钢板梁桥在某站场落客车道上的计算分析与应用

胡福南

（广州市公用事业规划设计院　广州　510230）

引言

2016年，交通运输部发布了《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》，明确要通过5年的努力，使我国公路行业钢结构桥梁设计、制造、施工、养护技术基本成熟，技术标准更加完备，新建的特大、大跨径桥梁以钢结构为主，新改建工程中的常规桥梁，使用钢结构桥梁的比例获得明显提升。

本文通过某站场扩能改造工程实例，对钢板梁桥进行构造验算及结构计算分析。

1　项目概况

某站场扩能改造工程主要为站场的高架落客车道、匝道，桥梁宽度33.75m。设计荷载为城-A级，道路等级为城市次干路，设计安全等级一级，桥梁设计基准期100年。

由于下部结构只能利用站场建筑的构造柱，而构造柱间间距为18～25m不等，按桥梁结构分析，结构纵横向跨度均较大，受力复杂，且该区域下面有土建工程结构使用空间，建筑高度有限制。故采用适应能力强的钢板梁结构。

钢板梁采用Q345C桥梁用钢，钢横梁采用箱型结构：顶、底板采用32mm厚，腹板采用24mm厚；纵梁采用工字梁结构：顶、底板采用26mm厚，腹板采用20mm厚，纵梁标准间距取2.2m、1.8m。纵向加劲肋顶、底板采用U形肋，腹板板采用板肋，板肋厚度12mm，U形加劲肋厚度6mm；横隔板厚度14mm。

图1　横断面图（单位：mm）

2　钢板梁的构造验算

2.1　受压板件加劲肋几何尺寸要求验算

根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）第5.1.5条，板肋的宽厚比要求如下：

本次设计钢板梁验算如下：

闭口加劲肋的尺寸比例要求如下：

本次设计钢板梁验算如下：

2.2　受压加劲板设计要求验算

根据《公路钢结构桥梁设计规范》JTGD64-2015中第5.1.6条，选最不利纵、横加劲肋相对刚度要求如表1。

表1　

2.3　腹板和腹板加劲肋设置要求验算

腹板最小厚度按《公路钢结构桥梁设计规范》JTGD64-2015第5.3.3条验算。腹板最小厚度设计值20mm，大于不设加劲肋规范要求值13mm。其验算如表2。

2.4　支承加劲肋要求验算

表2　

支座处支撑加劲肋按《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）第5.3.4条，取最大支反力位置验算如表3所示。

表3　

2.5　正交异性钢桥面板验算

（1）正交异性钢桥面板最小厚度按《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）第8.2.1条验算。桥面板最小厚度设计值16mm，大于规范要求值14mm，满足要求。

（2）正交异性钢桥面板纵向加劲肋要求验算

根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）第8.2.3条验算。桥面板纵向加劲肋最大间距均不超过最小间距的1.2倍。

闭口加劲肋的几何尺寸规定计算如表4。

表4　

（3）正交异性钢桥面板应力验算及第8.2.5条要求验算

采用MIDASCivil2010程序建立板单元模型进行计算，模型大小采用2.1m宽（主梁间距），6m长（加强横隔间距）。边界条件采用对模型截取面进行点弹簧约束，约束刚度采用钢材设计强度进行换算，如图2所示。

图2　正交异性钢桥面板板单元模型图

计算中考虑考虑了结构自重、桥面二期恒载以及车辆荷载作用。车辆荷载采用重车单后轮（5＃轴）及第2＃、3＃轴单边轮进行对比验算，车轮尺寸采用0.6m×0.25m，并考虑铺装厚度0.2m按45°角扩散作用于桥面板上。

采用承载能力极限状态强度验算如图3、图4。

采用车辆荷载作用下挠度验算如图5、图6。

图3　正交异性钢桥面板5＃轴单轮应力图

图4　正交异性钢桥面板第2＃、3＃轴单边轮应力图

图5　正交异性钢桥面板5＃轴单边轮变形剖切图

图6　正交异性钢桥面板第2＃、3＃轴单边轮变形剖切图

由以上计算结果可知，在基本组合作用下正交异性钢桥面板最大正应力为30.1MPa，远小于钢材设计强度275MPa。按《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）第8.2.5条验算正交异性钢桥面板的挠跨比Dmax/L=0.36mm/300mm=1/833.33＜1/700，满足规范要求。

3　钢板梁的结构计算

结构计算采用采用有限元程序建立梁格模型进行计算。

图7　第一联计算模型图

计算结果汇总如下（疲劳验算略）：

（1）2＃墩箱型横梁跨中最大应力为162MPa＜270MPa，满足规范要求。

（2）2＃墩箱型横梁中支点处最大剪应力为104＜160MPa，满足规范要求。

（3）跨中挠度

汽车荷载作用下，第一跨跨中结构在竖向的最大位移为15.4mm＜L/600=30.2mm。

设置预拱度：

预拱度值等于结构重力和1/2汽车荷载所产生的竖向挠度。

（4）结构自振频率

一阶自振频率为4.43Hz。

4　结语

通过对钢板梁的构造验算及结构计算进行分析，钢板梁在选择了合适的构造尺寸后均可满足钢桥各项使用要求。因此，由于钢板梁桥建筑高度小、构造简单、制作容易，可分块运输，安装、维护、养护均方便，在工期要求紧、场地受限的情况下，建议优先选择钢板梁结构。

[1]苏彦江.钢桥构造与设计[M].西南交通大学出版社，2006，12.

[2]陈华婷，迟啸起，黄艳.正弦波形波纹腹板工字型钢板梁的抗剪强度[J].公路交通科技，2013，30（05）：38～46.

[3]宋红飞.全焊连续钢板梁制作标准化工艺研究[J].钢结构，2017，32（09）：93～96+5.