0 引言
新海燕桥工程位于珠海市香洲区情侣中路东侧，起点位于情侣路与东风路交叉口，终点交野狸岛规划路，设计长度707.707 m，其中桥梁总长583.4 m，跨径组合为：20 m 空心板+3×（3×30）m小箱梁+4×30 m小箱梁+33.4 m竖向开启钢箱梁+4×30 m 小箱梁+20 m 空心板。为了保证清淤船只通行，设置了一孔跨度33.4 m 竖向开启钢箱梁。全桥等宽23 m，其中开启桥孔分为左右两幅，其余桥孔均为整幅。开启桥孔不设横坡，只设3‰纵坡与两侧非开启桥孔顺接[1-5]。
1 设计要点
开启桥常见型式有竖向转动、垂直提升、水平转动和水平移动等，经过多方案比选及专家论证，最终采用竖向转动方案。开启方式为单臂仰开式，需要通航时，钢箱梁绕铰支座向上开启57°，满足水面以上16 m 净高，20 m 净宽的通航要求，通航完毕，关闭钢箱梁，通行车辆和行人。
开启桥孔主要由钢箱梁、铰支座、启闭油缸、锁定装置、液压泵站、固定支座、压重铸铁块、伸缩缝、限位架、电气控制设备、设备预埋件等组成。
铰支座设在14 号墩转动腔体内的混凝土支墩上，距钢箱梁尾端580 cm，采用高强螺栓与钢箱梁连接。
单幅桥由2×5 000 kN 双顶点液压启闭机操作，顶点距铰支座470 cm。油缸缸体、活塞杆均通过球面自润滑轴承与铰支座连接，缸体尾端铰支座通过埋件与混凝土基础连接，活塞杆端铰支座通过高强螺栓与钢箱梁连接。油缸活塞杆伸出时使桥体开启，退回时使桥体关闭。顶升按位移控制，保证两幅桥同步开启和关闭。
钢箱梁尾部设锁定铰，在转动腔体支墩上设锁定装置，钢箱梁开启后由锁定装置锁定。
单幅开启桥的启闭机油缸和锁定装置油缸由一套液压泵站操作，液压泵站与油缸之间通过管路连接，在相对运动部位设高压胶管。液压泵站及其电气控制设备布置在14 号墩转动腔体机房内。
15 号墩顶处设固定支座和缓冲装置。固定支座作为桥体另一端在关闭状态下的支承，缓冲装置用于减缓桥体关闭时对固定支座的冲击。
开启桥孔两端与相邻桥孔之间分别通过一组活动伸缩缝装置衔接，以适应桥体的温度变形和制造误差。具体见图1~ 图4 所示。
图1 开启桥关闭状态示意图（单位：cm）
图2 开启桥开启状态示意图（单位：cm）
图3 开启桥钢箱梁横断面图（单位：cm）
图4 开启桥转动腔体平面图（单位：cm）
1.1 主要技术标准
（1）道路等级：城市支路，双向4 车道；
（2）设计速度：30 km/h；
（3）荷载等级：汽车荷载为城-A 级，人群荷载为3.5 kPa；
（4）桥梁结构设计基准期：100 a，设计使用年限：100 a；
（5）桥梁设计安全等级：一级；
（6）环境类别：按Ⅲ类环境进行混凝土结构的耐久性设计；
（7）桥梁设计最高潮水位：1/100；
（8）桥梁常水位：0.55 m，100 a 一遇潮水位：3.07 m；
（9）航道等级：无规划航道，考虑后期清淤，设置净宽20 m 的开启桥孔；
（10）抗震设防标准：按7 度设防，地震动加速度峰值0.1g。
1.2 上部结构
开启桥跨径为33.4 m，桥梁全宽23 m，分为左右两幅桥，单幅宽11.45 m，两幅之间设10 cm 缝隙。上部结构采用单箱单室变高钢箱梁，梁高150~200 cm，顶板厚16~22 mm，腹板厚16~18 mm，底板厚12~22 mm。在钢箱梁尾部箱室内布置铸铁块压重，以平衡桥体部分重量，减小启闭力。
1.3 下部结构
为保证钢箱梁能顺利竖向转动及布置机械设备，在14 号桥墩设转动腔体，腔体外轮廓尺寸为1450 cm×2830 cm×952 cm，侧墙厚度均为90 cm。底部基础为1550cm×2930cm×250 cm 整体承台，承台下设D100 cmPHC 管桩，顺桥向5 排，间距为（2×365+2×310）cm，横桥向8 排，间距为（478+2×310+535+2×310+478）cm，总计40 根。
在两幅箱梁转动铰支座底部分别设460 cm×750 cm×749.4cm 混凝土支墩，在支墩与大桩号侧墙间设396 cm×350 cm×440 cm 液压泵站机房，在两个支墩之间设置270 cm×405 cm×440 cm 的电气柜机房，三个机房底部均垫高50 cm。为防止腔体内积水，设置一个180 cm×300 cm×100 cm集水坑，在集水坑内设潜水泵，将积水抽到腔体外面。
14 号墩除桩基外均采用P8 防渗混凝土，并且除桩基外结构外表面均采用硅烷浸渍进行防护。14 号桥墩采用双壁钢围堰施工。
15 号墩采用钢筋混凝土大挑臂盖梁接方形双柱墩配承台和PHC 管桩基础。盖梁横桥向长2 210 cm，顺桥向宽180 cm，高160 cm，盖梁不设横坡，靠钢箱梁侧设置加高块，以协调钢箱梁与小箱梁梁底之间的高差。墩柱间距1 070 cm，断面尺寸为180 cm×180 cm。承台尺寸为1 790 cm×500 cm×200 cm，下部接10 根D100 cmPHC 管桩。为防止船撞，承台顶面埋在海床线以下50 cm。
