1、一座下承式公路鋼桁架橋的結構設計與分析摘要：通過鋼桁架橋的設計，針對鋼桁架的結構設計、桿件截面選用、結構計算、鋼結 構防腐等方面，為相近跨徑鋼桁架橋梁設計提供參考。概述鋼桁架橋以其跨越能力強、施工速度快、承載能力強、耐久性好普遍應用于鐵路橋梁。 長期以來，由于鋼材價格高，材料養(yǎng)護費用高，鋼桁架橋梁在公路領域應用較少。近年來， 隨著我國煉鋼水平的提高，國產的鋼材品質已經完全能滿足結構安全的需要，同時隨著鋼結 構防腐技術的提高，鋼結構橋梁越來越多的在公路工程領域得到應用。相比較我國當前100m左右中等跨徑常用的橋型如連續(xù)梁、系桿拱、矮塔斜拉橋等結構， 鋼桁架橋梁雖然建筑成本高，但刨去成本控制的因素

2、，鋼桁架橋具有以下的幾點優(yōu)越性：1. 建筑高度低，由于鋼桁架結構主桁主要由拉桿和壓桿構成，對桿件界面的抗彎剛度要求不大， 因此鋼桁架的建筑高度由橫梁控制，在橋梁寬度不是非常大時可極大的降低橋梁建筑高度， 尤其適用于對橋梁建筑高度有嚴格限制的橋梁；2.施工周期短，速度快。鋼桁架施工可在工 廠制作桿件，運到現(xiàn)場拼裝成橋，可采用頂推和支架拼裝等方法，這使它在很多工期較緊的 工程（如重要道路的橋梁改建）和跨越重要道路的跨線橋上成為橋型首選之一；3.隨著鋼結 構防腐技術的提高，鋼桁架橋的耐久性大為提高，同時鋼材作為延性材料，結構安全性較混 凝土橋梁高。正因為鋼桁架橋梁的這幾方面的優(yōu)點，桁架橋梁成為特定條

3、件下的經濟而合理 的橋型選擇。結構設計公路橋位于江蘇省境內，正交跨越京杭大運河，河口寬95m，通航凈空要求90 x7m， 橋梁主跨采用97m，由于橋梁中心至橋頭平交處距離僅140余米，若采用其他結構縱坡將 達到5%以上，經綜合考慮，主橋采用97m下承式鋼桁架結構。2.1主桁主桁采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節(jié)間長度5.35m，主桁高度8m，高跨比為 1/12.04。兩片主桁中心距為8.6m，寬跨比為1/11.2，橋面寬度為8m。r-Itat-DwHbw r-Dw- Mbw rQm*De r-D*sn rDmi r-Don r-Dra Him r-IPm s-kpw圖1主桁一般構造圖主桁上下

4、弦桿均采用箱形截面，截面寬度500mm，高度均為540mm，板厚2024mm， 工廠焊接，在工地通過高強度螺栓在節(jié)點內拼接。除端斜桿采用箱形截面以增加面內外剛度 外，其余腹桿均采用焊接H形截面，截面寬度500mm，高度均為400mm，最大板厚24mm。2.2橋面系橋面系為聯(lián)合梁，由下面的鋼梁和上面的橋面板結合而成，其鋼梁部分仍采用縱橫梁體 系。本設計橫梁高870mm，為工字形截面，與主桁在節(jié)點上通過高強螺栓連接；縱梁高 420mm，也采用工字形截面，上翼緣與橫梁上翼緣的底面齊平，在縱梁腹板上設一對角鋼 與橫梁腹板相連，橫向每2m設置一道；橋面板采用鋼筋混凝土結構，板厚15cm，與縱、橫梁相交處

5、帶肋，板厚增至20cm，通過剪力釘與橫梁、縱梁相連。2.3上、下平縱聯(lián)上、下平面縱向聯(lián)結系均采用交叉式，與弦桿在節(jié)點處相連，以抵抗橫向風力及弦桿變 形產生的內力。在桁梁兩端斜桿所在的斜平面設置橋門架，上弦節(jié)點每個節(jié)點均設一道橫向 聯(lián)結系。2.4節(jié)點構造桿件以16mm厚節(jié)點板連接，連接采用M24高強錨栓，設計預緊力為240kN。2.5技術指標工程用鋼量為600kg/E。3.結構計算主橋計算采用空間有限元程序midasCivil2010進行分析，主桁、橫梁、上下平縱聯(lián)采用 桁架單元，橋面板采用厚板單元模擬。全橋共劃分單元6624個，其中桁架單元3712個， 板單元2912個。橋面鋪裝、防撞護欄等二

