邯郸市赵王大街斜拉桥精细化分析方法

应用较为成熟，但是伴随着新的结构分析理论产生，有必要对特殊桥梁结构进行更加准确的计算分析。本文以邯郸市赵王大街道路工程跨东湖和支漳河特大桥（3×35+165+200+2×40m）新建工程为背景，采用精细化分析理论对桥梁定点定量分析，将桥梁结构分析提高到一个新的高度。

关键词：新建工程;斜拉桥;精细化分析

1 工程概况

邯郸市赵王大街道路工程跨东湖和支漳河特大桥位于河北省邯郸市东区，是东区地标性建筑，按照规划方案，主桥采用（165+200）m拱塔混合梁斜拉桥，全长365m，桥梁横断面布置为：2.5m（人行道）+4.5m（非机动车道）+2.0m（索区）+14.5m（机动车道）+14.5m（机动车道）+2.0m（索区）+4.5m（非机动车道）+ 2.5m（人行道），桥梁全宽47.0m。

桥采用斜塔空间扭索双索面斜拉桥方案，为墩、塔、梁固结体系，过渡墩位置设置竖向支座。主梁为钢砼组合结构，两塔以12°相交（与铅垂线夹角各为6°），主塔高度为124.528m，扶他高度为115.126m。桥塔立面为X字型，横桥向为拱形独塔。主跨侧设置12对拉索，梁上拉索间距为15.0m;边跨侧设置12对拉索，梁上拉索间距为12.0m，拉索均锚固于主梁横梁处锚拉板位置。

主梁采用混合梁，桥梁分跨线40m范围内采用混凝土主梁（含两侧各3m长钢-混结合段），其余梁段均采用钢主梁，混凝土主梁采用单箱六室结构，箱梁全宽47m，单侧悬臂宽4.0m，箱梁底板宽39m。主梁中心处梁高3.34m，塔梁固结段加高至4.34m，双向横坡1.5%，标准段箱梁顶板厚30cm，底板厚35cm，腹板厚50cm，塔跟附近顶底板均加厚至60cm，腹板加厚至1.0m;钢-混结合段横梁3.0m，塔梁固结处横梁宽7.0m，主梁渐变段设置横隔板一道，横隔板厚度0.5m。箱室均设置Ф10cm通气孔，横隔板位置处均设置人孔实现可走进，便养护。

主梁纵向钢束由顶板钢束、底板钢束及腹板钢束组成，纵向预应力张拉顺序应按图中要求进行。横向钢束由顶板横向钢束、塔梁固结段横梁横向钢束组成。

主梁除塔梁固结34m区域采用混凝土梁外，其余两跨均采用钢箱梁，小桩号跨钢箱梁长度为135.8m，大桩号跨钢箱梁长度为170.8m。钢箱梁截面外轮廓尺寸与混凝土箱梁基本相同，箱室底宽为39m，两侧各伸臂4m，钢箱梁顶板全宽47.0m。桥梁中心线处，主梁梁高3292.5mm，桥面顶板与桥面横坡相一致采用1.5%坡度。钢箱梁标准段B长度为12m，标准段G长度为15m，全桥共23个节段，分为A-C、D1、D2、E-H共九种梁段，钢箱梁现场除顶板U肋采用高强螺栓连接外，其余均采用焊接进行节段连接。钢箱梁主体结构均采用Q345qD。

钢箱梁的顶板兼做桥面承重结构，按正交异性板设计，标准段板厚采用18mm，拉索锚固区局部加厚至28mm，18mm顶板的加劲纵肋采用8mm钢板压制成的梯形闭口肋，闭口肋顶宽300mm，高280mm，底宽170mm，闭口肋的间距为600mm。根据受力需要加厚至20mm和24mm的顶板其纵向U肋同步加厚至10mm。

标准段底板采用14mm，底板加劲肋采用8mm钢板压制成的梯形闭口肋，闭口肋底宽400mm，高260mm，顶宽250mm，闭口肋的间距为800mm。临近钢混结合段区域局部和底板加重区域加厚至18mm和20mm，其纵向U肋同步加厚至10mm。

钢箱梁锚拉板位置设置两道锚点纵腹板，厚28mm，并设置3道纵向加劲肋，加劲肋厚度为24mm，高度为250mm。外侧设置一道外腹板，标准段厚度为16mm，在支点附件阶段加厚至18mm。在两锚点腹板之间设置还有两道纵隔板，标准段厚度为16mm，在受力较大的节段加厚至18mm和20mm。

横隔板标准间距为3m，分为HG1-HG5共五类，其中HG1为普通横隔板，HG2为锚点横隔板，HG3～HG5为端横梁支承横隔板。普通横隔板厚度为12mm，锚点横隔板厚为14mm，在锚点腹板区域加厚至18mm。端横梁支承横隔板HG4厚度为24mm，HG3和HG5厚度均为20mm。

