北京市西四環(huán)復(fù)興路立交變截面連續(xù)鋼組合梁設(shè)計(jì)

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簡(jiǎn)介： 本文首先說(shuō)明采用鋼組合梁方案的原因并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，然后介紹北京市百四環(huán)復(fù)興路立交變截面連續(xù)鋼組合梁的設(shè)計(jì)過(guò)程，最后總結(jié)了一下該橋的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵字：變截面鋼組合梁 立交橋

一、工程概況

復(fù)興路立交位于北京市西四環(huán)跨復(fù)興路處，為避免施工時(shí)交通中斷，并且保證一跨跨過(guò)復(fù)興路，以保持橋下良好的視野，本橋采用一聯(lián)三跨變截面鋼組合梁，跨徑為 34＋ 48＋ 34m。本橋?qū)?5.7m，分為兩幅，兩幅中間間隔2cm，每幅布置兩個(gè)4.5m寬鋼箱，中跨跨中梁高1.47m，墩頂梁高2.57m，箱梁底按拋物線布置。

本橋設(shè)計(jì)荷載為：汽－超20．掛－120；地震基本烈度8度，橋梁按9度采用抗震措施。

二、鋼組合梁撞斷面及制段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

根據(jù)筆者以往多座鋼組合梁橋的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本橋擬定根段面見(jiàn)圖1，箱寬4.5m，懸臂2m，混凝土橋面板在腹板頂處為0.4m，橋面板內(nèi)配置預(yù)應(yīng)力鋼束，混凝土橋面板與鋼箱連接處設(shè)置剪力釘抗剪，以使橋面板與鋼箱協(xié)調(diào)變形，共同受力。

本橋全長(zhǎng)116m，根據(jù)起吊重量和運(yùn)輸條件的限制，分為22＋24＋24＋24＋22m共五個(gè)制作段，待各個(gè)制作段吊裝到位后用高強(qiáng)螺栓栓接。

三、撞向分配系數(shù)計(jì)算

為了計(jì)算每一個(gè)箱子在全橋長(zhǎng)度上的橫向分配系數(shù)，接等代剛度法將本橋等代成34＋48＋34m三跨等截面簡(jiǎn)支梁，再以簡(jiǎn)支梁作為受力模型，用剛結(jié)板法計(jì)算每個(gè)箱子的橫向分配系數(shù)，然后，將各跨的橫向分配系數(shù)綜合起來(lái)得到每一個(gè)箱子在全橋長(zhǎng)度上的橫向分配系數(shù)，具體使用程序?yàn)楸驹赫活A(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)文梁橋設(shè)計(jì)計(jì)算程序《SBBD》，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

四、鋼組合某縱向預(yù)應(yīng)力計(jì)算

本橋使用平面杯系結(jié)構(gòu)程序?qū)⒁粋€(gè)箱子作為分析對(duì)象，動(dòng)荷載按照一列車乘以橫向分配系數(shù)考慮，具體使用程序?yàn)楸驹旱?綜合程序"，荷載考慮恒載、汽車、掛車，兩組溫度，兩組位移組合成七種荷載組合，施工階段分為制作段吊裝，檢接，拆水平臨時(shí)支架，澆筑橋面板，張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，拆剩余臨時(shí)支架，橋面鋪裝，正常使用共八個(gè)階段，本橋鋼材采用16Mn，混凝土采用50號(hào)，最大控制應(yīng)力根據(jù)橋梁規(guī)范和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)定為：

施工階段混凝土最大壓應(yīng)力20.OMPa

混凝土最大拉應(yīng)力1.6MPa

使用階段鋼最大拉、壓應(yīng)力150.0MPa

混凝土最大壓應(yīng)力15.OMPa

混凝土最大拉應(yīng)力1.OMPa

最后的縱向預(yù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖4所示，預(yù)應(yīng)力鋼束采用9-7φ5鋼絞線R＝1860MPa，ck=1302MPa

五、變截面鋼組合梁設(shè)計(jì)心得

（1）變截面鋼組合梁充分利用鋼材抗拉強(qiáng)度高、混凝土抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，具有高跨比較?。ū疚脑O(shè)計(jì)中跨跨中為1/32.7），跨度適中（筆者曾設(shè)計(jì)過(guò)的鋼組合梁跨徑最大到72m，聯(lián)長(zhǎng)最長(zhǎng)為219.16m，涵蓋彎、斜、坡橋），橋型輕盈，曲線簡(jiǎn)潔流暢的優(yōu)點(diǎn)，并且采用制作段工廠化制造，現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工過(guò)程，因而可不間斷交通，工期較短，特別適合于城市中心區(qū)跨徑較大，梁高較低，不能中斷交通，且要求橋型美觀，色彩講求變化的城市立交橋，缺點(diǎn)是造價(jià)比預(yù)應(yīng)力混凝土連梁稍貴，需定期養(yǎng)護(hù)。

（2）變截面鋼組合梁采用平面桿系結(jié)構(gòu)程序進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)橋較寬、采用多箱定結(jié)構(gòu)時(shí)，先將連梁按照等代剛度法比擬成相同跨徑的等截面簡(jiǎn)支梁，再按剛接板法計(jì)算一個(gè)箱子的橫向分配系數(shù)，此橫向分配系數(shù)即為作用在一個(gè)箱子上的車列數(shù)，在計(jì)算抗彎截面模量時(shí)先將混凝土橋面板部分的寬度乘以1/7（混凝土的彈性模量是鋼的1/7），等代成鋼結(jié)構(gòu)，然后與鋼箱一同計(jì)算其抗彎截面模量，最后，根據(jù)頂、底板的拉、壓應(yīng)力要求，在橋面板中適當(dāng)配制預(yù)應(yīng)力鋼束（一般要求有通長(zhǎng)束）。

（3）構(gòu)造方面，鋼箱一般寬3～5.6m，與混凝土橋面板相接處的翼板寬60～120cm，翼板上面設(shè)制剪力釘，一般橫向間距10m，縱向間距25m，多箱室結(jié)構(gòu)箱問(wèn)須設(shè)制模向連接，各制作段門采用高強(qiáng)螺栓栓接。