雙橋套閘大橋簡支鋼桁梁設計

詹正龍

(蘇交科集團股份有限公司,江蘇 南京 210019)

1 工程概況

雙橋套閘大橋為老橋拆除新建項目。雙橋套閘老橋位于南通市，老橋跨越新江海河，建成于2006年，橋梁結構為預應力混凝土空心板梁，橋跨布置為3 m×21.5 m，橋梁全長70.62 m，橋寬24 m。因新江海河航道等級提升，老橋通航凈空已不能滿足新航道要求，故需要拆除新建。雙橋套閘老橋距離兩側建筑物較近，移位改建拆遷工程大，故雙橋套閘橋采用原位拆除重建方案。在橋位基本確定以后，結合地質、水文、景觀協調和經濟合理等因素進行綜合比較，最終確定采用建筑高度低、現場施工速度快的下承式簡支鋼桁梁橋方案。

雙橋套閘大橋路線中心線和航道中心線交角90.8°，新建橋梁采用一跨過河，跨徑布置為88.8 m。主橋上部結構采用下承式簡支鋼桁梁，主橋下部結構采用柱式墩、承臺、鉆孔灌注樁基礎。雙橋套閘大橋道路等級為城市主干路，設計速度為50 km/h，汽車荷載等級為城-A級，主橋橋面標準寬度為29 m。

2 結構設計

2.1 總體布置

雙橋套閘大橋主橋上部結構采用88.8 m簡支下承式鋼桁梁橋，計算跨徑為87.04 m。主桁采用無豎桿的三角形桁架，主桁高度為11 m，高跨比為1/7.92，節間長度為10.88 m。主桁節點采用焊接整體式節點，主桁在節點外通過高強度螺栓連接。主桁架腹桿通過大的節點板與上、下弦桿連接，連接方式均采用插入式。橋梁全寬為29 m，橫斷面設置兩片主桁，主桁中心距為23.5 m，寬跨比為1/3.7，兩側各設置2.75 m挑臂。

2.2 主桁桿件設計

主桁上、下弦桿均采用帶肋箱形截面，主桁除兩側端腹桿采用箱形截面外其余腹板均采用焊接H形截面。上弦桿高1.1 m，內寬0.7 m，上弦桿上、下水平板的板厚為24/28 mm，豎板厚為24/28 mm；在桿件的豎板上設一道板式加勁肋，板式加勁肋尺寸為240×24 mm，節段間連接，上、下水平板及豎板均采用高強螺栓栓接。

下弦桿高1.5 m(上水平板頂緣至下水平板頂緣)，內寬為0.7 m，下弦桿的上、下水平板的板厚為20/24 mm，豎板厚為20/24 mm，桿件的豎板上設兩道板式加勁肋，板式加勁肋尺寸均為160×16 mm，節段間連接，上水平板采用焊接，下水平板及豎板均采用高強螺栓栓接。

端斜桿采用箱型截面，寬度為700 mm，高度為800 mm，腹板厚36 mm，頂底板厚32 mm，其余斜腹桿均采用焊接H形截面，翼緣寬度為600～800 mm，截面高度700 mm,最小板厚20 mm,最大板厚36 mm。

圖1 鋼桁梁立面圖

2.3 橋面系設計

由于鋼桁梁桁間距較大，采用鋼混組合橋面方案，結構自重大，方案經濟性較差，故車行道橋面系采用正交異性鋼箱橋面板結構。車行道鋼橋面頂板厚度為16 mm，頂板采用U型肋加勁，U肋間距為600 mm，U肋上口寬度為300 mm，下口寬為180 mm，高度為280 mm，厚度為8 mm，鋼橋面頂板與下弦桿采用焊接。行車道橋面系每隔2.72 m設置一道橫梁。端橫梁采用箱型截面，截面高度為1.524～1.739 m，隨雙向2%的橫坡變化。端橫梁頂板即為鋼橋面頂板，端橫梁底板寬為1500 mm，底板厚為24 mm，腹板厚為24 mm。端橫梁腹板與主桁采用高強度螺栓連接，底板與主桁采用焊接。中橫梁采用工字型截面，截面高度為1.524～1.739 m，隨雙向2%的橫坡變化。中橫梁頂板即為鋼橋面頂板，底板寬為600 mm，底板厚為24 mm，腹板厚為16 mm。中橫梁腹板及底板與主桁均采用高強度螺栓連接。

2.4 上平聯、橫聯及橋門架設計

上平聯采用X形式，與弦桿在節點處相連，以抵抗橫向風荷載、豎向荷載及弦桿變形等產生的內力。上平聯橫桿采用焊接箱型截面，截面高度為500 mm，寬為500 mm，板厚均為16 mm，斜桿采用焊接工字型截面，截面高度為500 mm，翼緣板寬度為400 mm，厚底為16 mm，腹板寬度為12 mm。