小桩号侧边跨钢箱梁设置有87m长压重段，压重材料为C30铁砂混凝土，容重要求达到30kN/m3，全桥压重共20880kN，压重构造所用钢材皆为Q235C钢。

2 精细化分析

2.1 结构分析理论

本桥整体计算采用6自由度空间网格模型对该桥进行全桥精细化分析，模型中主塔（包括钢塔段和混凝土塔段）、钢箱梁、混凝土箱梁、钢混结合段、塔梁固结横梁、塔下承台及钢筋混凝土桩均按实际截面尺寸建立空间梁单元。全桥网格模型如图6所示，模型渲染及模型中各类构件渲染如图7所示，全桥共7317个节点和15726个单元。混凝土箱梁段分为31根纵梁，钢箱梁段分为44根纵梁（横截面劃分详见图8），顶底板纵梁之间通过虚拟横梁连接，顶底板与腹板之间通过竖杆相连，横隔梁在模型计算时只计入结构，不计入自重;钢混结合段箱梁，分别建立混凝土单元和钢梁单元，二者共节点，建立刚臂将钢梁移动到实际位置，满足实际的共同协调受力;为准确模拟塔下横梁及混凝土下塔柱受力，对混凝土下塔柱进行精细化网格模拟（详见模型局部渲染图）;为精确模拟塔下承台对混凝土下塔柱的约束作用，模型中对承台及钢筋混凝土桩进行了模拟，同时利用土弹簧来模拟桩土相互作用。

2.2 结构计算内容

在全桥总体结构分析中考虑拉索、主梁、塔共同作用，计算恒载、活荷载、基础沉降、温度荷载、风荷载作用下产生的荷载效应。根据施工步骤进行施工及运营阶段模拟分析，按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）对施工阶段及成桥阶段进行各种荷载组合计算。

以上述计算分析内容为基础，对全桥各构件进行以下内容验算：

（1）混凝土箱梁段按全预应力混凝土构件进行承载能力极限状态和正常使用极限状态验算。（2）钢结构构件强度验算：采用极限状态设计方法，考虑截面应力满足材料设计值要求。（3）刚度验算：按规范对结构竖向挠度进行验算;根据实际需要设置预拱度。（4）整体稳定验算：对全桥进行静载及静载+活载作用稳定屈曲分析。（5）支座：根据支反力结果选择支座型号。

2.3 荷载组合

（1）混凝土结构荷载组合：A：极限状态组合：1.1×（1.2×恒载+0.5×基础变位+1.4×汽车+1.4×0.75×（温度+人群+风荷载））。B：频遇组合：1.0×（恒载+基础变位）+0.7×汽车+1.0×整体温度+0.8×梯度温度+0.4×人群+0.75风荷载。C：准永久组合：1.0×（恒载+基础变位）+0.4×汽车。D：标准组合：1.0×（恒载+基础变位+汽车+整体温度+梯度温度+人群+风荷载）。

（2）钢结构荷载组合：极限状态组合：1.1×（1.2×恒载+1.0×基础变位+1.4×汽车+1.4×0.75×（温度+人群+风荷载））。

3 精细化分析结果

3.1 箱梁顶板正应力计算结果

3.1.1 效应组合下箱梁顶板正应力结果

由于采用空间网格化模型，计算结果较多，本文中就不再累述，经过计算钢结构构件均满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）第5.3.1条要求，混凝土结构满足04规范要求。

4 结论

（1）根据使用WisePlus（慧加）进行空间网格化计算，本桥满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）规范要求。

（2）采用空间网格化模型对超宽箱体主梁进行静力分析，可以更加准确的掌握结构顶底板的面内和面外应力状态。

（3）空间网格化分析手段是介于普通梁格分析和实体分析之间的一种结构分析方法，对于大型复杂结构桥梁，可以借助空间网格化模型，对结构整体和局部构造进行准确计算，并对桥梁受力状态判断更加直观，再辅助其他局部计算工具，例如ansys和FEA等软件，就可以对结构理论状态分析更加准确。

（4）但空间网格化模型在建模过程中节点和单元数量庞大，且后期处理分析数据的复杂程度较高，所以需要在日后多实践多应用才能满足技术要求。

参考文献：

[1]吴冲.现代钢桥（上册）[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]赵延衡.桥梁钢结构细节设计[M].成都：西南交大出版社，2011.

[3]JTG D64-2015，公路鋼结构桥梁设计规范[S].

[4]徐栋，赵瑜，刘超.混凝土桥梁结构实用精细化分析与配筋设计[M].北京：人民交通出版社，2013（12）.

作者简介：张钰伯（1982-），男，河北张家口人，工学学位，设计处处长，工程师，研究方向：组合结构桥梁大跨度桥梁设计。

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