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南环路跨截流河大桥关键技术研究

冉汶民 ，连永庆 ，彭凤强 ，胡安林 ，阳东 ，赵军 ，梅林生 ,李建鑫

（1.中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆市，400000；）

摘  要：本文以南环路跨截流河大桥为研究对象，分析了大桥建设中的关键技术。文章首先介绍了工程概况和地质条件，并详细阐述了桥梁的主要技术标准和设计理念。本文着重探讨了大桥钢结构设计及其细部构造，通过有限元分析对钢结构受力进行了详细计算。在施工技术方面，本文介绍了钢结构的制作、运输、吊装和防腐技术，最后通过检测和验收确保桥梁的结构安全性和耐久性。研究成果为桥梁的设计、施工及后续运营提供了技术支持。

关键词：钢结构设计；施工技术；有限元分析；结构受力

中图分类号：                          文献标志码：                  文章编号:

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0. 引言

钢桥作为现代桥梁工程中的重要结构形式，因其强度高、重量轻、抗震性能好等特点，广泛应用于各类跨河、跨海及城市主干道桥梁工程中。随着城市化进程的加快，钢桥设计不仅需要满足结构强度、刚度及稳定性的要求，还需在有限的施工周期内实现高效、精确的施工。现代钢桥的设计更加注重与自然环境及城市景观的协调统一，桥梁的功能性与美观性兼备，已成为城市基础设施的重要组成部分。

在钢桥的设计过程中，钢结构的体系选择、构件细部设计及受力分析是至关重要的环节。通过引入有限元分析技术，工程师可以精确预测结构在不同荷载工况下的受力和变形情况，确保钢桥的安全性和耐久性。此外，钢结构的制作与运输、吊装与安装等施工技术也直接影响钢桥的整体质量和使用寿命。

本文以南环路跨截流河大桥为研究对象，探讨钢桥设计中的关键技术，结合有限元分析及施工技术要点，提出了一系列保障结构安全和施工效率的措施，为未来类似桥梁工程提供技术支持和参考。

1. 项目概况

该桥位于空港新城启动区东南部，为城市主干路，设计速度为50km/h，道路标准路幅宽度为40m，双向六车道，本条道路含桥梁一座，跨越截流河。桥梁孔跨布置为：(32+72+32)m，全桥桥宽64.32~76.363m，交角90度。该桥采用大悬挑人行步道的人车分离方案，主桥上部结构采用钢纵横梁组合体系，均为钢结构。

该桥所处地质条件复杂，地基主要为粘土和砂层，具有一定的地基沉降风险。因此，在设计和施工过程中，对地质条件进行了深入的研究，并采取了相应的基础加固措施。

2. 设计理念

在结构安全的前提下，重点考虑桥梁与环境的协调关系：

2.1 桥梁与自然环境

桥梁与环境组成一个完整的格式塔。

桥梁不能独立于环境之外而存在，对于桥梁的美学评价不能脱离环境来进行，脱离环境的桥梁形态必然存在整体意象的缺失，而导致美学评价的偏颇，孤立的评价桥或环境都是不全面的。处于自然环境中的桥梁必须考虑桥梁形态和环境之间的关系。从视知觉的理论，感知不会孤立的看待环境中的物体，而是将其看成一个完整的形，环境中的多个元素组成这个整体，而桥梁作为环境的一部分，因其形体特征和环境特征的不同，或从环境中凸现出来，将环境作为背景，又或是融入环境之中，成为环境的一部分。不管怎样，这些视觉元素组成的完整的形，是人感知的对象，给人直观的视觉感受。

2.2 桥梁与城市道路

桥梁是城市道路的延伸和重要节点,是城市中人流集中的地方。

依水而建是传统城市建设的主要形式，城市有水便有灵，有水便需要建桥，桥梁往往成为城市中至关重要的交通要道和集散点。这也形成了城市历史上独特的繁忙的桥梁交通景观，甚至形成桥上集市、桥上建筑等等。

城市交通复杂、车辆多，并伴有行人、非机动车等多种交通需求，在河边的桥梁还需要考虑桥梁与河道的关系、桥梁与沿河生态环境的关系等等。

城市桥梁大多跨径不大，桥梁长度小却又必须满足多个车道的通行，因而城市桥梁往往长宽比较小，和跨江跨海的公路大跨桥梁相比，城市桥梁显得更宽更短，因此很难用公路桥梁的尺寸比例来衡量城市桥梁的形态和审美标准。

2.3 桥梁与绿化

桥梁是架空的结构物，本不适合绿化，但是桥梁和绿化又有着千丝万缕的联系，人类最早的桥梁便是先民利用树干建造的独木桥，建造在自然环境中的桥梁，它们与自然环境中的绿化、植被发生关系。有些桥梁与绿化和谐共生，甚至利用环境中的绿化丰富桥梁的色彩，饱满桥梁的功能。或者直接利用树木的枝干生长来建造桥梁，这些桥梁与环境中的植物产生关联，形成和谐的统一体，产生和谐自然地美妙景观。

