滨海新区海河开启桥整体计算分析
谢宝来
（天津市市政工程设计研究院，天津，300051）
摘要：响螺湾海河开启桥为亚洲最大跨度的竖转式开启桥，开启桥的设计需经历三个重要环节的计算分析，即整体分析、局部分析和开启过程分析。本文介绍的为整体分析，它为局部分析提供计算结果，也为机械系统提供设计依据。 关键字：竖转开启桥 天津海河 计算分析
一、 响螺湾海河开启桥结构特点
塘沽响螺湾海河开启桥计算跨径76米，为亚洲同类最大跨径的开启桥，开启形式为竖转式，最大开启角度为85度，全桥配重达1200吨，桥梁宽度20米。钢结构开启桥悬臂部分主梁采用变截面钢箱梁，双箱单室，悬臂根部截面高4米，纵向沿圆弧线变化至端部截面高1.5米，主梁间设置横梁及桥面加劲肋。配重部分采用球墨铸铁，按恒载下保持桥体平衡进行设计。开启桥开启装置为枢轴导轨-链轮系统，通过链轮转动完成开启桥的开启和关闭，钢结构开启桥两端均设对准和锁定装置。
二、 计算条件
1．桥梁长98.8m跨径分布：11.4+38+38+11.4m
2． 高在两侧16.4m范围内为4m，中间66m范围内由4m渐变到1.5m 3． 桥宽20m
4． 桥宽布置：2m(人行道)+16(双向4车道)+2m(人行道)；
5． 通航要求：净宽68m，净高7m(运营)，开启状态净高不受限制； 6． 开启最大角度85度；
三、 计算标准
1． 活载：城-A级； 2． 人群：3kPa；
3． 材料：Q345qD(主体结构)，与轴结合部位Q420qD，轴采用特殊材料； 4． 整体温度：升降温30℃；
5． 局部温差：升温20℃ ，降温10℃ ； 6． 铺装：花纹钢板；
7． 10米处风速：V10=18.9m/s(8级风); 8． 配重材料容重：70kN/m3(灰口铁)； 附注：风速与风级关系Ｖ= 0.836Ｂ1.5
29
四、
计算模型
计算软件采用MIDAS的空间梁格模型，每个箱室模拟成一根纵梁，轴和横格梁模拟成横梁。 1． 计算节点图
图1 左部分节点图
图2 右部分节点图
2． 边界条件中的一般连接
一般连接包含枢轴的约束，约束Z向和X向，枢轴的轴承采用双列调心球面滚子轴承，不约束扭转，能释放Y方向的约束，这对于释放横桥向的温度变形非常有用。
尾端设置两个销锁系统，在桥梁闭合后，通过液压驱动的销子插入到压梁的孔洞之中。
30
约束条件表
节点 37 38 79 118 127 154 163 202 243 244 Dx 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 Dy 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 Dz 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 Rx 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Ry 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Rz 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 组 默认 默认 默认 默认 默认 默认 默认 默认 默认 默认 3． 刚性连接
跨中销的计算模拟采用铰，即保证在运营时同位移，在闭合时可以允许左桥与右桥有30mm的高程，此高程通过布置在跨中的对中油缸来强制使桥梁保证在相同的一个高程上。 主节点 98 182 类型 001000 001000 从属节点列表 99 183 组 默认 默认 4． 材料性质
编号 1 类型 钢材 规范 GB(S) 标准材料名称 弹性模量(Pa) 16Mnq 2.06E+11 泊松比 0.3 热膨胀系数(1/T) 容重(N/m3) 1.20E-05 7.70E+04 质量密度(N/m3/g) 7.85E+03 5． 截面性质列表
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 类型 箱形截面 箱形截面 箱形截面 箱形截面 工型截面 工型截面 圆型截面 圆型截面 圆型截面 圆型截面 圆型截面 工型截面 名称 正常段(H=4000) 正常段(H=1500) 变截面 加厚段(H=4000) 悬臂梁 普通横梁 轴(D=800) 轴(800->1250) 轴(D=1250) 轴(1250->600) 轴(D=600) 加强横梁 面积(m2) 0.433 0.333 0.433 1.135 0.029 0.029 0.5027 0.5027 1.2272 1.2272 0.2827 0.098 Ixx(m4) 1.1815 0.2518 1.1815 3.1566 0 0 0.0402 0.0402 0.2397 0.2397 0.0127 0.0001 Iyy(m4) 1.253 0.1528 1.253 2.8275 0.0035 0.0035 0.0201 0.0201 0.1198 0.1198 0.0064 0.0057 Izz(m4) 1.6091 1.3063 1.6091 3.9773 0.0002 0.0002 0.0201 0.0201 0.1198 0.1198 0.0064 0.0052 31
6． 配重表
竖转开启桥在开启后，最大开启角度为85度，基本接近垂直，迎风面巨大，受风荷载影响较大。因此在恒载状态下要求桥梁在以枢轴为中心处弯矩平衡，以减小驱动装置的载荷。
计算时单侧配重取800吨，实际采用配重为600吨，桥梁尾端的驱动设备的重量、驱动固定装置的重量和驱动调整楔铁的重量等效配重重量为200吨，因为这些设备远离枢轴，配重效率高。
节点 80 117 164 201 荷载工况 配重 配重 配重 配重 Fx(kN) 0 0 0 0 Fy(kN) 0 0 0 0 Fz(kN) -4000 -4000 -4000 -4000 Mx(kN*m) 0 0 0 0 My(kN*m) 0 0 0 0 Mz(kN*m) 0 0 0 0 组 默认 默认 默认 默认 7． 均布及节点荷载
考虑的荷载包括：栏杆、铺装、U肋、T肋、隔板。 8． 运营状态的计算模型
五、
运营状态计算结果
1． 恒载工况的支反力计算结果(kN)
32
配重6000kN，距离枢轴9.1(11.4/9.1)m，体积85.7 m3。 2． 基本组合的支反力计算结果(kN)
最大支反力
最小支反力
(1) 梁端支反力:922(-2576)kN，枢轴支反力：11578(7633)kN，跨中最大活载剪力：819kN。 3． 基本组合的强度计算结果(MPa)
33