单箱双室钢箱梁弯桥设计与分析

刘洪进

（淄博市规划设计研究院，山东 淄博255000）

1 工程概况

1.1 工程简介

在城市立交桥和交通枢纽中由于受地面道路和地下空间影响，小半径匝道桥跨径往往超过20m，这种小半径大跨径弯桥需采用钢箱梁结构形式。淄博火车站南广场上下落客平台的匝道桥需跨越地面道路和地下车库的进出通道，其第二联位于半径为50m的曲线段上，跨径布置为2孔36.5m，经方案比选该联上部结构采用斜腹式双室钢箱梁。

1.2 技术标准

（1）道路等级：城市次干路；

（2）设计速度：30 km/h；

（3）荷载标准：城-A级；

（4）桥梁结构设计基准期：100 a；

（5）净空：不小于4.5m；

（6）设计安全等级：一级。

2 结构概述

本联受地面道路及视距影响，中墩为直径1.7m钢柱，柱内灌注混凝土，墩梁固结。

钢箱梁总宽为9.0m，顶板宽8.8m，底板宽5.38 m，梁高1.78 m，翼缘板长1.5 m，单箱双室。为与其他联外形相统一，外侧腹板采用斜腹板，内侧中腹板采用直腹板。

箱内横隔板间距3.6m，横向加劲肋间距3.6m，腹板横向加劲肋间距1.8m。

箱梁顶板通长厚16mm，边支点3m内底板和腹板厚16mm，中支点5.5m内底板厚28mm，腹板厚16mm；底板、腹板跨中厚皆为12mm。

全桥顶底板纵向为板式加劲肋，高180mm，厚16mm，顶板横向间距300mm，底板横向间距450mm。

顶底及腹板横向加劲板宽400mm，厚12mm。

横隔板厚12mm，内留1 000mm×868mm入口，入口四周设置150mm×12mm加劲肋。

边支点2m内，中支点5m内灌注C30微膨胀混凝土。

边支座间距为3.5m，内外支座设置预偏心，内侧支座距离中线600mm，外侧距离中线2 900mm。中墩为在中线处固结。

钢箱梁顶面设置10 cm厚C55钢纤维混凝土层，内设钢筋网片。桥面铺装采用10 cm沥青混凝土。断面构造见图1。

图1 钢箱梁标准断面（单位：mm）

3 构造校核

3.1 顶板及加劲肋厚度

满足《钢桥规》第8.2.1条规定：顶板不小于14mm要求，加劲肋最小板厚不应小于8mm。

3.2 受压板件加劲肋几何尺寸校核

根据《钢桥》规定：hs/ts≤12×345/fy180/16=11.25≤12×45/345=12，符合规范5.1.5-1要求。

3.3 受压加劲板的刚性加劲肋相对刚度要求复核

单宽板刚度D=Et3/12（1-υ2）=206 000×163/12×（1-0.312）=77 790 316N·mm

纵向加劲肋相对刚度γl=EIl/bD=206 000×31 104 000/（3 208×77 790 316）=25.68

加劲板的长宽比α=a/b=1 800/3 208=0.561符合规范5.1.6-1要求。

Axl=180×16=2 880 mm≥bt/10n=3 208/（10×11）=29.16mm符合规范5.1.6-2要求。

4 计算分析

采用Civil Designer对桥梁进行整体验算，全桥建立80个单元，中墩与钢箱梁固结与主梁模型一并建立。各种荷载工况根据实际情况结合规范要求执行，计算模型见图2。

图2 模型视图

4.1 拉/压弯构件腹板应力验算

腹板应力包络图见图3。

图3 拉/压弯构件腹板应力验算包络图

按照《钢桥规》公式5.3.1-3τd=γ0τ≤fvd、f≤1验算，τd=82.617 MPa≤fvd=160.000 MPa、f=0.714≤1，满足规范要求。

4.2 拉/压弯构件腹板最小厚度及其加劲肋验算

本桥腹板仅设置横向加劲肋，不设置纵向加劲肋。其腹板最小厚度计算根据规范5.3.3条有关规定计算。

满足规范5.3.3要求a/hw=900/1 786.7=0.504＜1。

（hw/（100 tw））4（（δ/345）2+(τ/（58+77（hw/a）2））2）=（1786.7/（100×12））4×（（54.28/345）2+（24.89/（58+77×（1 786.7/900）2））2）=0.145＜1，符合规范5.3.3-1b要求。

腹板横向加劲肋惯性矩It=12× 4003/12=64 000 000mm4

大于3hwt3=3×1 786.7×123=9 262 252.8 mm4满足规范5.3.3-4要求。

4.3 拉/压弯构件翼缘板弯曲正应力验算

主梁截面应力包络图见图4。

图4 拉/压弯构件翼缘板弯曲正应力验算包络图

按照《钢桥规》公式5.4.1-1σ=γ0Nd/Aeff+γ0·（My+Ndez）/Ay，eff+γ0（Mz+Ndey）/Az，eff≤fd验算，σ=197.065MPa≤fd=275.000MPa，满足规范要求。

4.4 拉/压弯构件整体稳定验算

根据《钢桥规》第5.3.2条规定，主梁截面满足第1款规定，可不计算梁的整体稳定性。

4.5 抗倾覆验算

按《钢桥规》第4.2.2条规定，上部结构采用整体式截面的梁桥在持久状况下结构体系不应发生改变，并应按规定验算横桥向抗倾覆性能。

（1）在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态。

按照《钢桥规》第4.1.8条验算：支座反力Fz＞0，满足规范要求。

各支座中，某节点最不利时，横向抗倾覆轴稳定性系数皆大于横向抗倾覆轴稳定性系数允许值k=2.5，满足规范要求。

表1 倾覆验算-支反力表格

表2 倾覆验算-稳定系数

4.6 挠度验算及预拱度

按《钢桥规》第4.2.3条规定，计算竖向挠度时，应按结构力学的方法并应采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值，频遇值系数为1.0，计算预拱度见表3。

表3 挠度验算及预拱度表格

按照《钢桥规》第6.5.3条验算：20号节点汽车荷载（不计冲击系数）和人群荷载频遇组合最大挠度设计值fd=30.932≤最大挠度允许值fn=72.078，满足规范要求。

58号节点汽车荷载（不计冲击系数）和人群荷载频遇组合最大挠度设计值f d=29.601≤最大挠度允许值fn=72.079，满足规范要求。

4.7 疲劳验算

《钢桥规》第5.5.4条规定，疲劳荷载计算模型I和第5.5.5条规定，疲劳荷载计算模型Ⅱ计算结果见图5、图6。

图5 疲劳验算正应力包络图

图6 疲劳验算剪应力包络图

按照《钢桥规》第5.5.4条验算：疲劳正应力验算满足规范要求；疲劳剪应力验算满足规范要求。

5 结 论

随着城市建设快速发展，城市交通枢纽处小半径大跨径钢箱梁弯桥日趋增多，做好该类桥梁设计需进行详细、全面的构造设计和计算分析。本文可为类似工程提供参考和借鉴。

（1）曲线半径50m的匝道桥其跨径超过20m时需考虑钢箱梁设计。

（2）横向宽度大于8m的钢箱梁可考虑采用两室单箱断面形式，可根据要求设置成斜腹式。

（3）小半径钢箱梁顶板加劲肋宜采用板式，方便加工预制。

（4）钢箱梁设计除进行整体计算分析外，其构造要求需满足规范规定。