大跨度钢结构栈桥设计技术浅析

许健

摘要：钢管球节点桁架较以往型钢桁架及网架结构在运行维护中有许多优势，整个桥体没有死角，防腐优于后两种结构，这些均大大降低了运行维护的费用。本文通过分析及经济技术比较可知，大跨度钢栈桥采用钢管球节点桁架是技术先进、经济合理的。本文通过对大跨度钢栈桥三种结构形式的应用进行经济性比较，证明钢栈桥采用钢管球节点桁架是技术先进、经济合理的，探讨了栈桥楼面结构造型，以降低运行维护费用，从而提高该桥的经济效益。

关键词：大跨度；钢结构；栈桥设计

Abstract: the steel tube ball node truss than ever before and the latticed truss structure steel truss in operation and maintenance, has many advantages, the whole bridge body no dead Angle, anticorrosive better than the last two structure, these are greatly reduces the operation and maintenance costs. This article through the analysis and comparison of economic technology, it is known that the large span steel truss bridge using steel tube ball node is advanced technology, reasonable economy. This article through to the large span steel structure form of the approach bridge three application economical comparison, proof of the approach bridge steel tube ball node truss is advanced technology, reasonable economy, probes into the floor structure modeling approach, in order to reduce the operation and maintenance costs, thus improving the Tours of the economic benefits.

Keywords: big span; Steel structure; Zhanqiao pier design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

某市区新建一条大跨度钢栈桥，现主要论述一跨度为27.722m，离地平均为35m高栈桥的设计，对栈桥的桥体结构和桥面结构进行优化分析，以进一步降低造价。

一、桥体结构形式分析

目前国内大跨度钢栈桥结构形式一般采用钢桁架结构，这种结构有成熟的应用经验，用于封闭式栈桥较为合理，既起到了承受荷载的作用，又为封闭体系提供了骨架。钢桁架主要有两种形式：型钢桁架及钢管球节点桁架。除钢桁架结构外也采用空间网架作为主要承重结构，上面采用小门架作为围护。此结构形式的优势主要在于：网架结构轻巧美观，组成简洁明快，大大丰富了大跨度钢栈桥的建筑造型，且构件工厂化加工，可节约施工占地，并且加工质量有保证。

二、桁架结构设计

2.1桁架形式确定

在常规设计中,桁架主要有下撑式和平行弦式两种形式。下撑式主要用于露天栈桥,不需侧围护；而平行弦桁架的支座位于下弦两端节点,故在其高度范围内,桁架可用于围护结构的侧墙骨架；当采用平行弦桁架时,为保证结构的整体稳定,规定应在两端设门形刚架,沿桁架的上下弦宜通长设置纵向水平支撑,同时设置横向垂直支撑。因本工程采用封闭栈桥,故选定平行弦桁架结构形式。

2.2桁架结构设计

桁架结构的高度按L/8～L/12(L为纵向跨度)确定，考虑到实际工程应用和建筑外形美观，选用矢高2.8 m，跨度等分为1 2个节间，现场倾斜4.7°，桁架下端固定、上端滑动[1]。

2.3计算与选用

2.3.1采用型钢桁架形式

输入《钢桁架计算程序》(truss)得：上下弦采用2L125×10；端门架采用2[20a；斜腹杆最大杆2L110×8，最小杆2L80×6；辅助腹杆2 L 7 5×5；上下弦间纵向水平支撑选用L63×6。

2.3.2采用钢管球节点桁架形式

输入《钢桁架计算程序》(truss)得：上下弦最大杆Φ146×10.0，最小杆Φ114×4.0；端门架采用Φ180×10.0；斜腹杆最大杆Φ133×7.0，最小杆Φ76×4.0；辅助腹杆Φ7 6×4.0；上下弦间纵向水平支撑选用Φ63.5×3.5。