在鋼桁梁兩端斜桿所在的斜平面設置橋門架，上弦每2個節點處設一道橫聯。橋門架及橫聯桿件均采用焊接工字型截面，高度均為480 mm，板厚均采用12 mm。

因國內偶有發生高強度螺栓斷裂掉落，砸中橋上正常行駛車輛的事故發生，故本次上平聯、橫聯及橋門架與主桁桿件連接時均采用焊接。焊接可以完全消除高強度螺栓斷裂對車輛沖擊損壞的發生。

2.5 車行道橋面鋪裝設計

為綜合解決傳統鋼橋鋪裝易損壞和鋼橋面易疲勞裂紋的問題，雙橋套閘大橋主橋擬采用超高性能輕型組合橋面方案。主橋行車道采用40 mm厚SMA13(SBS改性瀝青混凝土，玄武巖) +改性環氧樹脂粘結層+45 mm厚STC層超高性能輕型組合橋面方案。鋼橋面鋪裝方案為：在鋼橋面上鋪設薄層超高韌性混凝土(STC)層，將鋼箱梁轉變成鋼-STC組合橋面，即在鋼箱梁上焊剪力釘，再澆筑STC層，然后在其上攤鋪瀝青混凝土磨耗層。

超高韌性混凝土STC是一種具有超高性能、超高耐久性的水泥基復合材料。STC材料主要由STC干混料、鋼纖維、水和高效減水劑按一定比例配制而成，它通過提高組分的細度與活性，使其材料內部的缺陷(孔隙與微裂縫)減至最少，以獲得由其組分材料所決定的最大強度及優異的耐久性，鋼纖維則阻礙了混凝土內部微裂縫的擴展，使混凝土表現出良好的塑性特征。在施工性能方面，STC具有優異的和易性，易于施工操作和保證均勻密實。

3 橋梁施工方案

結合雙橋套閘大橋主橋受力特點及河道現狀，主橋施工采用造價低、施工風險小的少支架施工方案。在橋位處搭設施工支架，支架搭設需預留現狀通航孔，運輸主橋鋼構件至橋位處，在支架上組合拼裝。具體施工步驟如下。

(1)基礎及下部結構施工，搭設施工臨時支架,支架需預留現狀通航孔位，并對支架進行120%超載預壓。工廠加工制造主桁鋼構件。

(2)通過浮運運輸主桁鋼構件至橋位處，在支架上拼裝成整體。拼裝順序為下弦桿、車行道橋面系、人行道托架、主桁腹桿、上弦桿、上平聯最后安裝橋門架及橫聯。

(3)鋼桁梁拼裝完成后，拆除支架完成體系轉換，施工橋面鋪裝和欄桿等橋面工程。

(4)進行動、靜荷載試驗，施工完成。

4 結構受力分析

主橋鋼桁梁結構驗算采用midas Civil程序建立空間有限元模型，以理論軸線為基準進行結構離散。主桁上弦桿、下弦桿、腹桿、橫梁等采用梁單元模擬，車行道及人行道橋面系采用板單元模擬，按實際結構的施工過程進行模擬，主橋結構離散見圖2。

圖2 鋼桁梁有限元模型

結構計算考慮的荷載主要有永久作用和可變作用兩種。永久作用主要包括一期恒載即鋼結構自重；二期恒載包括橋面鋪裝、護欄、過橋管線等荷載。可變作用主要有汽車荷載、人群活載、溫度作用荷載、風荷載等。汽車荷載等級為公路—Ⅰ級，按最不利情況布載，人群荷載按滿人荷載考慮。主桁桿件主要計算結果見表1。

表1 主桁主要桿件檢算結果

5 結 語

下承式簡支鋼桁梁具有建筑高度低、現場施工速度快、自重小、跨越能力強、剛度大等優點。隨著我國鋼產量的增加，鋼材焊接及防腐技術的進步，加之交通部發文要推進公路鋼結構橋梁建設，下承式簡支鋼桁梁橋型在公路項目中有了更多更廣泛的應用。

以88.8 m下承式簡支鋼桁梁橋為例，對鋼桁梁總體布置、主要結構構件設計、橋梁施工方案及結構計算分析進行了詳細介紹，可為類似橋梁設計提供參考。建議在鋼桁梁設計過程中，應事先征求鋼結構加工制造廠和現場安裝施工單位的意見，按照切實可行的制造工藝及施工方案進行設計。