大跨連續(xù)鋼箱梁設(shè)計(jì)

蔣定衍

（上海市政設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)佛山斯美設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山528200）

0 引言

隨著我國(guó)鋼材產(chǎn)業(yè)逐漸由產(chǎn)能短缺進(jìn)入產(chǎn)能過(guò)剩，鋼結(jié)構(gòu)加工工藝顯著提高，鋼結(jié)構(gòu)更環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展、全壽命周期經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)性強(qiáng)、人力資源更節(jié)省等優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，鋼結(jié)構(gòu)橋梁在公路橋梁建設(shè)中表現(xiàn)出強(qiáng)勁的的競(jìng)爭(zhēng)性。同時(shí)，為貫徹落實(shí)《交通運(yùn)輸部關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，各地也都在積極探索，大力推廣公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)。

1 主梁構(gòu)造

某工程的主梁采用（50+86+50）m變截面鋼箱梁，梁高按2次拋物線變化，截面形式為單箱三室。中支點(diǎn)處梁高3.6 m（高跨比1/23.89），邊支點(diǎn)和跨中位置梁高2.12 m（高跨比1/40.56），箱梁頂寬16.5 m，主梁橫斷面如圖1所示。

圖1 主梁橫斷面圖

2 主要計(jì)算參數(shù)

（1）一期恒載：鋼材容重 γ=78.5 kN/m3，按照施工圖實(shí)際自重考慮。

（2）二期恒載：

鋪裝：瀝青混凝土 100 mm ，γ=24 kN/m3；

防撞護(hù)欄：15 kN/m/側(cè)。

（3）車(chē)輛作用：公路-I級(jí)。

（4）支座沉降：不均勻沉降L/3 000。

（5）溫度：體系升溫：+30℃；體系降溫：-30℃。

（6）溫度梯度：正溫差+14℃；負(fù)溫差-7℃。

3 荷載組合

橋梁重要性系數(shù)：1.1。

（1）標(biāo)準(zhǔn)組合一：恒+活+支座沉降。

（2）標(biāo)準(zhǔn)組合二：恒+活+支座沉降+系統(tǒng)升溫（+30℃）+正溫差（+14℃）。

（3）標(biāo)準(zhǔn)組合三：恒+活+支座沉降+系統(tǒng)降溫（-30℃）+負(fù)溫差（-7℃）。

（4）基本組合一：1.2恒+1.4活+支座沉降。

（5）基本組合二：1.2恒+1.4活+支座沉降+1.05系統(tǒng)升（降）溫+1.05溫度梯度正（負(fù)）溫差。

4 平面靜力計(jì)算

以Midas Civil建立了結(jié)構(gòu)的平面桿系模型，對(duì)結(jié)構(gòu)在自重、二期恒載、活載、支座不均勻沉降，以及溫度力等荷載工況下進(jìn)行平面靜力分析，按照最不利組合進(jìn)行驗(yàn)算（見(jiàn)圖2）。

圖2 鋼箱梁計(jì)算模型

4.1 承載能力極限狀態(tài)分析

結(jié)構(gòu)按公路橋規(guī)JTG D60-2015第4.1.5條承載能力極限狀態(tài)效應(yīng)組合進(jìn)行承載力驗(yàn)算，主梁的承載力和內(nèi)力包絡(luò)見(jiàn)圖3、圖4所示。

圖3 正截面抗彎承載能力包絡(luò)圖

圖4 正截面抗剪承載能力包絡(luò)圖

4.2 正常使用極限狀態(tài)分析

按《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64-2015），連續(xù)鋼箱梁有效分布寬度可按下式計(jì)算：

中間支點(diǎn)斷面：

式中：b為主梁腹板間距的一半或懸臂板的寬度；l為換算跨徑。

計(jì)算結(jié)果如表1所列。

表1 截面有效分布寬度系數(shù)表

考慮剪力滯后箱梁上下翼緣應(yīng)力如表2~表4所列。

5 結(jié)構(gòu)活載撓度計(jì)算

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64—2015）中4.2.3條，計(jì)算豎向撓度時(shí)，應(yīng)按結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法并應(yīng)采用不接沖擊力的汽車(chē)車(chē)道荷載頻遇值，頻遇系數(shù)為1.0，由此計(jì)算的結(jié)構(gòu)擾度如圖7、圖8所示，86 m跨中上撓33 mm+下?lián)?8 mm=121 mm。

表2 標(biāo)準(zhǔn)組合二上下翼緣應(yīng)力一覽表 MPa

表3 標(biāo)準(zhǔn)組合三上下翼緣應(yīng)力 MPa

表4 基本組合一～四上下翼緣應(yīng)力一覽表 MPa

圖7 活載MAX撓度包絡(luò)圖

圖8 活載MIN撓度包絡(luò)圖

6 結(jié)構(gòu)抗疲勞驗(yàn)算

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64—2015）中5.5.2條，采用疲勞荷載計(jì)算模型Ⅰ，取用等效的車(chē)道荷載，集中荷載0.7Pk，均布荷載0.3qk，四車(chē)道布載。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5所列。

表5 結(jié)構(gòu)各部位應(yīng)力幅一覽表 MPa

采用疲勞荷載計(jì)算模型得到的各部位應(yīng)力幅滿足下列公式：

（1）上翼緣母材正應(yīng)力幅：

（2）下翼緣母材正應(yīng)力幅：

（3）母材剪應(yīng)力幅：

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上計(jì)算分析，可得出如下結(jié)論：

（1）結(jié)構(gòu)在最不利組合中，最大拉應(yīng)力224.2 MPa，最大壓應(yīng)力-232.3 MPa，應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

（2）梁端腹板剪切應(yīng)力106.1MPa，小于155MPa,剪應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

（3）活載作用下，結(jié)構(gòu)中跨86 m跨中最大的撓度為 121 mm＜86 000/500=172（mm），剛度滿足規(guī)范要求。

（4）結(jié)構(gòu)抗疲勞驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。