大跨径连续钢箱梁设计分析

2018-01-18姜晓勇

建材与装饰 2018年1期

姜晓勇

（广州特希达科技有限公司广东广州 510000）

基于大跨径连续钢箱梁结构特点，为充分发挥其性能优势，在对其进行设计时，必须要做好各细节控制，以满足工程建设为根本需求，严格按照专业标准与规范计算确定各项参数，提高结构整体性能。结合实际工程对大跨径连续钢箱梁设计和施工方法进行简单分析，通过对关键节点的详细研究，提高设计方案的可行性与科学性，争取可以为其他相似工程建设提供技术指导。

1 大跨径连续钢箱梁特点

大跨径连续钢箱梁在工程建设中应用比较广泛，且技术已经相对成熟，但是面对不同施工环境时，必须要对设计方案进行科学调整，保证方案具有较高的可行性。就以往施工经验来看，大跨径连续钢箱梁施工机械设备要求较低，还可降低现场空间的压力，整个施工过程作业简单，现场管理效率更高。

2 大跨径连续钢箱梁设计要点

2.1 工程概述

以某大型立交工程作为分析对象，作为城市交通枢纽，设计施工时会否科学将会在很大程度上对整个城市交通质量产生影响。桥梁总建设面积为125035m2，需要两次横跨河流，其中北横桥采用拱形独塔斜拉桥形式，且斜拉桥主跨145m，不在河道内设置桥墩，而是采用一跨过河的方式处理[1]。另外，西纵桥采用连续钢箱梁跨河，主跨100m，并在河道内设置一根墩柱。本文主要针对西纵跨河桥大跨径连续钢箱梁设计要点进行简单分析。

2.2 设计方案对比

西纵桥分为左右幅桥来跨河，中间为现有桥梁。根据现场勘察确定，桥址跨河位置河口大约为90m宽，桥梁与河道保持55°交角。如果桥梁一跨跨越河道，需要保证主跨在200m以上，与工期存在较大矛盾，最终确定在中间设置一墩柱，与原有桥梁墩柱对齐，最后可将主跨缩小到100m。为提高施工效率，主跨可选择预应力混凝土梁桥、结合梁桥与钢箱梁桥，基于现场环境为缩短工期，计划选择应用支架施工作业方法。对比三种不同类型的桥梁结构，预应力混凝土梁桥自重过大，相应支架基础工程量增多，占用更多工期时间；100m的结合梁选择连续结构，对混凝土材料设计与施工要求较大，且在后期通车后受车辆荷载作用，出现桥面混凝土开裂的可能性更大[2]。最后确定应用钢箱梁桥，不仅自重轻，架设作业速度快，并且具有良好的连续跨越能力，可满足工程实际建设要求。

3 大跨径钢箱梁设计

3.1 整体设计

将左幅跨河桥作为分析对象，跨径布置为68m+95m+100m+60m，总长度为323m。设计时可确定上部结构应用变截面钢箱梁，边支点与中支点梁高分别设定为3m和5m，且梁高变化段为28m，变化线形为二次抛物线[3]。钢箱梁为单箱双室直腹板度断面形式，两侧悬臂分别长3m，桥面整体宽度为12.56m，钢梁底部宽度为6.65m。

3.2 钢板厚度

主要是针对大跨径钢箱梁主钢板进行设计，其分为顶板、底板以及腹板三部分组成，结合工程建设要求计算确定底板厚度，然后结合构造特点确定腹板厚度，最后基于整体来对各项参数进行适当调整确定。其中，主要针对标准段顶板厚度计算进行分析，结合桥面铺装形式来确定顶板最小厚度，因为工程为钢桥面，应用沥青混凝土浇筑施工，综合以往相似工程施工经验，可确定顶板厚度不足14mm时刚度较小，受车载影响桥面铺装损坏可能性较大。利用多种厚度与U肋厚度组合，建立空间有限元板壳模型，对局部桥面结构受车辆荷载作用下产生的受力状态进行分析，并对桥面板与加劲肋厚度厚度常用尺寸参数进行优化，提高桥面结构性能。最终可确定14mm的顶板厚度应力较大、刚度偏小，并且桥面板厚度比U肋厚度对桥面结构产生的影响更为明显，桥面设计可选择应用厚16mm桥面板与8mmU肋组合方式处理。

图1 钢箱梁横断面

3.3 桥梁支点

对结构支点进行设计分析，要求支点设置位置的横梁不仅要依照构造要求来安装加劲板，还需要基针对结构局部应力状态进行可靠分析。例如常用的Midas Civil2010板单元模型进行计算，对计算结果进行分析，发现支座上方横梁更容易出现应力集中的问题。为改善此类情况，可以就支点位置设置4道衡量，利用支座加筋板与4道横梁进行有效连接，确保其可以共同受力，避免局部应力过于集中。根据计算结果可确定，此种设计方法可以减少局部位置超过45%的应力，提高箱梁结构支点设计的科学性，避免应力过大造成结构损坏。

4 大跨径钢箱梁施工

基于工程作业环境，为保证在规定工期内完成所有施工作业，需要严格按照设计方案进行施工，保证每道工序落实的规范性，在降低作业难度的同时，提高施工效率与质量。一般钢箱梁可在工厂加工制作，然后运输到场后安装焊接。工程河道内设置有钢管组成的支架结构，对运输到场的钢箱梁在支架上分段拼装焊接。323m钢梁共分为33个节段，可保证在工期内完成所有施工作业。