中派河特大橋鋼桁架梁設計與施工要點分析

殷 亮

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司; 公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

1 項目概況

引江濟淮工程由長江下游上段引水，向淮河中游地區補水，是一項以城鄉供水和發展江淮航運為主，結合灌溉補水和改善巢湖及淮河水生態環境等綜合利用的大型跨流域調水工程，是集供水、航運、生態等效益的一項水資源綜合利用工程。

該工程與G3京臺高速公路中派河大橋老橋交叉。交叉處老橋主橋為(48+70+48)m現澆連續箱梁，如圖1所示，現狀通航凈空為60 m×8 m，根據引江濟淮工程Ⅱ級航道通航凈空130.4 m×10 m的尺度要求，需要對老橋進行拆除重建。

圖1 中派河特大橋老橋現狀

新建橋梁主橋上部結構采用(86+140+96)m三跨下承式變高度鋼桁架梁。主要技術標準如下：道路等級為單向四車道高速公路；荷載標準采用公路-Ⅰ級；設計速度120 km/h；橋位處通航等級為Ⅱ級；地震動峰值加速度區為0.10g。

2 主橋結構設計

2.1 總體布置

主橋采用(86+140+90)m三跨下承式變高度鋼桁架梁橋，如圖2所示，由2片主桁組成，主桁中心距22 m，單幅橋主體結構全寬23.2 m。每個橋墩處兩片主桁下均設有豎向剛性支座。下部結構主墩采用圓形實體柱式墩，過渡墩采用圓形實體柱式橋墩接蓋梁，基礎采用群樁接承臺基礎，鉆孔灌注樁，樁基按摩擦樁設計。

圖2 主橋橋跨布置(單位：m)

2.2 橫斷面設計

主橋橋面寬度20.25 m，橫斷面布置為0.5 m(防撞護欄)+19.25 m(行車道)+0.5 m(防撞護欄),如圖3所示。主桁架中心線間距為22 m，桁架內側與鋼結構護欄外側預留有0.275 m的后期高強螺栓養護空間。

圖3 主橋標準橫斷面(單位：cm)

2.3 主桁

主桁結構采用“W”形桁架，其節間長度為8 m至14 m不等，主桁上弦高度采用二次拋物線變化，兩邊跨矢高f=4.5 m，中跨矢高f=14 m。中支點處桁高22.0 m，跨中桁高為7.86 m。主桁結構總立面布置總圖如圖4所示。

圖4 主桁結構總圖(單位：m)

主桁設有預拱度，預拱度通過節點直接上移設置，由上下弦桿及腹桿長度伸縮形成，主桁預拱度按照恒載+1/2靜活載撓度曲線值反向設置。

2.4 橋面系

橋面系采用正交異性鋼橋面板，橋面板厚16 mm，下設“U”形縱向加勁肋，“U”形肋間距600 mm，“U”形肋高280 mm，板厚8 mm，橋面板橫向兩端各設置一個板式縱向加勁肋，板肋高160 mm，板厚16 mm。橋面系下設4道小縱梁，小縱梁高516 mm，腹板厚12 mm，下翼緣寬480 mm，厚16 mm，腹板上端與頂板焊連；在下弦節點處以及沿橋縱向設多道橫隔梁(橫隔梁間距為2.5 m至3.0 m不等)，橫隔梁腹板板厚16 mm，腹板上端與橋面板焊接，橫隔梁下翼緣板寬540 mm，厚20 mm。橋面系整體梁高為2 080 mm(橋面板上緣至橫隔板下翼緣頂面)，橋面橫坡由橋面系形成，橋面系材質均為Q345qD。

橋面板縱向在節點附近分段，橋面板橫橋向分為3塊。工地安裝時橋面板及橫隔梁下翼緣均采用熔透焊連接，橫隔梁腹板及小縱梁采用高強度螺栓連接。橋面系與主桁下弦桿連接時上下翼緣采用熔透焊連接，橫隔梁腹板和主桁下弦桿隔板采用高強度螺栓連接。

2.5 平縱聯及橋門架

主桁上弦桿間設菱形平縱聯，平縱聯桿件均采用焊接“H”形構件，截面高500 mm，上下翼緣寬560 mm。平聯節點板與主桁節點板采用焊接連接。

主墩處設有三角形桁架式橋門架，如圖5所示。上弦桿采用焊接箱形桿件，桿件高500 mm，寬480 mm。下弦桿采用焊接“H”形構件，截面高448 mm，上下翼緣寬560 mm。橋門架斜腹桿均采用焊接“H”形構件，截面高448 mm，上下翼緣寬300 mm。

