某双层公路桥三片钢桁加劲连续梁设计

刘桂红

摘要介绍正桥钢梁结构设计、结构静力分析、钢梁防腐涂装体系和钢梁安装等。

关键词正桥钢梁；结构分析；防腐涂装；钢粱安装

1工程概述

广东某地在建的公路特大桥为避免高压线路搬迁，减少两岸拆迁量和少占用土地而采用双层公路桥的结构形式，由于上下两层分别担负高速公路和城市干道交通功能，所以要求车道布置较多，上层为6车道，下层为8车道。主桥采用三片主桁的刚性悬索钢桁梁，其跨径布置为112+208+112m。

2结构设计

2.1总体布置及结构主要特点主桥上部结构为带上加劲弦的三跨连续钢桁梁主桁立面采用有竖杆的华伦式桁架，加劲弦采用矢高28m的二次抛物线。主桁横向采用三桁结构，桁高10m，桁间距2×18m，中间支点处上加劲弦中心到上弦中心高度28m，上加劲弦与上弦在跨中合成上弦；节间长度8m。主桁三片桁间仅在中间支点上加劲弦与上弦间的大压杆处设有横向联结系，其它节点将竖杆与横梁联结成横向框架。

主桁采用焊接整体节点，上、下弦杆杆件制造长度(除特殊杆件外)16m。以减少工地拼装接头，加快拼装速度。支座采用球形支座。

主桥分上下两层公路行车道，上层为六车道高速公路加紧急停车带，采用双向2％的横向坡，单侧桥面全宽16m；下层桥面为八车道城市快车道，采用双向1％的横向坡，单侧桥面全宽16.25m。桥面行车道板采用钢筋混凝土桥面板与纵横梁叠置的方式，桥面板用一定间距的锚栓固定在纵粱上，单侧桥面板横向分成三块预制，桥面板纵向每节间分成两块预制，预制块件间采用混凝土现浇节缝。

2.2主桁杆件截面及节点设计

2.2.1主桁杆件设计

该桥主桥荷载大，桁高较小，主桁杆件内力大。为使主桥景观效果达到最佳，主桁设计时采用较小的外轮廓尺寸，使主桥下层桥面的通透性尽可能大。主桁上弦、上加劲弦杆及箱形斜杆采用对称箱形截面，下弦杆采用不对称箱形截面，中间支点大竖杆采用内外加劲的箱形截面，竖杆、吊杆及小斜杆采用H形截面。上弦杆截面全高1040mm，内宽920mm，板厚20～44mm，加劲肋板厚20～44mm。节点板厚24～50mm；下弦杆中间支点左右两节间杆件高1240mm，其他杆件高1010mm，内宽920mm，板厚16～50mm，加劲肋板厚20～50mm，节点板厚20～58mm；中间支点大竖杆全高1640mm，内宽920mm，板厚36 mm箱形斜杆内宽全高840～1040mm，内宽920mm，板厚24～36mm，H形斜杆高700～800mm，外宽919mm，板厚20～36mm；竖杆采用H形截面，高500mm，外宽919mm，翼缘板厚20～24 mm，腹板厚16～32 mm；吊杆采用H形截面，高500mm，外宽919mm，翼缘板厚16 mm，腹板厚12 mm。

2.2.2主桥节点设计

主桥采用整体节点。大节点的设计与以往的整体节点大致一样小节点由于只连接竖杆和横梁，受力相对简单，整体构造采用节点板与弦杆焊接的形式，这样设计主要是由于大桥各杆件恒载内力占总内力的90％左右，疲劳不控制设计。

2.2.3三桁结构计算结果分析

三桁结构体系最突出的特点就是空间效应，如何解决三片主桁受力的不均匀性是主桥设计的难点。分析计算时，如果三片主桁选用相同的截面，除边跨端支点附近中桁与边桁杆件内力差异较大外，大部分中桁弦杆与对应位置的边桁弦杆轴力之比在1.12～1.25倍之间，上加劲弦中桁与对应位置的边桁轴力之比大致为1.09，腹杆的内力差异比相应的弦杆的内力差异大。

