工程聚焦／Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔ 郑北大桥主梁设计方案研究 ■中铁二院工程集团有限责任公司王宜贺张佳春 郑州市农业路快速通道工程为 东西向的城市快速通道，全长１ ２．９公 辛梁截 形式比选 梁，钢箱梁梁高３．５ｍ，７￣ｉ４４ ０ｍ， 整体结构由顶板、底板、腹板以及隔 里，是郑州中心城区北部东西向的重 形”对外快速通道系统的补充道路。 斜拉桥的主梁按材料不同分为钢 板组成。为便于运输，横向划分为３部 混合梁…。郑北大桥上跨郑州北铁路编 分离式钢箱梁外形美观、施工可 钢桥面铺装的耐久性问题至今尚无解决 要通道，也是郑州“环形”＋“井字 梁、混凝土梁、钢一砼结合梁、钢一砼 分在工厂加工，现场栓接。 郑北大桥作为农业路快速通道的控制 组站，根据铁路相关部门要求，为保 靠，但是正交异性钢桥面板疲劳问题及 工程，为跨越郑州北铁路编组站而 证主梁施工期间编组站的安全运营， 设，西接嵩山北路立交，东接沙口立 不得在铁路上空进行现浇混凝土施 方案。钢一砼结合梁用混凝土桥面板代 交，全长４４２ｍ，采用２２１ｍ＋２２１ｍ独 工，因此，郑北大桥主梁可选的截面 替常用的正交异性钢桥面板，它除了具 塔斜拉桥，桥面宽度４３ｍ，双向１ ０车 形式为钢粱和钢一砼结合梁。由于该项 有与钢主梁相同的优点外，还能节约钢 道（如图１所示）。 目桥面宽度为４３ｍ，考虑到加工、运 材用量且其刚度及抗风稳定性均优于分 输等因素，此次设计了以下两种形式 离式钢箱梁 ，因此，推荐该项目采用 辛要技术标准 的断面进行比较：方案一为钢－－盐ｕＪ＿ ￣士厶：ｉ：：１ 方案一，即钢一砼结合梁方案。 梁方案（如图２所示）：方案二为分离 （１）道路等级一城市 ＩＲＬ￣－。 （２）桥梁宽度 ４３ｍ，双向１ ０ 车道。 （３）设计车速６０ｋｍ／ｈ。 （４）荷载标准：城一Ａ级。 式钢箱梁方案（如图３所示）。 方案一钢一砼结合梁方案。主梁 采用钢梁与混凝土桥面板结合梁，二 者通过剪力钉相结合。钢梁部分是由 主梁设ｉＩ‘ 郑北大桥主梁采用钢一砼结合梁 方案，主梁由边纵梁、横梁、砼桥面 纵梁、横梁及小纵梁共同组成的钢梁 板３部分组成。砼桥面板由布置在边 （５）设计风速．１０ｍ高处百年一 格体系，其中，纵梁标；佳节段长度为 纵梁、横梁顶板的剪力钉使两者达到 遇，１Ｏｍｉｎ平均最大风速２８．７ｍ／ｓ。 １ ２ｍ，每间隔４ｍ设置一道横梁，每两 共同受力的状态，外侧腹板（拉索锚 混凝土板厚２６ｃｍ。钢主梁截面为箱型 ３７．５ｍ，主梁全宽４３ Ｏｍ。 钢纵粱设计 （６）地震：工程场地基本烈度 道横梁之间在桥梁中心线及两侧设置 固处）高２．６ｍ，跨中高３．５ｍ，桥面 为Ｖ０度，设计基本地震加速度值为 一道小纵梁；桥面板采用分块预制、 ０．１ ５ｇ。 （７）桥下净空 铁路编组站， ≥１４ｍ。 为４块预制板，共３道纵向现浇缝。 方案二 分离式钢箱梁方案。 现浇湿接缝连接的方式，其中横向分 截面，横桥向两个钢主梁的中心间距 （８）设计基；隹期 １ ００年。 主梁采用分离式边箱正交异性板钢箱 钢一砼结合梁斜拉桥主梁宜采用两 一 ～ ～ ． ＝ＩＩ０ｉ０ 一 图３分离式钢箱粱方案横断面（单位：ｍ） 图４边钢箱梁典型断面图（单位：ｍｍ） 工字形钢主梁其间加小纵梁截面形 内侧腹板厚度为２８ｍｍ，顶板截面 最大应力为１１５．２ＭＰａ；在运营阶段 同济大学建筑设计研究院一集团一有限公司协办 式，跨径较大时也可以采用边钢箱梁 宽３６６８ｍｍ、厚２４ｍｍ，底板截面宽 标；隹值组合作用下，钢梁顶板应力介 截面形式 。