温州市某大桥钢梁结构设计研究

张明军

/中交第四公路工程局有限公司

温州市某大桥钢梁结构设计研究

张明军

/中交第四公路工程局有限公司

桥梁设计和施工中，钢梁结构具有举足轻重的地位。以温州市某大桥钢梁结构设计为例，重点讨论了钢纵梁、桥面锚拉板、钢横梁、小纵梁、悬臂梁和风嘴等构造的布设，并提出相关的设计要求。

桥梁；钢梁；设计；结构

引言

在前期设计及工程施工过程中，钢梁的稳定性及节点、支架问题尤为重要[1-3]。本文以温州某大桥钢梁结构为研究对象，重点对钢纵梁、桥面锚拉板、钢横梁、小纵梁、悬臂梁和风嘴等构造进行了布设，以期达到桥梁结构的稳定性和外观的优美性的完美结合。

拟施工大桥位于温州市鳌江镇，横跨鳌江，与龙港镇彩虹大道连接。大桥全长1400m，其中跨江大桥长1105m，主桥长280m，为130+150m独塔双索面斜拉桥。引桥结构为预应力混凝土现浇箱梁。鳌江宽550m，河底最低标高-4.5m，常水位2.5m，水深处约6～7m。

桥塔采用钻石形塔，塔高99.4m，为独塔、空间双索面密索体系。主跨跨径为150m，下方为主通航孔；边跨跨径为130m，下方为辅助通航孔。主桥标准段桥宽2.25m，人行道+3.5m，非机动车道+2m，挂索区+11.5m，索塔处桥面宽度为47.5m。

1.工程地质背景

工程区地处亚热带季风区，气候温暖湿润，四季分明，雨量充沛。每年夏秋之交常受台风侵袭。年平均气温18℃，最高气温在7月份，平均气温28.3℃。多年平均降水量1668.1mm，年最大降雨量2341.1mm，降雨集中在4～9月份。年平均无霜期为343.6天，年平均结冻期为14.1天。10月至竖年4月为多雾日，每月多则5至6天，少则1至2天。

工程沿线表层沉积第四纪堆积物，厚度巨大，钻探揭露厚度约130m，下伏基岩为花岗岩，风化层厚度大。主墩桥墩位置淤泥层层厚约33m，根据地质资料分析需穿越3次卵石层；其余水上桥墩位置淤泥层约30m，需穿越两次卵石层。

2.工程概况

主桥全长280m，主桥孔跨布置为130+150m独塔组合梁斜拉桥，整体结构为塔梁固结体系，桥塔采用钻石形塔，塔高99.4m，为独塔、空间双索面密索体系（图1）。主桥钢结构加工制作工程量约4890t，现场安装工程量为4658t。主桥组合梁体系除风嘴外钢材材质均为Q345qD，风嘴材质为Q235C。桥塔钢牛腿与钢锚梁材质均为Q345qD。

图1 桥塔塔梁固结示意图

桥塔采用钻石形塔，塔高99.4m，从上至下分别为塔冠、上塔柱和下塔柱。上、下塔柱通过承台、横梁与塔冠相连。桥塔包括32个钢锚梁和与之对应的64个钢牛腿。全桥共有64根斜拉索，沿桥塔对称布置。桥塔内钢结构主要包含用于索张拉的钢锚梁和支撑钢锚梁的钢牛腿。此外，主桥ZL0#号段中间横梁为半劲性结构，与桥塔横梁固结。

桥塔钢锚梁与其支撑结构钢牛腿通过M22高强螺栓连接，钢锚梁用于拉索张拉，钢牛腿是钢锚梁的支撑结构，由座板、托架、塔壁预埋钢板、剪力钉和劲性骨架相连的连接钢板组成。桥塔共包含16个钢锚梁和32个钢牛腿。钢锚梁最大板厚为50mm，钢牛腿最大板厚为65mm。

3.钢梁结构

主桥断面采用钢主梁结合桥面板的整体断面形式，主桥由钢纵梁、钢横梁、小纵梁、悬臂梁以及风嘴连接形成钢构架，并在其上部铺设预制桥面板，现浇混凝土湿接缝，与钢梁上的剪力钉形成整体，组成钢-混组合梁体系。主桥总长280m，共包含37个梁段，其中分为桥塔、边跨和主跨节段。主桥钢纵梁、小纵梁、钢横梁悬臂梁均采用“工”字形钢梁，顶板设置2%的双向横坡。组合梁标准段长8m，合拢段长3m。

（1）钢纵梁构造

钢纵梁采用“工”字形截面，沿桥梁中心线对称布置，其底板水平，顶板设置2%的单向横坡，腹板采用直腹板。单侧钢纵梁公划分为37个梁段，其中边跨17个梁段，主跨19个梁段和一个0号梁段。钢纵梁梁高包含3200mm3200～2800mm过渡段、2800mm三种，顶板宽度均为800mm，底板宽度包含1600mm、1600～1250mm过渡段、1250mm三种。顶板与腹板厚度均为35mm，底板厚度均为80mm。钢纵梁边跨17号梁段为钢混衔接段，梁高渐变至4300mm。钢纵梁在腹板外侧设两道纵向加劲肋，加劲肋宽382.5m，厚度为30mm。钢纵梁分别间隔1200mm、800mm在腹板两侧设置竖向横隔板，与钢横梁相连处横隔板板厚为30mm，其他处横隔板板厚为20mm。

（2）桥面锚拉板构造

锚拉板焊接于边主梁上翼缘板顶面，锚管嵌于锚拉板上部中间位置，两侧与锚拉板焊接。锚拉板厚度有60mm、55mm和50mm三种。锚管截面尺寸有Φ432×36、Φ407×36、Φ352×36。