3桥面系

桥面系采用纵横梁支承桥面板体系，横梁采用工形截面，横梁要参与空间受力分配，横梁全高2000mm，腹板厚16mm，翼缘宽480mm，板厚32mm；纵梁采用工形截面，全高800mm，腹板厚12mm，翼缘宽280mm，板厚12mm，单侧桥面共设七道纵梁，间距2350mm。为适应桥面单向横坡，减轻桥面恒载，纵梁顶面高度随横向坡度增加逐渐抬高，以保持桥面板到纵梁顶的高度不变。纵梁两端与横梁连接采用长圆孔，以供安装时伸缩之用，从而避免纵梁参与主桁恒载下受力。待全部桥面板安装完成后再对该连接高强度螺栓施拧。

上层桥面板单侧桥面全宽16m，桥面板两纵梁间厚16cm，纵梁翼缘上的部分厚26cm，在纵梁上翼缘边用梗胁向两边过度。分三块预制，纵向设现浇节缝宽50em，使桥面板横向连成一体；纵向每个节间分两块，节间跨中和横梁顶设横向现浇节缝宽40cm，使桥面板纵向连成一体。下层桥面板单侧桥面全宽16.25m，分三块预制，纵向设现浇节缝宽50cm，使桥面板横向连成一体；纵向每个节间分两块，节间跨中和横梁顶设横向现浇节缝宽40cm，使桥面板纵向连成一体。为减少桥面板的收缩和徐变对纵梁及主桁的影响，桥面板预制后存放的时间不能小于6个月。

4钢粱安装

该桥主桥钢梁从南北两岸边跨开始对称安装，先从边墩向中墩搭设支架，每个边跨搭64m的支架，悬臂架设主桁平弦部分到达中墩。再向中跨对称悬臂安装96m，到达中间跨临时墩，再向前安装，通过顶落调整临时支点中间合拢平弦，再对称后退安装加劲弦的架设方案。架设时架梁吊机站在桁内铺设于上层横梁的架梁吊机专用纵梁上，吊机纵梁考虑倒用，每侧安装两台吊机。为减轻架梁吊机的自重，单根杆件的重量控制在60t以内。为保证安装过程中加劲弦和吊杆的稳定，应在吊杆间及吊杆与加劲弦间适当位置安装临进杆件，待加劲弦合拢后拆除临时杆件。

由于平联杆件与主桁一起共同受力，安装时平联连接螺栓与主桁一起终拧。为减小纵梁与主桁的共同受力作用，安装时纵梁连接螺栓不施拧，待桥面板吊装完成后再施拧。

5桥面板安装

桥面板在钢梁全部架设完成后，用汽车吊或简易吊机安装。吊装桥面板前先安装锚栓，浇注纵梁顶的砂浆垫层，再安放桥面板。桥面板吊装完成后现浇节缝，最后施拧纵梁连接螺栓，并补浇该处剩余节缝。

6钢梁防腐涂装

按照《铁路钢桥保护涂装》，杆件外表面及桥面板顶、底面：表面清理Sa2.5级后，喷环氧富锌底漆80μm，环氧云铁中间漆80μm，脂肪属聚氨脂面漆工厂、工地各一度各40μm。

混凝土道碴槽底面的钢板：现场焊接抗剪栓钉后，表面清理sa3.0级，热喷铝120μm，立即涂环氧磷酸锌封闭底漆20μm，然后绑扎钢筋浇筑混凝土桥面板。

高强度螺栓拼接摩擦面：表面清理Sa3.0级后热喷铝160μm，高强度螺栓施拧完毕后，环氧磷酸锌封闭底漆20μm，环氧云铁漆80μm，脂肪属聚氨脂面漆80μm。

7结语

目前，该挢正在进行钢粱安装架设阶段，无论从它的主桁、桥面形式、荷载规模、车行速度在国内都是少有的，采用三片主桁结构的桥梁无论是从节省造价，还是从结构布置的角度都最合理的。本桥设计开创了三片桁拱结构的先河，其桁拱节点设计成焊接整体节点的构造细节设计、桥面系的处理及安装方案等对大型钢桥的设计具有借鉴意义。