6、期恒載采用平面荷載施加在橋面板上，移動荷載 采用車道面加于橋面板上，全橋模型如下：圖2全橋計算模型3.1結構靜力計算結構按如下工況進行計算，分別是工況一：自重+二期恒載；工況二：自重+二期恒載+ 整體升溫+日照溫差+汽車荷載；工況三：自重+二期恒載+整體降溫+日照溫差+汽車荷載。根 據對結構進行計算分析，承載能力狀態(tài)上弦桿壓應力為170.7MPa，下弦桿最大拉應力為 86.2MPa，均小于Q345鋼設計容許應力，滿足鋼結構設計規(guī)范要求，其中上弦桿應力控制 設計。使用狀態(tài)下橫梁跨中承受正彎矩引起的彎曲應力，橫梁與下弦桿節(jié)點處承受固端彎矩引 起的二次應力，根據計算結果橫梁上下緣應力均滿足規(guī)范要求，

7、其中橫梁上緣因節(jié)點固端彎 矩產生的最大壓應力為120Mpa，控制設計。在使用狀態(tài)下，汽車荷載產生的豎向撓度為5.7cm，小于L/800=12.1cm，滿足規(guī)范要求。 自重+二期恒載+汽車工況下桁架跨中最大撓度為21.8cm，大于L/1600=6.1cm，需要設置預 拱度，根據公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范(JTJ025-86)需設置自重+1/2活載產生 的豎向撓度作為預拱度，本橋預拱度采用18.9cm。3.2結構整體穩(wěn)定計算由于橋寬較窄，故結構整體穩(wěn)定性成為主要控制因數。本橋整體穩(wěn)定采用MidasCivil2010 進行分析，結構一階失穩(wěn)是上弦桿平面外失穩(wěn)，臨界荷載特征值系數為25,滿足規(guī)范要

8、求。4.結構防腐防腐作為影響橋梁耐久性的重要方面，在設計中作了周密的考慮。對口型構件所用的鋼 板需作預處理。即：拋丸(或噴砂)除銹至Sa2.5級，噴涂醇溶無機硅酸鋅車間底漆2030 微米。鋼結構外表面表面處理：噴砂除銹等級Sa2.5級，表面粗糙度2560p m底漆水性無機富鋅IC-100兩道共80p m封閉漆環(huán)氧磷酸鹽封閉漆IC-123 一道20p m中間漆環(huán)氧云鐵中間漆IC-200兩道共100p m面漆丙烯酸聚氨酯面漆IC-300兩道共80p m合計280p m口型構件內表面表面處理：電動工具打磨焊縫至St3級。其它部位用電動工具清除浮塵及污染物。并用 除油劑清除油漬。底漆環(huán)氧富鋅底漆IC-

9、101 一道或兩道50p m面漆環(huán)氧厚漿漆IC-302兩道共200p m縱橫梁頂面表面處理：噴砂除銹等級Sa2.5級，表面粗糙度25-60P m單層水性無機富鋅IC-100兩道共100p m高強螺栓連接面表面處理：噴砂除銹等級Sa2.5級，表面粗糙度25-60P m低溫潮濕季節(jié)涂裝時單層無機富鋅防銹防滑涂料IC-108兩道共100p m高溫干燥季節(jié)涂裝時單層無機富鋅防銹防滑涂料IC-109兩道共100p m施工方法本橋梁位于交通繁忙的航道，航道交通量非常大，不能采用斷航的施工方案，施工時所 有桿件在工廠切割加工，在橋梁引橋上現(xiàn)場拼裝焊接成整體，采用浮運拖拉方案架設橋梁， 最后施工橋面板、鋪裝、

10、護欄等橋面設施。結語鋼桁架以其快速的施工速度，較大的跨越能力，在橋梁建筑高度和建筑工期受限 時，越來越多的作為橋型選擇的首選方案。鋼桁架主桁設計時上弦桿為主要控制設計的構件，設計時注意驗算上弦桿的局部 穩(wěn)定和作為壓桿的面內面外穩(wěn)定，確保結構安全。為了施工的方便，下弦桿的斷面尺寸可依 據上弦桿確定。橫梁設計時需注意節(jié)點板處固端彎矩引起的二次應力，大部分桁架橋中自重引起 的二次應力超過了活載引橋的結構應力，應引起設計者足夠重視。設計中應充分征求鋼結構生產廠家和防腐涂料生產廠家的意見，確保設計方案的 可行性和合理性。參考文獻：黃僑，李瑩，楊大偉等，下承式城市鋼桁架橋上部結構設計與分析。城市道橋與 防洪，2006