苏州市金光桥主桥设计

赵清波,高 远

(天津市市政工程设计研究院,天津市 300051)

苏州市金光桥主桥设计

赵清波,高 远

(天津市市政工程设计研究院,天津市 300051)

着重介绍了苏州市金光桥主桥100m的钢桁架拱桥结构,包括各部位杆件设计、钢结构防腐以及设计计算等内容。

钢桁架拱桥;总体设计;防腐;结构设计

1　工程概况

苏州市金光桥位于苏州市市区北部的相城中心区内。相城中心区是苏州的北部新城中心,位于苏州城区向北拓展的中央主轴线上。该桥位于相城中心区的最西边,桥梁跨越规划的沈思港湖区,湖水规划水面高程1.2 m。金光桥规划为城市主干道上面的桥梁,桥梁工程包括主桥、桥头堡、引桥三部分。桥梁全长222.76 m,全宽40.5 m,全部桥梁面积9 021.8 m2。

主桥结构采用跨径为100 m的钢桁架拱梁结构。

引桥分为两部分:桥头堡处引桥和桥头堡外侧引桥。桥头堡处引桥上部结构采用现浇实心板的结构形式,下部结构采用钢筋混凝土薄壁墙,墙体与桥头堡连成整体;最外侧引桥采用预应力混凝土连续梁桥结构,两侧引桥跨径均为2×26 m。

主桥标准横断面宽度为40.5 m,横向布置为: .25 m(人行道栏杆)+2.25 m(人行道)+3.5 m(非机动车道)+2.0 m(隔离护栏、拱肋)+0.5 m(路缘带)+11.5 m(车行道)+0.5 m(中央分隔墩)+11.5 m车行道)+0.5 m(路缘带)+2.0 m(隔离护栏、拱肋)+ .5 m(非机动车道)+2.25 m(人行道)+0.25 m(人行道栏杆)。详见图1、图2。

桥梁的主要技术指标如下:

(1)道路等级:城市主干道;

(2)设计荷载:车辆荷载为城-A级,人群荷载为2.4 kPa;

(3)设计车道:双向6车道;

(4)桥面横坡:2%双向坡;

(5)通航要求:设计通航水位1.2 m,通航净空4 m;

(6)地震烈度:设计基本地震加速度为0.05 g,结构重要性系数为1.7。

2　主桥设计要点

2.1主桥结构设计

主桥结构采用跨径为100 m的钢桁架拱梁结构。拱肋桁架上、下弦拱轴线分别采用不同的圆曲线,下拱肋构矢高18.4 m,矢跨比1/5.4,拱顶桁架高度为3.5 m,上拱肋拱顶至桥面高度为16.1 m。主拱采用两片平行的钢桁架拱肋,横桥向间距26.5 m,两片拱肋之间用风撑连接。拱结构产生的水平推力通过拱梁结合段传至主纵梁内,水平拉力由主纵梁承担。顺桥向两拱脚处一端设置固定支座,另一端设置滑动支座,基础底面不承受恒载、活载及温度荷载产生的水平推力。

主桥结构体系主要有以下优点:

(1)结构体系为无推力拱桥。通过释放一侧拱脚的水平约束,形成外部静定的无推力拱梁组合体系,基础不承受恒载、活载及温度荷载产生的水平推力。

(2)主梁内不设置水平拉索,结构构造简单明确,施工方便、安全性好。

2.2主桥结构主要构件设计要点

2.2.1主拱肋

主拱采用两片平行的钢桁架拱肋,横桥向间距26.5 m,两片拱肋之间用风撑连接。桁架拱片由上、下弦杆和腹杆组成,上、下弦杆采用焊接箱型断面,截面高1.0 m,宽1.0 m,正常段拱肋钢板厚28 mm,加强段拱肋钢板厚40 mm。中间腹杆采用焊接工字形断面,截面高0.942 m,宽0.6 m,顶、底板厚16 mm,腹板厚10 mm;加强腹杆采用焊接箱型断面,钢板厚40 mm。上下弦杆节段间连接采用现场焊接,腹杆和上下弦杆之间采用焊接连接。

图1　主桥立面图(单位:mm)

图2　主桥横断面图(单位:mm)

2.2.2主纵梁

主纵梁采用焊接箱型断面,高度2 m,宽度l m。吊杆下设横梁,间距分为5 m和4.5 m两种,横梁高度为2～2.259 m。钢桥面采用正交异性板桥面,纵桥向设小纵梁及U形加劲肋,横桥向设置横梁和横肋。钢主梁外侧设置人行道挑臂,挑臂长度6.5 m。钢梁之间及桥面全部采用焊接方式连接。

