京杭运河大桥总体设计

王靖芳 徐锦

（徐州市交通规划设计研究院 江苏徐州 221006）

1 前言

钢桁架桥是一种具有出色的跨越能力，建筑高度低，承载能力大的桥型，是许多受条件限制时大跨径桥梁的重要选择。近年来，环保要求越来越高，钢结构桥梁由于可以在工厂加工，现场拼接安装，因此也具有更好的环保性，更是推动了钢结构桥梁的快速发展。

本文主要介绍京杭运河大桥主桥钢桁架的总体设计与受力分析，为其他类似桥梁的建设提供参考。

2 项目概况

206国道徐州改线段建设工程于K22+575处跨越京杭运河，路线与京杭运河右偏角为80°，本桥主孔上跨京杭运河为二级航道，其通航净空为：100×7m，最高通航水位28.93m，最低通航水位25.83m；本桥主桥采用1-127.6m简支钢桁架桥一孔跨越通航水域，主桥为变高钢桁架，主梁为三角桁架，横向采用两片主桁结构，主桁中心距27.5m，标准节间距10.5m，主桥采用单幅桥，全宽28.3m，下部结构主桥采用柱式墩，群桩基础。

京杭运河大桥平面位于直线段内，竖曲线为凸曲线，半径为R=6500m，纵坡为2.5%，变坡点最高点位于京杭运河航道中心线处。

3 主桥结构设计要点

3.1 主桁

主桁采用不带竖杆的华伦式三角形腹杆体系，节间长度10.5m，主桁上弦采用折线形，主桁高度10.5～17m；两片主桁中心距为27.5m，桥面宽26m；主桁上、下弦杆及端斜杆采用箱形截面，截面内宽为800mm，内高为1400mm，采用焊接整体节点。其余斜腹杆采用箱形截面及H型截面。箱形腹杆采用对拼连接方式，H形腹板均采用插入连接连接方式。

3.2 预拱度

桥址处路线纵断面为双向2.5%纵坡，竖曲线半径R=6500m，主桥钢桁梁预拱度按恒载+1/2活载挠度反向值设置。

3.3 联结系

桥梁在上弦设置上平联。上平联采用K形，端横撑为箱形截面，截面高度550mm，宽度650mm，其余横撑为工字形截面，截面高度均为500mm，宽度均为500mm；跨中处斜杆为工字形截面，截面高度均为500mm，宽度均为500mm，其余斜杆均为箱形截面，截面高度均为500mm，宽度均为500mm。桥门架为桁架式，杆件均为焊接“H”形截面。

下纵联采用X形布置，斜杆均为工字形截面，高度、宽度均为350mm。

3.4 桥面纵横梁结构

桥面纵梁标准跨径为10.5m，主梁横向共设置9道纵梁，纵梁横向间距3m。

中横梁采用工字型截面，梁内高1.4～2.4m，横梁顶设双向2.0%横坡。

端横梁采用箱形截面，内高为1.4～2.4m，横梁顶设双向2.0%横坡。

3.5 混凝土桥面板

混凝土桥面板分为预制部分和现浇部分，预制部分采用C50混凝土，现浇部分采用C50补偿收缩混凝土，预制板纵横梁均设置剪力键，在钢梁支撑处设置厚5mm的橡胶垫片。

3.6 连接及其它说明

钢梁在工厂制造时各构件间全部为焊接，工地拼装除横梁顶板与主桁下弦杆间采用焊接外其余为高强度螺栓连接。

3.7 主桥下部结构设计

过渡墩用桩柱式桥墩，盖梁截面尺寸为3.2×2.0m，盖梁下接4根2.0×2.0m方柱。基础采用哑铃型承台接桩基础，内侧承台下接2根φ1.6m钻孔灌注桩，外侧承台下接4根φ1.6m钻孔灌注桩。

4 主桥计算分析

4.1 设计荷载

主桥空间静力计算采用用MIDAS三维空间有限元软件进行全桥静力分析，验算结构在正常使用状况下的挠度以及在承载能力极限状态下各构件的受力状况及应力；同时对全桥进行动力特性计算，分析自振频率及振型。计算参数如下：

（1）恒载

一期恒载：Q370钢材容重γ=78.5kN/m3；

二期恒载：钢筋混凝土桥面板，γ=26kN/m3；

沥青混凝土桥面铺装，γ=24kN/m3；

防撞护栏：外侧10kN/m，内侧7kN/m。

（2）汽车荷载

设计车道数：取双向六车道。

（3）温度影响（T）

体系升温：30℃；体系降温：-30℃；制造温度20℃±2℃。

（4）风荷载

百年一遇基本风速Vo=25.6m/s。

（5）地震力参数

地震动峰值加速度采用0.1g。

（6）基础变位

过渡墩不均匀沉降为0.5cm。

（7）荷载组合

按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）的有关规定进行最不利荷载组合。

4.2 主桥总体计算结果

（1）强度验算

主桥结构采用MIDAS/Civil 2017（V8.7.0R1）程序建立三维有限元模型，静力分析模型中，主桁、平联、桥门架等单元均采用梁单元模拟，桥面板、铺装和护栏等作为荷载模拟，全桥共划分节点数量361个，梁单元数量626个；

表1 桥梁主桁强度验算计算结果

中横梁计算截面为组合梁截面，考虑翼缘上部3.6m宽、0.25m厚的混凝土桥面板与钢箱梁共同作用，形成组合截面。其余位置桥面板及铺装作为恒载施加在横梁上。

表2 桥梁横梁强度验算计算结果

由表1、表2可知，主桥各杆件钢结构强度均能满足规范要求。

（2）结构变形验算

在使用状态下，在不计冲击力的汽车车道荷载频遇值作用下，计算竖向挠度为25mm，小于L/500=252mm，中横梁计算竖向挠度为12.1m，小于L/500=55mm，端横梁计算竖向挠度为14.5m，小于L/500=55mm，均满足规范要求。本桥主桁预拱度采用210mm，横梁预拱度采用50mm。

（3）结构整体动力特性分析

动力特性分析模型中，桥面板采用板单元模拟，其余杆件采用梁单元模拟，铺装和护栏等作为荷载模拟，全桥共划分节点数量361个，梁单元数量626个，板单元数量264个。

5 结语

钢桁架桥跨越能力大，建筑高度低，在受到条件限制的情况下，能够有效减少桥梁规模，而且钢结构具有可工厂加工，现场拼接，可回收等特点，体现了良好的环保性、经济性，同时钢桁架桥结构美观，造型多变，有更好的景观性，因此在桥梁建设过程中，应有更广泛的运用。