系杆拱桥主梁钢混结合段设计与分析

2019-06-04 17:20李春阳

珠江水运 2019年10期

李春阳

摘要：在国内，梁拱组合体系桥梁所占的比重越来越大。文章以凌源文艺大桥主桥工程为背景，介绍了该桥的总体设计，主要对连续梁拱组合桥主梁钢混结合段的设计展开探讨，并经过分析和计算，结果表明符合相关设计要求，确保了桥梁的安全性。

关键词：系杆拱桥梁拱组合钢混结合段

1.工程概况

文艺大桥位于辽宁省凌源市，上跨大凌河，桥梁采用下承式钢混组合系杆拱桥结构形式，跨径布置为26+27.8+118+27.8+26=225.6m，其中主跨118m主梁采用钢结构，并布置外倾式钢结构拱肋，空间吊索，其余跨采用混凝土变截面连续箱梁。

2.总体设计

主拱为外倾式钢箱拱，拱轴线为二次抛物线，单侧拱脚中心距桥梁中心线间距为11.0m，横向对称外倾18°。拱肋为箱型截面，单侧主拱为2.3m高，宽度为2.2～1.8m，分为19个节段，46道横隔板，50根吊索。主拱采用Q345E钢材，面外受拉钢板采用Q345E-Z25钢材。拱脚6m以下范围内为混凝土结构，其余部分为钢结构，二者采用钢混接头方式进行连接。拱内设置钢锚箱，钢锚箱由吊索隔板、锚垫板、锚下加劲板、承压板、横穿钢锚箱的索导管等构件组成。

主跨118m的主梁部分采用流线型扁平钢箱梁的钢结构双主梁结构，分离式双箱（机动车道范围内两箱顶板连通并设置横隔板）的截面形式，机动车道中心梁高1.5m，主梁全宽由40.127m变宽至50m。钢箱梁顶面机动车道范围设1.5%的双向横坡，悬挑范围设2.0%的单向横坡，底面水平。非机动车道部分采用钢板梁结构，人行道部分采用在吊索横隔板悬挑上设钢管纵梁，再铺设人行道钢桥面的方式。

吊索为空间索面，全桥纵桥向共设27排吊索，纵向间距为4m，每排吊索横桥向共4根，外侧吊索布置在靠步道一侧横梁，内侧吊索布置在靠车行道一侧横梁。吊索上端锚点在拱箱内设置钢锚箱；下端锚箱设置于外伸钢横梁上。

系杆采用15-55型钢绞线成品系桿索，选用可实现单根张拉和单根更换的环氧涂层平行钢绞线，采用两端张拉，系杆索外包HDPE外套管。

边跨主梁26+27.8m采用预应力混凝土等截面连续梁结构，三箱三室结构，梁高与主跨一致，中心梁高1.5m，边缘梁高1.359m。

桥墩均采用独柱墩，矩形截面并设置景观凹槽，桥墩基础采用承台接群桩基础。桥台采用桩柱式桥台加钻孔桩基础。分别在各桥墩主梁下方设置摩擦摆减隔震支座，在两岸桥台主梁下方设置盆式橡胶支座。

3.主梁钢混段结构设计

3.1钢主梁构造

根据总体布置，主跨钢箱梁位于2.5%的双向纵坡竖曲线段。钢箱梁段长108.4m。钢箱梁沿桥纵向分成 15个节段，含2个钢-砼结合段过渡段；12个标准梁段；1个跨中梁段。不同板厚对接时厚度的变化都在箱外侧进行，保持箱内侧平顺。纵隔板不同板厚对接时，保持边箱侧轮廓一致，板厚变化在中箱侧进行。标准梁段长度为8m；跨中梁段长度为6.4m；钢-砼结合段过渡段长度为4.8m。

根据受力需要，在顺桥向不同区段顶板采用了16mm、20mm两种不同的厚度，底板采用了14mm、20mm两种不同的钢板厚度，腹板采用了16mm、20mm两种不同的厚度，纵肋采用了12mm、20mm两种不同的钢板厚度，钢-砼结合段过渡段板厚最大，其余为标准段板厚。顶板的厚度在横桥向也予以变化，靠近腹板的锚索区范围内采用了24mm的规格，以利于吊索索力的扩散。除钢-砼结合段过渡段设置竖向板肋外，顶板均采用U型加劲肋加劲，顶板U肋上口宽320mm，下口宽170mm，肋高300mm，U型加劲肋厚度为8mm，基本间距640mm。如图1所示为钢结构主梁标准断面图。

横隔板采用整体式，由上、下两块板组成。为避免搭接偏心、提高整体受力性能，上、下板熔透对接。上板与顶板单元一起组装。横隔板标准间距为2.0m，根据构造要求，吊索位置设置吊索横隔板，其余设置普通隔板。非吊索处的构造横隔板厚度为12mm，吊索横隔板厚度为16m。

3.2钢混结合段设计

钢-砼结合段采用了“填充混凝土后承压板式”的部分截面连接承压传剪式的钢-砼接头结构形式。钢-砼结合段端部的顶板、底板和腹板，将填充的混凝土与紧连的混凝土梁段通过PBL剪力板、预应力钢束连接。

钢-砼结合段总长4.8m，其中钢箱梁过渡段长3.0m，钢-砼结合面混凝土侧的钢与混凝土互相咬合段长1.3m，在钢-砼结合面设置一块32mm厚的承压板。钢箱梁过渡段采用变高度T形加劲肋与钢箱梁刚度过渡段的U肋进行刚度过渡；钢与混凝土咬合段采用在钢-砼结合面混凝土侧对应的混凝土梁范围的箱格内填充混凝土，通过后承压板、PBL剪力键、格室钢板与混凝土的粘结力传递主梁内力。