（3）钢横梁构造

钢横梁采用“工”字形截面，沿桥轴线每4m设置一道，位置与钢纵梁30mm厚横隔板位置相对应。梁底板水平，顶板采用双向2.0%的横坡，横梁跨中梁高2545mm，底板与顶板宽度均为600mm。其中，钢横梁顶板厚度为24mm，底板厚度为45mm（斜拉索处）和35mm（非斜拉索处），腹板厚度为30mm（斜拉索处）和20mm（非斜拉索处）。钢横梁对称于腹板各设置一道水平加劲肋，水平加劲肋宽150mm，厚20mm。垂直于水平加劲肋每隔1800mm设置一道竖向加劲肋，竖向加劲肋与顶板相连，下端距离底板上缘80mm。竖向加劲肋宽度为150mm，厚度为20mm（斜拉索处）和16mm（非斜拉索处）。在竖向加劲肋间设置较短的竖肋支撑板，板厚16mm，用来支撑横梁顶板和混凝土桥面板。

（4）小纵梁构造

小纵梁位于横梁中部，采用“工”字形截面，梁高1000mm，上翼缘宽600mm，下翼缘宽300mm。其中上翼缘厚度为30mm，下翼缘厚度为35mm（桥塔处）和30mm（桥塔外），腹板厚度为25mm。小纵梁每间隔1000mm设置一道竖向加劲肋，厚度为12mm。小纵梁与钢横梁通过焊接相连。

（5）悬臂梁构造

悬臂梁位于钢纵梁外侧，沿桥面对称布置。悬臂梁为人行道及非机动车道挑臂钢梁，标准段悬臂梁长度为6350mm，桥塔处悬臂梁长度为11242mm。悬臂梁顶板、底板宽度均为600mm，腹板高度由所在位置钢纵梁高度过渡至800mm。悬臂梁顶板、底板和腹板板厚均为20mm。悬臂梁对称腹板设置一道水平加劲肋，板宽155mm，板厚12mm，并每隔1500设置竖向加劲肋，板宽155mm，板厚12mm。

（6）风嘴构造

风嘴对称布置于悬臂梁外侧，用于改善桥梁抗风稳定性（图2）。风嘴各板件厚度均为8mm，各板件内侧均设置纵向100mm×10mm的加劲肋，并每隔一段距离设置8mm厚横向隔板。风嘴通过横向隔板与悬臂梁使用M24普通螺栓连接，风嘴节段间隙使用氯丁橡胶密封。

图2 风嘴栓接构造图

钢梁纵向分段分为0号段、1号段、标准段、钢混结合段和合拢段五类。其中0号段宽8m，包含三根钢横梁；1号段宽5m；标准段宽8m；钢混结合段长度为9.34m，合拢段宽度为3m。

4.设计要求

4.1 材料要求

桥面钢组合梁、锚拉板和钢锚梁采用Q345qD材质，风嘴采用Q235C材质，特殊节段钢纵梁顶板还须符合相关要求，厚度方向性能级别为Z25，硫含量应小于0.005%。钢材除必须有生产钢厂的出厂质量证明书外，并按合同和TB10212－2009标准进行复验，做好复验检查记录。制造使用的钢板或型钢，在材质 或规格方面，原则上不允许制造厂家自行更换钢材型号，如有意外变化，对原设计需做任何改变时，必须事先报承包商，并征得设计单位同意，办理相应的设计变更文件，方可实施。钢材的化学成份、力学性能应满足相关规范要求。对于钢板的表面缺陷，应根据《铁路钢桥制造规范》（TB10212-2009）[4]的有关规定进行修补和处理。钢板厚度a的偏差应符合相关规定。

4.2 焊材要求

焊接材料应根据焊接评定试验结果确定。选用焊接材料应保证焊缝金属与母材相匹配，并应符合相应的国标要求。焊接工艺设计应尽量减少由于焊接引起的变形。使用的焊丝、焊剂，焊接钢板后，其熔敷金属的屈服强度（σ），极限强度（σb），延伸率（δa）及冲击韧性应与母材匹配相当，并不低于母材的各项机械性能，保证焊接接头（包括热影响区、融合区）的各项性能与母材匹配并不低于母材；焊接材料应有钢结构加工单位根据母材钢板的技术要求和性能来选用焊丝和焊剂，并事先经过工艺评定试验和有关的专项试验评定后方能确定；对采用二氧化碳气体保护焊的部位，其中CO2气体纯度应≧99.5%。其相应的焊接材料亦应由焊接加工单位事先做好工艺试验和评定,相关方案报批监理同意后实施。

[1]张永浩，赵宝利，刘晶，等.多层带悬挑大跨钢连廊结构设计[J].建筑结构，2016，20：104-107.

[2]陈春晖，丁生根,，花更生，等.中国平安金融大厦结构设计[J].建筑结构，2007，5：38-41.

[3]童根树，张磊.薄壁钢梁稳定性计算的争议及其解决[J].建筑结构学报，2002，23(3)：44-51.

[4]中华人民共和国铁道部.铁路钢桥制造规范（TB10212-2009）[S].中国铁道出版社，2010.

作者：张明军，男，1981.11，汉，河南，本科毕业，工程师，路桥工程。

通讯地址：浙江省温州市平阳县鳌江镇江口路198号，邮编：325400。

Steel beam plays an important role in bridge design and construction.Taking the steel beam structure design of a bridge in Wenzhou as an example, we focus on the layout of steel longitudinal beam, bridge deck anchor tensile plate, steel beam, small longitudinal beam, cantilever beam and wind, etc, and put forward the relevant design requirements.

bridge; steel beam; design; structure