圖5 橋門架構造圖(單位：cm)

縱平聯橫撐桿及橋門架上下弦桿在安裝時應注意均為水平設置，因橋面橫坡需要，縱平聯橫撐桿及橋門架上下弦桿在2片主桁接主桁上弦桿節點位置分別設置了向上及向下的188 mm豎向偏心，如圖6所示。

圖6 中支點處平縱聯布置圖

3 靜力特性及穩定

3.1 全橋靜力分析

主橋整體靜力分析采用MIDAS Civil程序進行計算。主桁各桿件，橋面系鋼橫梁、鋼小縱梁均采用空間梁單元模擬，橋面板采用板單元進行模擬，如圖7所示。

圖7 空間有限元計算模型

邊跨恒載加活載撓度為：41 mm，與跨度比1/2 177 小于1/1 600，邊跨不需要設置預拱度。中跨恒載加活載撓度為：118 mm，與跨度比1/1182 大于1/1 600，中跨需要設置預拱度。

在汽車荷載作用下，中跨最大豎向撓度為53 mm，撓跨比為1/2 644；邊跨的最大豎向撓度為33 mm，撓跨比為1/2 690。主桁邊支點在正常使用狀態下最小支座反力為945 kN，未出現負反力。

3.2 結構穩定性分析

利用空間模型進行動力特性分析，得到結構一階模態為中支點橫聯局部桿件失穩，其穩定安全系數為37.4。結構的一階整體失穩模態如圖8所示，其整體穩定安全系數為53.9，失穩形式為跨中主桁架上弦桿面外失穩，滿足整體穩定安全系數K大于4的要求。通過規范公式驗算，其局部穩定和整體穩定均滿足相應規范要求。

圖8 結構一級整體失穩模態

4 主要施工方法

主橋上部結構建議采用支架和懸拼相結合的施工工藝，在跨中設置臨時通航孔，如圖9所示。除通航孔區域桁架采用懸拼施工外，其余區域均采用支架施工。

圖9 主要施工方法流程圖

鋼梁安裝工程中需做到：鋼橋面板與主桁同步安裝。主橋合龍前詳細測量合龍口兩側鋼梁的縱橫豎偏移及轉角和溫差、日照影響，根據測量資料認真分析研究調整方法與步驟。一般先調整橫向位移，接著調整縱向位移，再調整合龍口豎向高差和轉角。

鋼桁梁的合龍:順橋向及橫橋向調整通過設置在拼裝支架上的縱、橫向千斤頂實現，合龍前支架拼裝側的主梁均為簡支的靜定結構，主梁起頂和縱移對整體結構不產生附加作用。

邊跨主梁在支架上拼裝架設，臨時工程施工時應考慮在施工過程中如何保證鋼桁架拱肋的線形，確保支架的強度和剛度；中跨采用臨時墩的架設方案，施工前需完善施工通航孔臨時墩的審批程序及安全保障措施。

施工期間，應注意加強水上交通秩序的維護工作，保障大橋施工和船舶航行的安全，并建議有關部門制定大橋建設期間的相關水上交通安全管理規定，會同橋梁建設單位和航道管理部門共同維護橋區安全。

本橋2019年6月開工建設，于2020年9月建成通車，采用現場裝配式鋼桁架結構，如圖10所示，使工程提前了5個月通車。

圖10 建成通車照片

5 結束語

(1)主橋上部結構采用鋼桁架梁，化整為零、方便運輸和架設，現場高強螺栓連接，質量可控，響應了國家大力推廣鋼結構的號召，較好地適應了改擴建項目對工期的需求。

(2)主橋上部結構主桁采用二次拋物線變高度設計，相比傳統的等高度平行桁架，結構輕盈美觀, 線條流暢，與周圍的環境協調行較好。

(3)對于連續結構橋梁，通過適當增加中支點處梁高，使其造型與結構受力彎矩圖趨勢基本一致，可以削減了支點部位的應力峰值，減少了鋼材重量,節省造價。

(4)通過在中支點受力較大位置處設置少量上平聯和在跨中敞開式構造，可以提高鋼桁架結構的行車通透性。