鋼板梁橋在某站場落客車道上的計算分析與應(yīng)用

胡福南

（廣州市公用事業(yè)規(guī)劃設(shè)計院　廣州　510230）

引言

2016年，交通運輸部發(fā)布了《關(guān)于推進公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見》，明確要通過5年的努力，使我國公路行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計、制造、施工、養(yǎng)護技術(shù)基本成熟，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更加完備，新建的特大、大跨徑橋梁以鋼結(jié)構(gòu)為主，新改建工程中的常規(guī)橋梁，使用鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)造驗算及結(jié)構(gòu)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(shè)計荷載為城-A級，道路等級為城市次干路，設(shè)計安全等級一級，橋梁設(shè)計基準(zhǔn)期100年。

由于下部結(jié)構(gòu)只能利用站場建筑的構(gòu)造柱，而構(gòu)造柱間間距為18～25m不等，按橋梁結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)縱橫向跨度均較大，受力復(fù)雜，且該區(qū)域下面有土建工程結(jié)構(gòu)使用空間，建筑高度有限制。故采用適應(yīng)能力強的鋼板梁結(jié)構(gòu)。

鋼板梁采用Q345C橋梁用鋼，鋼橫梁采用箱型結(jié)構(gòu)：頂、底板采用32mm厚，腹板采用24mm厚；縱梁采用工字梁結(jié)構(gòu)：頂、底板采用26mm厚，腹板采用20mm厚，縱梁標(biāo)準(zhǔn)間距取2.2m、1.8m?？v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(gòu)造驗算

2.1　受壓板件加勁肋幾何尺寸要求驗算

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTGD64-2015）第5.1.5條，板肋的寬厚比要求如下：

本次設(shè)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(shè)計鋼板梁驗算如下：

2.2　受壓加勁板設(shè)計要求驗算

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)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(shè)置要求驗算

腹板最小厚度按《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》JTGD64-2015第5.3.3條驗算。腹板最小厚度設(shè)計值20mm，大于不設(shè)加勁肋規(guī)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(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)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(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTGD64-2015）第8.2.1條驗算。橋面板最小厚度設(shè)計值16mm，大于規(guī)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(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)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(guī)定計算如表4。

表4　

（3）正交異性鋼橋面板應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)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(tài)強度驗算如圖3、圖4。

采用車輛荷載作用下?lián)隙闰炈闳鐖D5、圖6。

圖3　正交異性鋼橋面板5＃軸單輪應(yīng)力圖

圖4　正交異性鋼橋面板第2＃、3＃軸單邊輪應(yīng)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(jié)果可知，在基本組合作用下正交異性鋼橋面板最大正應(yīng)力為30.1MPa，遠小于鋼材設(shè)計強度275MPa。按《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)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(guī)范要求。

3　鋼板梁的結(jié)構(gòu)計算

結(jié)構(gòu)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(lián)計算模型圖

計算結(jié)果匯總?cè)缦拢ㄆ隍炈懵裕?/p>

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

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

（3）跨中撓度

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

設(shè)置預(yù)拱度：

預(yù)拱度值等于結(jié)構(gòu)重力和1/2汽車荷載所產(chǎn)生的豎向撓度。

（4）結(jié)構(gòu)自振頻率

一階自振頻率為4.43Hz。

4　結(jié)語

通過對鋼板梁的構(gòu)造驗算及結(jié)構(gòu)計算進行分析，鋼板梁在選擇了合適的構(gòu)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(gòu)造簡單、制作容易，可分塊運輸，安裝、維護、養(yǎng)護均方便，在工期要求緊、場地受限的情況下，建議優(yōu)先選擇鋼板梁結(jié)構(gòu)。

[1]蘇彥江.鋼橋構(gòu)造與設(shè)計[M].西南交通大學(xué)出版社，2006，12.

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[3]宋紅飛.全焊連續(xù)鋼板梁制作標(biāo)準(zhǔn)化工藝研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2017，32（09）：93～96+5.