2.4桁架结构体系自重

①楼面横向钢梁、纵向钢梁、C型檩条、楼面花纹钢板总自重约9.200t。

②如采用型钢桁架则桁架及桁架上下弦间纵向水平支撑自重如下每榀桁架自重40kN，约4.0t，共2榀；上弦纵向水平支撑(含屋面横梁)14.0kN，约1.4t，共1榀；下弦纵向水平支撑(不含楼面横向钢梁)6.7kN，约0.67t，共1榀。以上三项得知桁架自重为10.070t，由此可知型钢桁架结构体系总重为19.270t[2]。

③如采用钢管球节点桁架则桁架及桁架上下弦间纵向水平支撑自重如下每榀桁架自重31kN，约3.1t，共2榀；上弦水平支撑(含屋面横梁)7.5kN，约0.75t，共1榀；下弦水平支撑(不含楼面横向钢梁)3.6kN，约0.36t，共1榀。以上三项知桁架自重为7.310t，由此可知型钢桁架结构体系总重为16.510t。

三、网架结构设计

3.1形式确定

本工程大跨度钢栈桥横向宽度为3.7m，跨度为27.722m，属于中小型网架。设计中在满足工艺要求下，采用螺栓球方案即可满足要求。经过多方案的计算、比较，最终确定横向网格尺寸1.8、5 0 m，纵向网格尺寸为2.318m(纵向跨度等分为12个节间)，网架高度为2.5m(高度按L/10～L/15确定，L为纵向跨度)、下弦6点支承的正放四角锥螺栓球网架为最佳方案，现场倾斜4.7°[3]。

3.2网架结构分析

网架上弦每个节间设水平横梁一道，用于支承栈桥皮带通过纵梁传下来的荷载；水平横梁上设置纵梁以支撑走道板及皮带荷载。网架下端固定、上端滑动。

3.3网架结构体系自重

经《网架计算程序》(truss)进行计算可得：网架最大杆采用159×6mm、最小杆为60×3.5mm；螺栓球采用Q345B钢材，最大球D200mm、最小球D120mm；网架总自重为7.552t。其他楼面横向钢梁、纵向钢梁、C型檩条、楼面花纹钢板自重、小门架总自重约8.550t，由此可知结构总重为16.102t。

四、桥体结构经济比较分析

通过下表1各个方面比较可知大跨度钢栈桥采用钢管球节点桁架无论在技术上还是经济上都是合理的。

五、栈桥楼面结构选型

以往大跨度钢栈桥楼面大都采用1.2 m m厚压型钢板作底模的钢筋混凝土楼面，这种楼面自重大，桥体结构耗钢量相应也大。某市中的大跨度钢栈桥离地面很高，如本工程已达3 5 m。现场混凝土施工时需采用特殊工艺和设备加压、加高，施工周期长且工艺复杂，需要大量人力、物力、财力。而且经济上5 m m厚花纹钢板楼面比混凝土楼面便宜得多。近几年，在国内一些省市的大跨度钢栈桥设计中，楼面普遍采用花纹钢板，这种楼面形式自重小,仅为混凝土楼板的1/5，桥体结构的耗钢量也随之降低。且现场安装简单，不需要大型设备，施工现场整齐有序，时间短，比混凝土桥面节约一半的施工时间。因此本工程大跨度钢栈桥采用花纹钢板桥面为宜。

六、结论

钢管球节点桁架较以往型钢桁架及网架结构在运行维护中有许多优势，整个桥体没有死角，防腐优于后两种结构，这些均大大降低了运行维护的费用。通过以上分析及经济技术比较可知，大跨度钢栈桥采用钢管球节点桁架是技术先进、经济合理的。因此在某市大跨度钢栈桥工程中，大跨度钢栈桥推荐采用钢管球节点桁架桥体、花纹钢板桥面。

参考文献：

[1]GB 50017-2003钢结构设计规范[S]. 2003.

[2]孙建斌. 煤矿上大跨度钢栈桥结构设计探讨[J]. 山西建筑，2007，(11).

[3]李玉兰，杨军. 钢结构栈桥设计中的一点体会[J]. 煤炭工程，2005，(09).

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。