郭曙光

（沈阳市市政工程设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

0 引言

目前，为解决城市内交通拥堵状况，城市内高架桥越建越多。受城市内建筑物限制，半圆形桥梁应用较多。

本文以沈阳市朗月街-文汇街高架桥工程CA11#-CA14#联钢箱梁为工程背景，利用有限元程序对该联钢箱梁进行计算分析，以期为同类型桥梁设计提供参考依据。

1 概况

拟建沈阳市浑南大道快速路工程西起胜利大街，东至文汇街，沿线走行现状浑南大道，全长约11.811 km。工程沿浑南大道自西向东分别建设胜利大街立交桥、浑南大道跨南京街桥、浑南大道跨金阳大街桥、彩霞街-青年大街隧道、浑南大道跨青年大街桥、青年大街至富民街隧道，朗月街-文汇街高架桥(含长青街立交)。

A匝道桥为朗月街-文汇街高架桥与长青快速路高架桥连接匝道桥，A匝道桥宽为8.25～10.0m，为单向2车道布置。CA11#-CA14#联钢箱梁位于长青快速路上方，曲线半径为33m，本联桥宽10m。A匝道桥效果图见图1。

图1 A匝道桥效果图

2 计算条件

2.1 计算方法

（1）结构计算使用M id a s空间建模计算，按空间板单元进行受力计算与分析。

（2）计算结果应力值为承载能力基本组合值，挠度计算为标准组合值。

（3）抗疲劳设计中，先按疲劳荷载计算模型Ⅰ验算，当不满足时，按模型Ⅱ验算；桥面系构件采用疲劳荷载模型Ⅲ验算。

2.2 计算模型

采用M id a s/C i v i l 2018程序建立梁单元模型，进行空间计算分析。钢箱梁空间计算模型见图2。

2.3 设计荷载

（1）恒载：钢结构的容重按78.5 kN/m3计，其钢梁本身的附属构件全部按实际荷载考虑；铺装层厚度按厚7.5 cm沥青铺装考虑；防撞墙自重按每道每延米12 kN/m计算，共2道；隔音屏每延米3 kN/m，按5m高隔音屏单侧布置。

图2 钢箱梁空间计算模型

（2）活载：汽车荷载为城市-A[1]；混凝土收缩、徐变按《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）[2]计算；基础不均匀沉降为L/5 000；风荷载根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）[2]计算。

（3）压重混凝土：为确保各墩顶支座在正常使用情况下始终处于受压状态，在钢箱梁内实施了压重措施，压重采用灌注C30无收缩混凝土。

3 计算结果

3.1 总体计算

施工流程划分：架设临时支墩→钢梁制作段吊装及连接→拆除临时支墩→桥面系施工。

以单箱3室钢箱梁横断面为例，取4道横隔板长度进行第二体系计算。顶板第二体系最大拉应力52MPa；最大压应力-58MPa。

纵向计算结果和横梁计算结果见表1和表2。

表2 横梁计算结果

由表1和表2可知：计算结果满足《公路钢结构桥梁设计》（JTG G64—2015）[2]要求。

3.2 桥面板疲劳计算

钢箱梁桥面板是由顶板和纵横加劲肋组成的空间板壳结构。考虑到产生顶板疲劳裂缝的应力方向垂直于纵向加劲肋，应力影响线的长度较短，故截取部分梁段进行空间模型计算。模型截取横桥向2个箱室8m，纵桥向取3个横向联系间距，长度为6m。建立空间板单元模型。桥面板计算模型见图3。

图3 桥面板计算模型

出现疲劳损伤的主要构造细节主要有：（1）桥面板与纵向加劲肋之间的连接焊缝；（2）横梁与纵向加劲肋腹板之间的焊缝；（3）板肋下开口与横隔板之间的焊缝；（4）顶板板件疲劳应力；（5）纵向加劲肋之间的对接焊缝。由于本工程纵向加劲肋之间的连接采用高强螺栓连接，故只验算前4项构造细节。

3.2.1 疲劳正应力σ计算

（1）板肋与顶板相交处焊缝

加载区域1-5的应力幅[1]分别为：

板肋与顶板相交处的正应力ΔσE2计算为：

式中：ΔσE2为按2.0×106次常幅疲劳循环换算得到的等效常值应力幅，MPa；Δφ为放大系数；ω为应力幅；ks为尺寸效应系数；γmf为疲劳抗力分项系数。

由以上计算可知，板肋与顶板相交处的正应力满足设计要求。

（2）板肋与横隔板相交处焊缝

加载区域1-5的应力幅[1]分别为：

板肋与横隔板相交处正应力计算为：

由以上计算可知，板肋与横隔板相交处正应力满足设计要求。

（3）板肋下方挖孔与横隔板处焊缝

加载区域1-5的应力幅[1]分别为：

板肋下方挖孔与横隔板处正应力计算为：

由以上计算可知，板肋下方挖孔与横隔板处焊缝正应力满足设计要求。

（4）顶板板件疲劳应力

加载区域1-5的应力幅[1]分别为：

顶板板件疲劳应力计算为：

由以上计算可知，顶板板件疲劳应力满足设计要求。

3.2.2 疲劳剪应力计算

以上4处疲劳损伤构造细节，疲劳剪应力Δστ2最大处发生在板肋下方开口与横隔板之间的焊缝，其疲劳剪应力Δστ2计算如下：

由式（5）可知，疲劳剪应力满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGG64—2015）[2]要求。

4 结论

通过有限元计算分析，证明沈阳市朗月街-文汇街高架桥CA11#-CA14#联小半径钢箱梁的单箱3室横断面总体强度和桥面板疲劳强度都满足设计规范要求，所得结果可为同类型钢箱梁的设计提供参考。