2.2.3吊杆

该桥共设吊杆30根,吊杆长度5.483～13.661 m,均采用焊接“H”形截面,截面高度400 mm,翼缘宽度600 mm。

2.3主桥施工顺序

该桥由于先造桥、后开挖形成湖区,因此主桥采用杆件运输到工地现场,由地面吊机吊装,在满堂支架上安装。主桥施工工序如下:基础及下部结构施工完成后搭设支架;进行主纵梁、桥面系和桥面以下拱肋、加强腹杆的拼装;在桥面上搭设支架进行拱肋、腹杆和平联的拼装,并在拱的中部进行合拢;安装吊杆并上、下端联结后,拆除支架;最后进行桥面工程施工。

3　钢结构防腐

对于该桥这样一座重要、结构较为复杂的桥梁,考虑到桥梁的耐久性,对于主桥钢结构的防腐,应从桥梁的防腐耐久性、维护经济性和环境保护要求等方面综合进行考虑。

钢材锈蚀是一种自然现象,钢结构锈蚀到一定程度会危及结构的安全使用。目前应用比较广泛的钢结构防腐技术,大致可划分为两类:其一是涂料防腐,其二是金属防腐。涂料作为防腐涂层应用有着悠久的历史,优点是造价较低,但缺点也很明显:涂料寿命短,反复涂装不但增加了人的工作量而且也增加了后期维护费用。金属防腐虽然造价较高,但是耐腐蚀性好、使用寿命长,并且涂层与钢板具有优良的粘结力。

经过综合比较,该桥防腐体系采用电弧喷锌铝伪合金方案。根据电弧喷锌铝伪合金涂层对封闭涂层的要求,结合多种涂料的特性,决定采用乙烯基环氧封闭涂料、环氧云铁中间漆和聚氨脂面漆配套的封闭涂层体系。钢结构外表面进行喷涂锌铝伪合金和封闭涂层,内表面采用喷涂锌铝锌铝伪合金和云铁封孔漆。该桥防腐方案如表1所示。

表1　钢结构涂装方案表

4　主桥结构分析

4.1模型建立

整体结构分析程序采用MIDAS Civil 2006。主桥拱肋上下弦、主纵梁、加强腹杆均采用焊接箱形断面,其余腹杆、上下平联、吊杆均采用“工”字形焊接截面,各截面均按实输入,计算模型桁架杆件均采用梁单元,桥面板用板单元模拟。整个模型共有3 402个单元。

所有杆件自重以程序自动计入,节点板及部分加劲重量以节点质量输入,整体结构分析模型见图3。

图3　结构整体计算模型

4.2应力和挠度计算结果

根据上述模型进行计算,得到主桥的应力和挠度计算结果(见表2)。

表2　各部位杆件成桥阶段应力表(单位:MPa)

从表2可知,各部位杆件的应力均满足现行《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86) (以下简称《钢桥规》)中关于钢材的应力要求,主桥整体结构安全可靠。

从表3中可以看出,恒载产生的最大挠度约为跨径的1/1 585,活载产生的最大挠度约为跨径的1/3 425,活载挠度远小于规范中规定的1/800 L,结构刚度满足使用要求。

表3　挠度计算结果(单位:mm)

4.3疲劳强度计算结果

构件的疲劳强度均按受轴力和弯矩共同作用的受力类别计算,应满足《钢桥规》表1.2.17-1:

假定各节点的螺栓连接可靠时,只需验算“等宽等厚钢板对接”,即《钢桥规》表1.2.17-4类别5.1或6.2的情况,验算公式《钢桥规》表1.2.17-2:

图4　拱肋疲劳强度计算结果

图5　吊杆疲劳强度计算结果

图6　主纵梁疲劳强度计算结果

4.4整体稳定计算

利用上述空间模型,依据特征屈曲理论进行空间稳定分析,计算得到成桥恒载+满布活载状态稳定系数,前4阶屈曲稳定系数见表4。

表4　整体稳定分析结果

由以上表和图的结果可知,该桥的整体稳定性较好,完全满足运营阶段的使用要求。

4.5杆件局部稳定计算

根据《钢桥规》中关于总体稳定性计算公式,对于受压并在一个主平面内受弯曲的构件应满足:≤φ1「σ](1.2.16-3)。运用Midas Civil的截面验算功能可对全桥各构件进行稳定计算。经过计算,所有杆件局部稳定均满足规范要求。

5　结语

金光桥主桥造型优雅庄重,拱曲线与周围环境融合协调,成桥后已成为当地一处靓丽的风景。

U442.5

B

1009-7716(2015)12-0045-03

2015-04-02

赵清波(1979-),男,黑龙江绥化人,高级工程师,从事桥梁工程设计工作。