60m跨铁路桁架桥设计

摘要：长春西安路跨铁路和轻轨桁架桥为一孔60m下承式桁架桥，主桁采用三角桁式；主桁杆件除上、下弦杆和端斜杆为箱型外，余均为工字型；在上弦杆和下弦杆平面内分别设上平纵联和下平纵联。该桥采用在工厂预制桁架桥杆件，在支架上拼装的施工方法。文章用MIDAS 2010程序建立主梁三维实体模型，对桥梁结构进行了分析，可供桥梁设计参考。

关键词：桁架桥；下承式；结构分析；施工方案。

中图分类号：O655.4 文献标识码：A文章编号：

1.概述

长春西安路跨铁路立交桥位于西安路和辽宁路交叉口的西侧，本桥在该处跨越京哈上下行线和长春轻轨左右线，是该区域的重要节点。该桥设计荷载公路Ⅰ级，为双幅桥，单幅行车道净宽14m，人行道宽3m，桥下铁路净高不小于7.96m。

由于桥梁距离路口较近，主梁建筑高度受限制，而本桥跨越的京哈线为主干线，车流密集，对桥梁的施工工期和施工方法有较高要求。受上述条件限制，经综合比选，本桥确定采用下承式桁架桥的桥型方案。

2.主要材料

2.1混凝土：

桥面板：采用C40混凝土

桥台、墙帽、承台、桩基础、人行道板：采用C30混凝土

2.2钢材：

1) 钢梁的主桁、纵梁、横梁、上、下平纵联、桥门架、横联均采用Q370qE桥梁用结构钢。

2) 钢梁的辅助结构主要采用Q235-B.Z钢。

3.结构设计

3.1 主桁总体结构

桥梁结构为一孔下承式钢桁架桥，计算跨度为60m，主桁采用三角桁式，等高度桁架，其最大桁高9.5m，主桁中心距18.6m，节间长6m。主桥上部横断面布置图见图1。

图1 主桥上部横断面布置图

3.2 主桁杆件

主桁杆件上、下弦杆和端斜杆设计为箱型，其余均为工字形。主桁上部结构立面布置图见图2。

图2 主桥上部结构立面布置图

3.3 联结系和桥门架

在主桁的上平面设上平纵联，下平面设下平纵联，杆件均为工字型截面。

在主桁A3，A5，A3’节点设横联，横联采用三角桁式，高度为2.5m。工字型截面。在主桁A1，A1’节点设桥门架，桥门架亦为三角桁式，工字型截面。

3.4 桥面系

纵梁：在两片桁架之间共设9片纵梁，中心距2.15m，杆件为工字型截面。

横梁：端横梁和中间横梁均为工字型截面。横梁上设剪力键与桥面板相连，剪力键栓钉直径22mm，栓钉长度180mm。

图3桥面系断面图图4桥面系侧面图

4结构计算

4.1 主桁结构计算

4.1.1 主桁整体计算

主桁计算采用Midas空间程序建立整体空间模型，主桁架上弦杆、下弦杆、斜杆和竖杆采用空间杆单元，桥面系中横梁、次横梁、纵梁采用梁单元，桥面板采用板单元模拟。桥面铺装等附属结构折算成均布荷载施加于桥面板上。空间模型见图5。

图5 空间计算模型

全桥按恒载和车辆、人群活载两种工况考虑。依据设计标准，车道荷载为公路-Ⅰ级，设置车道为4条。人群荷载按4KN/m2施加于桥面板上。全桥钢结构部分的恒载以自重的形式加载到模型上，其容重取为78.5kN/m3。对于附属设施及节点板等的重量则以均布力或集中力的形式加载到横梁上传到主桁架节点或直接作用在主桁架节点上。主桁架内力计算结果见下表。

表1 主桁杆件内力

经计算表明，结构强度、刚度及稳定均满足规范要求。

4.1.2 连接设计及验算

连接设计主要包括腹杆、弦杆连接计算和节点板强度计算。

（1）主桁腹杆、弦杆按其承载力进行连接计算。

（2）节点板撕裂时的容许应力按以下原则计算：当撕裂截面垂直于斜杆内力方向时，其撕裂容许应力按[σ]计；当截面与斜杆内力方向斜交或平行时，则其撕裂容许应力按0.75[σ]计。

4.2 横梁计算

横梁简化为一个简支的钢-混凝土组合梁进行计算，钢材为Q370qE钢，混凝土强度等级为C40。

（1）恒载

按桥面板、纵梁、次横梁、桥面铺装、栏杆、人行道板、沿纵桥向6m长度范围内的重量作用到横梁进行计算。

（2）活载

横梁在活载作用下取两个节间计算，考虑纵向活载影响，得到作用在横梁上的等效轮重，求出等效轮重后，按跨中截面弯矩影响线进行布载，算出跨中截面的汽车活载弯矩。人群荷载按每根横梁承担沿纵桥向6m长度范围内的人群荷载重量计算。

4.3变形及预拱度设置

恒载跨中最大挠度：3.84cm；汽车荷载跨中最大挠度：1.28cm；人群荷载跨中最大挠度0.39cm。由于3.84+1.28=5.12cm，根据规范，挠度大于L/1600=3.75cm，需设预拱度为3.84+1.28×0.5=4.48cm。活载挠度1.28cm

4.4 结构稳定计算

采用Midas空间程序对桁架桥的稳定进行分析计算，一阶失稳为上弦杆在上平纵联内失稳，临界荷载特征值系数为34.9，满足规范要求。

5.施工方案

该桥跨越京哈上下行线和长春轻轨左右线，京哈线车流密度大。为降低桥梁施工对既有铁路行车的干扰，综合考虑施工环境，施工周期等因素，经过方案比选确定在铁路上方搭设支架拼装桁架桥的施工方法。施工期间需搭设棚架对铁路进行防护。

6.结语

（1）下承式桁架桥梁高较低，施工速度快，当桥下建筑高度和施工工期受限时，此种桥型具有较强的竞争力；

（2）钢桁梁桥计算，除整体计算外，还应注重局部计算，如节点板计算等；

（3）采用钢-混凝土组合结构桥面系，自重轻，方便施工，行车舒适性高，对公路和城市下承式桁架桥，是比较适合的一种结构形式；

（4）工厂预制桁架杆件，支架上拼装成桥的施工方法具有经济、快捷的特点，节省了大量的人力、物力、财力，满足桥梁现代化施工步伐加快的需要。在铁路上方施工，需注意对铁路行车的防护。

参考文献：

[1] 刘玉擎.《组合结构桥梁》[M].北京 人民交通出版社 2005.

[2] 吴冲. 《现代钢桥》（上册）[M].北京 人民交通出版社 2006.

[3] 任万敏,朱敏,袁明.128m双线铁路简支钢桁梁桥设计[J].桥梁建设,2012,42（1）：79-83.