郑北大桥主梁宽４３ｍ，双 ３６００ｒａｍ、厚４Ｏｍｍ～６Ｏｍｍ。纵梁每 于一１９２．８ＭＰａ～一３６．１ＭＰａ之间；钢梁 向１ ０车道，与一般斜拉桥桥面相比宽 ４ｍ设置一道横隔板，分别与横梁位置 底板应力介于一１９５ ２ＭＰａ一一７７ ２ＭＰａ 度较宽，故采用边钢箱截面形式，增 相对应，板厚１ ６ｍｍ。每片纵梁均划分 之间，故上述结果均满足规范要求（如 大截面抗扭刚度、增强截面稳定性。 采用板肋（如图４所示）。 为Ｚ０～Ｚ１７共３５个节段，标；隹段长度为 图５（ａ）、（ｂ）所示）。 钢横梁设计 郑北大桥主桥横梁采用工字形截 桥梁钢材采用Ｑ３７０ｑＥ钢，腹板采 顶底板采用Ｕ型加劲肋，腹板及悬臂端 １２ｍ，节段问的工地连接均为焊接。 主桥共设两片箱形纵梁，中心 用厚度方向性能钢板ａ３７０ｑＥＺ３５，提 面，为防止桥面板负弯矩区出现反射 距３７ ５ｍ。每片箱形纵梁内、外侧腹 高钢材的抗层状撕裂能力。 板间距为２９４０ｍｍ，腹板高度分别为 ３２ｍｍ（拉索锚固在外侧腹板上）、 裂缝，纵横梁连接采用剪力接头，即 主梁按容许应力法进行结构验 仅栓接腹板，顶底板不连接。理论上 梁顶板最大应力为１３８ ７ＭＰａ，底板 定性为跨度３３．９ｍ的工字形简支梁。 ２５２７ｍｍ和２５８５ｍｍ，外侧腹板厚度 算，在成桥阶段恒载工况下，主梁钢 认为，该接头仅传递剪力，故横梁可 一 ！（）１６．１１ ８５ 工程聚焦／Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔ 量 Ｕ ：：：：： 图６钢横梁立面图（单位：ｍ） ｆ 图７钢横梁顶板示意图（单位：ｍ） 图５（ａ）标准值组合下主梁钢梁顶板应力包络图Ｉ单位：ＭＰａ） 一＿ ： 目 日 盥 图８钢横梁底板示意图（单位：ｍ 图９钢横粱顶板应力图（单位：ＭＰａ 蓦芝 ——■●■■一图５（ｂ）标准值组合下主梁钢梁底板应力包络图（单位：ＭＰａ） 图１０钢横梁底板应力图（单位：ＭＰａ ■■■—豢． 结合横梁受力特点，标；隹段横梁跨中 梁高３ ２４ｍ，端部梁高２ ６５ｍ，中间 砼桥面板设计 ２０１４）相关规定进行截面验算，因篇 混凝土桥面板厚度不宜小于 幅限制，本文仅列出短期组合下砼桥 按曲线变化。腹板厚１ ６ｍｍ，项板厚 ２５０ｍｍ…，参考国内外已建的结合梁 面板抗裂的计算结果。在短期效应组 ２４ｍｍ、宽０ ７ｍ，底板厚３２ｍｍ，跨 斜拉桥的经验，郑北大桥混凝土桥面 合作用下，主梁砼桥面板最大压应力 中宽０ ７ｍ，端部宽０ ５ｍ（如图６、图 板厚度取２６０ｍｍ，可分为预制部分和 １ ０．９５ＭＰａ，最小压应力Ｏ．５３ＭＰａ， ７、图８所示）。 现浇部分。预制部分采用Ｃ６０｝￣凝土， 板采用纵向预应力体系。混凝土桥面 故满足全预应力构件的要求（如图 主桥共设有１ １３片横梁，顺桥向间 现浇部分采用Ｃ６０微膨胀混凝土，桥面 １ １、图１ ２所示）。 距为４ｍ。桥梁钢材采用Ｑ３４５ｑＥ钢。 索梁锚固区设计 拉索在锚固梁端的锚固方式根据 索面及主梁截面形状的不同，大体可 分为以下几种类型：顶板设置锚固 按照容许应力法进行验算，在恒载＋活 板通过焊接在钢主梁和横梁上翼缘板 载作用下，下缘最大应力１８８Ｍ Ｄａ、上 上的剪力钉和钢梁共同受力。 缘最大应力１ ２７ＭＰａ，均满足规范要求 （如图９、图１ Ｏ所示）。 根据《公路钢筋混凝土及预应力 混凝土桥涵设计规范》（ＪＴＧ Ｄ６２— 块、箱梁内横隔板锚固、梁底锚固、 ８６ 中国勘察设计 同济大学建筑设计研究院一集团一有限公司协