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摘要:鋼桁架橋具有造型大氣、跨越能力強、承載能力大、施工速度快等特點，很適合于城市中對景觀有要求，同時周邊限制條件多，要求施工速度快的情況，因此在城市橋梁中有廣闊的應用前景。本文主要介紹了睢寧紅旗橋主橋鋼桁架的結構特點并采用空間有限元對全橋進行了結構分析，結果表明各項指標均能滿足規范要求，可供其他類似橋梁參考。

關鍵詞:鋼桁架橋;總體布置;結構設計;結構分析

鋼桁架橋自誕生以來，以其出色的跨越能力，較小的梁高，較大的承載能力，成為許多受條件限制時大跨徑橋梁的重要選擇。近年來，隨著經濟的發展，在城市中，橋梁不僅僅起到交通作用，越來越多的重視橋梁的景觀性。而鋼桁架橋不僅跨越能力大，使用壽命長，景觀效果好，同時施工采用預制拼裝，施工時間短，對交通影響小，因此在城市橋梁建設中有廣闊的應用前景。本文主要介紹睢寧縣紅旗橋主橋鋼桁架的主要結構特點與受力分析，可為其他類似橋梁的建設提供參考。

1工程概況

睢寧交通總體規劃中，道路系統采取環路加網格的形式，由“一環、四橫、六縱”構成城市主干道系統，本次改造的紅旗橋所在的天虹大道為其中的“一縱”。天虹大道北起寧宿徐高速公路入口，南至睢寧南環，是睢寧南北向主要通道。全線除青年路至南環段以外，均為雙向6車道，青年路至南環段的天虹大道路面寬9m，跨越徐沙河的紅旗橋是修建年代較早的老式拱橋，橋面凈寬僅7.2m，跨徑不滿足徐沙河的通航要求，年久失修，現已限行。隨著睢寧縣城的發展擴張，根據規劃，沿天虹大道兩側將建成居住區，寬路窄橋的存在將嚴重制約徐沙河兩岸居民區的出行。同時徐沙河為規劃Ⅴ級航道，其通航凈空為:55×5m，老橋已不滿足航道通航要求。因此對天虹大道進行改造，對老紅旗橋進行拆除重建。本次紅旗橋改造涉及道路長約0.37km。天虹大道為城市主干道，青年路以北天虹大道路基設計寬度為41.5m，機動車道寬22.5m，側分帶寬2×3.5m，非機動車道寬2×3.0m，人行道寬2×3.0m。新建紅旗橋主橋采用下承式鋼橋架橋，引橋采用20m預應力混凝土空心板，橋梁跨徑布置為20+66.2+20m，橋梁全長106.4m。

2主橋結構設計要點

紅旗橋主橋分為三幅，中間一幅為機動車道橋，旁邊兩幅為非機動車道橋;結構型式均為計算跨徑65m的鋼桁架梁，主橋位于豎曲線內，縱坡2.8%，豎曲線半徑R=2000m。本文僅對機動車道一幅進行介紹。2.1主橋上部結構。主桁采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節間長度6.5m，主桁上弦采用折線形，主桁高度10.5～13.1m，矢跨比約為1/6.2～1/5;機動車道橋兩片主桁中心距為24.75m，橋面寬23.5m;非機動車道橋兩片主桁中心距為7.75m，橋面寬6.5m。主桁上、下弦桿采用箱形截面，截面寬度500mm，高720mm，最大板厚50mm，工廠焊接，工地通過高強螺栓在節點處拼接。端斜桿采用箱形截面，其余斜腹桿采用H型截面，截面寬度500mm，高度420～720mm，最大板厚40mm。橋面系為疊合梁，由下部的鋼梁和上面的橋面板疊合而成，鋼梁部分采用縱、橫梁體系。橫梁變高度形成橋面橫坡，橫梁為工字型截面，與主桁在節點處通過高強螺栓連接;縱梁高500mm，為工字型截面，與橫梁腹板連接。橋面板采用鋼筋混凝土結構，板厚17cm，與縱、橫梁連接處帶肋，板厚增至25～30cm，為保證鋼梁與橋面板共同作用，在鋼梁上設置了剪力鍵，橋面板通過剪力釘與鋼縱、橫梁連接。機動車道橋上、下平縱聯與主桁弦桿在節點處通過高強螺栓拼接。在桁梁兩端斜桿所在斜平面設置橋門架，上弦部分節點設置橫聯，每幅橋設置3道橫聯。主桁及橫梁鋼板材質采用Q370qD，其余鋼板及型鋼材質均采用Q345qD。2.2主橋下部結構。主橋橋墩蓋梁采用矩形截面，截面尺寸2.0×2.5m，單幅橋墩蓋梁下設三個墩柱，均采用矩形斷面，邊墩柱截面尺寸1.8×1.8m，中墩柱截面尺寸1.8×2.5m。下設啞鈴形承臺，承臺高2.5m，邊承臺下設2根1.5m直徑鉆孔灌注樁，中承臺下設4根1.5m直徑鉆孔灌注樁。