3.4 桥梁与水

桥梁因水而生、依水而建，梁字的象形便是水上架木之意，水和桥之间总有无法割断的联系，对于现代钢筋混凝土桥梁或钢结构桥梁，水对于结构是弊大于利，桥上淤积的水会加快结构的腐蚀和老化，工程师总是试图尽快的将桥面的水排走，将桥体内的水抽干，并尽量避免水的渗入。但是，桥梁跨越江河湖海，在自然界中接受风吹雨淋，总是不断的接触水。水和桥往往同时出现在一个审美意向之中，提到水便会联想到桥，而提到桥又会联想到水。

3. 钢结构设计

图1 桥梁效果图

主桥采用钢纵横梁组合体系，均为钢结构。下部桥墩采用矩形实体墩，基础采用承台桩基础。桥台采用轻型桥台，基础采用承台桩基础。

3.1钢结构细部构造

桥梁纵梁采用变高度的变截面钢箱梁，横梁采用工字型截面，非机动车道与车行道为同一平面，桥梁人行道单独分离下沉，人行道采用12m～22m的大悬臂悬挑结构，并通过钢拉杆形成桁架结构提高整体性。

主梁桥由钢纵梁、横梁、桥面板组成。纵梁采用钢箱室，中纵梁为变高度结构，梁端梁高为3.314m，梁中部梁高为5.2m,宽为1.5m。边纵梁为变高度结构，梁端梁高为2.95m，梁中部梁高为4.45m,宽为1.5m。横梁工字钢结构，沿路线纵向间距为4.0m。横梁与桥面板设置过渡段焊接。

中纵梁顶底板结构采用60mm厚，侧板采用60mm，标准段横隔板采用20mm，间距4m。顶底板及侧板设置肋板，I肋厚度20mm，高220mm，标准间距500mm。

边纵梁在桥梁跨中支点处8范围内顶底板采用80mm，其他范围内顶底板结构采用60mm厚，侧板采用60mm，标准段横隔板采用20mm，间距400。顶底板及侧板设置肋板，I肋厚度20mm，高220mm，标准间距500mm。

横梁为工字形截面，顶底板厚为60mm,顶板宽为1000mm，底板宽为500mm，腹板厚20mm。桥面板厚为20mm，横梁与桥面板设置过渡段焊接,过渡段长160mm.

3.2钢结构受力分析

图3上部结构有限元模型

采用Midas对桥梁结构进行受力分析，考虑汽车荷载：城-A级车道荷载，双向8车道，依据规范考虑纵横向折减，并考虑左偏、中载、右偏三种车道布置工况，按最不利荷载组合。

依据规范《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）规定，桥梁构件按承载能力极限状态验算强度，作用组合效应设计值按现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）规定的基本组合进行计算。

3.2.1位移计算

计算桥梁结构在自重和二期恒载作用下结构的位移，具体变形见下图：

图7 成桥状态恒载作用主纵梁结构竖向位移（mm）

图8 成桥状态恒载作用横梁结构竖向位移（mm）

图9 成桥状态恒载作用悬臂横梁结构竖向位移（mm）

桥梁结构在自重和二期恒载作用下，主纵梁结构最大竖向位移为116mm；横梁结构最大竖向位移为115mm；悬臂横梁结构最大竖向位移为152mm。

3.2.2应力计算

各工况作用下结构主纵梁应力如下图所示：

图10 成桥状态恒载作用主纵梁上缘正应力（MPa）

图11 成桥状态恒载作用纵梁下缘正应力（MPa）

图12 成桥状态恒载作用主纵梁剪应力（MPa）

图13承载能力极限状态主纵梁上缘正应力（MPa）

图14 承载能力极限状态主纵梁下缘正应力（MPa）

图15 承载能力极限状态主纵梁剪应力（MPa）

3.2.3稳定分析

全桥结构屈曲分析工况为：自重+二期恒载+风荷载+移动荷载。其中，偏安全考虑，（恒载+活载）均设置为变量，屈曲分析结果如下：

表 1  全桥屈曲稳定分析结果

由计算结果可知，最小临界荷载系数为85，满足规范要求，且安全富余较大。

4. 结语

本文通过对南环路跨截流河大桥的关键技术研究，阐述了桥梁设计各个技术环节。钢结构设计的创新应用为桥梁提供了坚实的技术保障。有限元分析进一步验证了桥梁的结构稳定性，确保了其在复杂环境下的安全性和耐久性。该研究为类似工程的设计与实施提供了宝贵的经验和技术指导。

参考文献

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