321装配式钢桥在西南高速铁路建设中的应用

赵海

1 概述

“321”钢桥目前在我国是公路战备桥梁市场最广泛的主导产品，该产品按交通部JT/QS00 12-65公路桥涵设计图装配式公路钢桥设计图生产，适用于汽车—10级、汽车—15级、汽车—20级、履带—50级、挂车—80级5种载荷。可在9m～63m范围内组合成多种跨径简支梁桥，可构造连续梁桥。“321”钢桥为半穿下承式米字形桁架桥。主桁由每节3 m长的桁架用销子连接而成。桥两边主桁间用横梁和抗风拉杆连接，每节桁架设置两根横梁，两根互相交叉的抗风拉杆。横梁连于桁架竖杆旁，并用横梁夹具连牢，抗风拉杆连于桁架下弦杆上。优点:结构简单、构件轻巧、拆装方便、适应性强、用途广泛，使用简单的工具和人力就能迅速建成。我国交通战备部门从20世纪60年代设计定型了与贝雷钢桥相当的装配式公路钢桥(即321装配式公路钢桥)作为交通战备器材大量储存。随着现在铁路大开发，西南各省也获得了跨越式发展的时机，本论文就是在贵广高速铁路建设中有关大型临时设施施工中运用321装配式公路钢桥的实例。

2 工程背景

贵阳—广州铁路是西南地区通往华南沿海地区快速、便捷和大能力铁路通道，跨黔、桂、粤三省区，由贵阳枢纽新建的贵阳北站引出，经都匀、榕江、从江进入广西壮族自治区，经桂林、贺州进入广东省，再经怀集、肇庆、三水、佛山，接入广州枢纽在建新广州车站，正线长度857.40 km。

贵广铁路一标段水桥河大桥桥址位于贵州省黔南州龙里县，横跨水桥河，水面宽度约30m，水深3m～5 m，河床多为粘土。设计桥长36m，施工时可按实际情况调整。拟定方案立面图见图1。

3 便桥结构及设计荷载

3.1 主要活载参数

通过的车辆最重为混凝土运输车，自重100 kN，最大装载混凝土量为7 m3，混凝土比重按23 kN/m3计，则最大负载为270 kN，该类车有2个轴，轴距为3.3 m，后侧轮子为4个轮胎，后轴负载按比例计算为184 kN，轮压力为46 kN。

3.2 主梁桁架应力验算

3.2.1 系数取值计算

横向分配系数和冲击系数查表取k=0.619和1+μ=1.384。

3.2.2 桥梁端部剪力计算

3.2.3 主梁最大弯矩计算

考虑一辆300 kN混凝土车(按汽车—20级重车)布置在跨中时活载最大:

Mmax=M静+M活k(1+μ)=2 535.9 kN·m＜［M］=3 375 kN·m，安全。

3.2.4 桁架挠度计算

1 )弹性挠度。

根据卡秋林公式计算:

2 )非弹性挠度。

所以水桥河321型钢便桥总挠度为9.6 cm，施工时预留15 cm的拱度。

3.3 纵梁强度验算

3.3.1 纵梁受力计算

纵梁受力图见图2。

假定重轴作用在纵梁的跨中，计算跨度为1.2 m，则跨中最大弯矩为:

在桥梁横断面内，布置四组共12根纵梁，其间距为34.9 cm。

参照桥梁规范，当单行道桥车轮在木桥面板的分布，桥面板约为10 cm时，其分布量约为1.22 m，则作用在每一根纵梁上的力为:

因在重车通过便桥时限速10 km/h，查表按汽车—20级荷载，则冲击系数1+μ取1.384，偏载系数η取0.57。

则汽车产生的最大弯矩为:

车辆产生在纵梁端部的最大剪力:

静载产生的弯矩剪力较小，忽略不计。

3.3.2 纵梁的截面应力

纵梁为Ⅰ10，其截面系数WZ=39.7 cm3。

因此为了保障便桥安全，需在每节桁架(每节长3 m)设4根横梁，使得纵梁最大跨度为130 cm。

3.4 横梁强度验算

3.4.1 横梁受力计算

计算跨度为1.29 m，混凝土运输车半边车轮布置在横梁的跨中情况为最不利，不考虑纵梁的分布作用。

混凝土运输车半边车轮布置在靠近支点时剪力最大。

3.4.2 横梁的截面应力

横梁为Ⅰ27，其截面系数WZ=325 cm3。

3.5 桥面木板验算

通过的车辆后轮负载184 kN，为4个车轮，轮压力为46 kN，小于木桥面板60 kN的承载能力，本桥可用木桥面板，但必须保证材料质量。

3.6 扩大基础承载力计算

3.6.1 最大承载力

Nmax=270×1.384+36×5.95=587.9 kN。

3.6.2 扩大基础承载力验算

根据现场地质查表得地基承载力:f土=110 kPa。

埋置深度:d=1.5 m，面积为12 m2及基础平均重度:Δγ= 20 kN/m，则［N］=(f－Δγd)A=(110－20)×1.5×12=1 620 kN＞ Nmax，安全。

所以采取5×4×1.5的扩大基础结构形式可以满足通载要求。

4 主要材料

321装配式钢桥加强型双排单层式(D.S.R)(跨度为36 m)主要材料数量见表1。

表1 主要材料数量表

5 结语

321装配式钢桥不仅能提高安全施工系数，还大大节约了铁路建设中大型临时设施的设备费用，可在西南高速铁路建设中大为推广。

［1］ 黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多功能使用手册［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］ 喻忠权.装配式公路钢桥使用手册［Z］.交通部交通备战办公室，1997.

［3］ 中华人民共和国建设部，建筑地基基础设计规范［S］.

［4］ 中华人民共和国冶金工业部.钢结构设计规范［M］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［5］ 刘良谋，徐关尧.21 m 321装配式公路钢桥整体稳定性研究［J］.国防交通工程与技术，2005(3)：53-55.

［6］ 刘旭伟.贝雷梁便桥的检算及安全使用方法［J］.贵州大学学报，2007(5)：93-95.

［7］ 李 江，克里木.装配式公路钢桥在新疆水利水电工程中的应用讨论［R］.新疆水利水电勘察设计研究院，2003.