尺寸為1 790 cm×500 cm×200 cm，下部接10根D100 cmPHC管樁。為防止船撞，承臺頂面埋在海床線以下50 cm。

1.4 啟閉系統

該工程設2幅開啟橋，分別由2套液壓設備控制。液壓啟閉機包括4套主油缸、4套鎖定油缸、2套泵站系統和2套電氣控制系統。

（1）啟閉機采用1站1孔控制方式，主油缸與鎖定缸共用一套液壓泵站。

（2）電氣控制具有遠程控制、現場控制、現場檢修手動控制三種方式，三種方式之間相互聯鎖。

（3）液壓泵站的油泵電動機組為兩臺，互為備用。

（4）啟閉機具備下滑回升功能：當油液泄漏或氣溫變化引起活塞桿下滑150 mm時，工作泵組自動投入工作，使活塞桿回升復位；如果活塞桿未能復位而繼續下沉至200 mm時，備用泵組自動投入工作，將活塞桿恢復至原位，同時在遠方監控室和現場均發出聲光報警信號。

（5）啟閉機內置行程檢測裝置，具有雙缸同步糾偏功能，采用比例糾偏，同步偏差≤4 mm。

（6）缸體材料采用45號鋼?；钊麠U材料采用45號鋼，并正火處理，活塞桿表面噴涂金屬氧化陶瓷層TCT1.0防腐。油缸主要技術參數見表1所列。

1.5 鎖定系統

開啟橋液壓鎖定裝置設在橋體尾部，由液壓泵站操作，液壓泵站及其電氣控制設備布置在橋體下方的機房內。在開啟狀態由鎖定裝置鎖定梁體，防止液壓啟閉機漏油導致梁體突然掉落造成事故。

鎖定裝置由上鉸座、下鉸座、銷軸、油缸、機架及預埋件等組成。上鉸座采用高強螺栓安裝在鋼箱梁尾端，下鉸座、機架采用地腳螺栓和預埋件安裝在混凝土支墩上，油缸通過管路系統與液壓泵站連接。需要鎖定時，銷軸由油缸驅動穿過上鉸座軸孔，上鉸座軸孔直徑大于銷軸直徑，正常狀態下軸孔不與銷軸接觸。

表1 油缸主要技術參數表

1.6 欄桿設計

鋼箱梁尾端與小箱梁銜接處欄桿立柱采用傾斜設計（見圖5），以避免開啟時欄桿碰到小箱梁。

圖5 欄桿立面圖

1.7 限位裝置

在14號墩轉動腔體內設導向限位架（見圖6），防止啟閉過程中鋼箱梁橫向擺動。

圖6 限位裝置構造圖（單位：cm）

1.8 鋼箱梁橋面涂裝

為減小二期恒載，降低啟閉力，除橋梁欄桿外，不設置瀝青混凝土鋪裝及其它構造物，為此對鋼箱梁頂面涂裝進行了特殊設計，詳見表2所列。

表2 涂裝方案一覽表

E5環氧底漆與除銹等級Sa2.5鋼板表面的附著力為15 MPa，抗滑系數見表3所列。涂裝的抗剝離強度、抗滑系數均滿足使用要求。

表3 涂層抗滑系數表

1.9 橋梁運行輔助系統

為保證開啟和閉合過程的安全，設置以下三個輔助系統：

（1）開啟遠程控制系統：在橋頭設置開啟遠程控制室，將橋梁遠程控制系統集成于控制室內。同時，在橋面設置監控系統，將橋梁轉動實時視頻傳送到監控室內。

（2）機動車及行人交通控制系統：由于橋梁開啟時不能行車，且不允許行人靠近開啟橋孔，因此，在橋上設置閘機，控制機動車通行，并設置紅外監控系統監控是否有行人靠近開啟橋孔。

（3）視頻監控及廣播系統：在開啟橋孔附近設置視頻監控探頭，監控是否有行人在危險區域內；在橋上設廣播系統，通知行人在開啟前撤離到安全區域，并在開啟過程中警告行人切勿靠近。

2 鋼箱梁靜力分析

2.1 計算模型簡介

采用Midas Civil 2019軟件進行結構分析，將鋼箱梁劃分為16 744個薄板單元。計算采用參數如下：

（1）鋼材重力密度：78.5 kN/m3，焊縫重量按1.5%考慮。

（2）梯度溫度：頂板升溫5°，頂板降溫5°。

（3）均勻溫度：整體升溫30°，整體降溫30°。

（4）汽車沖擊系數：0.45。

（5）強迫位移：油缸不同步4 mm。

（6）風力：風壓取 1kPa。

（7）荷載組合如下：

承載能力極限狀態基本組合：1.1×[1.2×結構重力+1.4×汽車重量+1.05×人群重量+1.05×均勻溫度應力+1.05×梯度溫度應力+0.825風力]；

作用標準值組合：結構重力+汽車+人群+均勻溫度+梯度溫度+風力。

2.2 撓度驗算

在活載作用下，鋼箱梁撓度為2.76 cm＜L/500=2715/500=5.43（cm），滿足要求。

2.3 應力驗算

在通車運營、開啟0°、開啟57°、鎖定這四種工況下，鋼箱梁承載能力極限狀態基本組合應力見表4所列，Q345C鋼材抗拉、抗壓和抗彎強度設計值為270 MPa，抗剪強度設計值為155 MPa。從表4可以看出，鋼箱梁強度滿足要求。

表4 鋼箱梁應力表 MPa

2.4 啟閉力驗算

單個液壓啟閉機額定啟閉力、作用標準值組合下單個頂升點支反力見表5所列。從表5可以看出，啟閉力滿足要求。

表5 啟閉力驗算表 kN

3 結語

本文介紹了新海燕橋工程豎轉鋼箱梁開啟橋結構設計和靜力分析，可供同類工程參考。