1.4 启闭系统
该工程设2 幅开启桥，分别由2 套液压设备控制。液压启闭机包括4 套主油缸、4 套锁定油缸、2 套泵站系统和2 套电气控制系统。
（1）启闭机采用1 站1 孔控制方式，主油缸与锁定缸共用一套液压泵站。
（2）电气控制具有远程控制、现场控制、现场检修手动控制三种方式，三种方式之间相互联锁。
（3）液压泵站的油泵电动机组为两台，互为备用。
（4）启闭机具备下滑回升功能：当油液泄漏或气温变化引起活塞杆下滑150 mm 时，工作泵组自动投入工作，使活塞杆回升复位；如果活塞杆未能复位而继续下沉至200 mm 时，备用泵组自动投入工作，将活塞杆恢复至原位，同时在远方监控室和现场均发出声光报警信号。
（5）启闭机内置行程检测装置，具有双缸同步纠偏功能，采用比例纠偏，同步偏差≤4 mm。
（6）缸体材料采用45 号钢。活塞杆材料采用45 号钢，并正火处理，活塞杆表面喷涂金属氧化陶瓷层TCT1.0 防腐。油缸主要技术参数见表1 所列。
表1 油缸主要技术参数表
1.5 锁定系统
开启桥液压锁定装置设在桥体尾部，由液压泵站操作，液压泵站及其电气控制设备布置在桥体下方的机房内。在开启状态由锁定装置锁定梁体，防止液压启闭机漏油导致梁体突然掉落造成事故。
锁定装置由上铰座、下铰座、销轴、油缸、机架及预埋件等组成。上铰座采用高强螺栓安装在钢箱梁尾端，下铰座、机架采用地脚螺栓和预埋件安装在混凝土支墩上，油缸通过管路系统与液压泵站连接。需要锁定时，销轴由油缸驱动穿过上铰座轴孔，上铰座轴孔直径大于销轴直径，正常状态下轴孔不与销轴接触。
1.6 栏杆设计
钢箱梁尾端与小箱梁衔接处栏杆立柱采用倾斜设计（见图5），以避免开启时栏杆碰到小箱梁。
图5 栏杆立面图
1.7 限位装置
在14 号墩转动腔体内设导向限位架（见图6），防止启闭过程中钢箱梁横向摆动。
图6 限位装置构造图（单位：cm）
1.8 钢箱梁桥面涂装
为减小二期恒载，降低启闭力，除桥梁栏杆外，不设置沥青混凝土铺装及其它构造物，为此对钢箱梁顶面涂装进行了特殊设计，详见表2 所列。
表2 涂装方案一览表
E5 环氧底漆与除锈等级Sa2.5 钢板表面的附着力为15 MPa，抗滑系数见表3 所列。涂装的抗剥离强度、抗滑系数均满足使用要求。
表3 涂层抗滑系数表
1.9 桥梁运行辅助系统
为保证开启和闭合过程的安全，设置以下三个辅助系统：
（1）开启远程控制系统：在桥头设置开启远程控制室，将桥梁远程控制系统集成于控制室内。同时，在桥面设置监控系统，将桥梁转动实时视频传送到监控室内。
（2）机动车及行人交通控制系统：由于桥梁开启时不能行车，且不允许行人靠近开启桥孔，因此，在桥上设置闸机，控制机动车通行，并设置红外监控系统监控是否有行人靠近开启桥孔。
（3）视频监控及广播系统：在开启桥孔附近设置视频监控探头，监控是否有行人在危险区域内；在桥上设广播系统，通知行人在开启前撤离到安全区域，并在开启过程中警告行人切勿靠近。
2 钢箱梁静力分析
2.1 计算模型简介
采用Midas Civil 2019 软件进行结构分析，将钢箱梁划分为16 744 个薄板单元。计算采用参数如下：
（1） 钢材重力密度：78.5 kN/m3，焊缝重量按1.5%考虑。
（2）梯度温度：顶板升温5°，顶板降温5°。
（3）均匀温度：整体升温30°，整体降温30°。
（4）汽车冲击系数：0.45。
（5）强迫位移：油缸不同步4 mm。
（6）风力：风压取1kPa。
（7）荷载组合如下：
承载能力极限状态基本组合：1.1×[1.2×结构重力+1.4×汽车重量+1.05×人群重量+1.05×均匀温度应力+1.05×梯度温度应力+0.825 风力]；
作用标准值组合：结构重力+ 汽车+ 人群+均匀温度+ 梯度温度+ 风力。
2.2 挠度验算
在活载作用下，钢箱梁挠度为2.76 cm＜L/500=2715/500=5.43（cm），满足要求。
2.3 应力验算
在通车运营、开启0°、开启57°、锁定这四种工况下，钢箱梁承载能力极限状态基本组合应力见表4 所列，Q345C 钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值为270 MPa，抗剪强度设计值为155 MPa。从表4 可以看出，钢箱梁强度满足要求。
表4 钢箱梁应力表MPa
2.4 启闭力验算
单个液压启闭机额定启闭力、作用标准值组合下单个顶升点支反力见表5 所列。从表5 可以看出，启闭力满足要求。
表5 启闭力验算表kN
3 结语
本文介绍了新海燕桥工程竖转钢箱梁开启桥结构设计和静力分析，可供同类工程参考。
摘自：城市道桥与防洪