3技術標準

(1)道路等級:城市主干道。(2)設計荷載等級:公路－Ⅰ級，人群荷載3.0kN/m2。(3)設計行車速度:50km/h。(4)橋面寬度:0.5m(主桁弦桿)+0.375m(檢修寬度及管線)+3m(人行道)+3.5m(側分帶)+11.0m(機動車道)+0.5m(雙黃線)+11.0m(機動車道)+3.5m(側分帶)+3m(非機動車道)+3m(人行道)+0.375m(檢修寬度及管線)+0.5m(主桁弦桿)=43.25m。(5)通航凈空:55×5m，徐沙河為規劃Ⅴ級航道，通航凈空為矩形斷面，最高通航水位19.36m(國家85高程系統)。(6)地震烈度:地震動峰值加速度為0.2g。

4主橋結構分析

橋梁結構分析采用midascivil進行對全橋進行空間有限元分析，全橋三維模型如圖4。由于桁架單元不傳遞彎矩和剪力，只傳遞軸向力，因此在模型中，所有桿件均采用梁單元進行模擬，其中橫梁部分對橋面板有效寬度內與鋼橫梁采用鋼混疊合梁進行模擬，其他橋面板部分及橋面鋪裝、護欄等均轉化為均布荷載加載在相關單元上。由于主桁采用高強螺栓群連接，節點板較厚，節點的剛度大，能夠傳遞彎矩，且主桁桿件截面高度與其節點中心間距之比大于1/15，因此主桁桿件節點均按剛接考慮。中橫梁及端橫梁與主桁連接中，由于只連接了腹板，因此對橫梁采用釋放梁端約束，釋放My、Mz方向的自由度。小縱梁及平聯桿件由于長細比較大，采用剛接或鉸接差別不大，為方便建模，可采用剛接。4.1橋梁強度驗算。鋼結構構件應按承載能力極限狀態驗算強度及穩定性，其計算結果見圖足規范要求。4.2橋梁疲勞驗算。根據《公路鋼結構橋梁設計規范》(JTGD64－2015)，承受汽車荷載的結構構件與連接，應按疲勞細節類別進行疲勞驗算。由于橋梁橫梁直接承受汽車荷載，因此對橫梁構件與連接疲勞應力進行了疲勞驗算，疲勞荷載采用計算模型I，采用等效的車道荷載，其中集中荷載為0.7kPa，均布荷載為0.3kPa，并按多車道進行折減。經計算，橫梁及連接最大正應力幅、剪應力幅分別為58.8MPa、8.3MPa，均滿足規范要求。4.3橋梁預拱度。在使用狀態下，在不計沖擊力的汽車車道荷載頻遇值作用下，計算豎向撓度為11.5mm，小于L/500=130mm，橫梁計算豎向撓度為25.7m，小于l/500=49.5mm，均滿足規范要求。根據《公路鋼結構橋梁設計規范》(JTGD64－2015)按自重+1/2活載產生的豎向撓度作為預拱度，本橋主桁預拱度采用49.4mm，橫梁預拱度采用41.7mm。4.4結構整體穩定計算。由于橋梁較寬，因此結構整體穩定性不是主要控制因素。經計算，結構一階失穩是上弦桿平面外失穩，臨界荷載特征值系數為25，表明主橋整體剛度較大，不存在整體失穩的問題，滿足規范要求。

5主要施工方法

橋梁采用工廠預制，現場拼裝的施工工藝，其主要步驟如下:(1)利用主橋橋墩承臺及河道中設置的臨時墩搭設支架。(2)工廠預制構件并進行現場拼裝橋梁主桁、橋門架、橫聯、上平縱聯、橫梁、下平縱聯。(3)拆除臨時墩及支架，完成體系轉換。(4)吊裝預制橋面板并澆筑現澆段，主橋橋面形成整體。(5)完成橋面附屬工程、照明亮化等并成橋。6結語(1)橋梁主桁各節段間桿件受力大小差異較大，設計中可根據強度、穩定性要求可對各桿件鋼板厚度、尺寸等進行適當的調整，以節約材料，避免不必要的浪費。(2)通過計算分析，橋梁結構能夠很好的滿足各項指標要求，另外，由于本橋主橋橋梁較寬，橋梁橫梁在使用過程中豎向撓度較大，因此在施工中除考慮主桁設置預拱度外，應對橫梁也進行預拱度設置。目前，睢寧紅旗橋已經建設完成并正式通車，成為睢寧城區橋梁建設的一個新亮點。改造后的紅旗橋與整條天虹大道有機地融合，讓南北通行更通暢，不僅成為徐沙河畔一處新的風景，也將為徐沙河兩岸發展帶來新的機遇。

作者:徐錦 單位:徐州市交通規劃設計研究院

參考文獻:

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