简述钢栈桥设计与施工

黎国彬

摘要：结合东莞市运河整治A段两座跨河桥钢栈桥工程实践,介绍了装配式钢桥作为施工便桥在公路桥梁施工中的应用,阐述了钢栈桥的设计方案及其施工要点,为类似工程的施工提供了借鉴意义。

关键词：钢栈桥,设计,施工,简支梁,钢管桩

中图分类号：K928.78 文献标识码： A 文章编号：

运河整治A段两座跨河桥位于东莞市东城区,南北跨越运河,是连接运河与东江大道主干线,桥梁为4跨30米T型预应力简支梁桥，其中墩柱结构均处于水中，该运河水面宽约70m,桥位处常水位标高1.5~2.0m,最高水位3m,河床标高-1m～2.3m。水深3 m～5.5 m , 桥址处地质自上而下依此为淤泥质亚粘土、细砂、硬塑亚粘土层。

1 钢栈桥设计

1.1 钢栈桥设计方案

根据工程施工特点及现场的地形及周围环境的情况,结合现有机械设备、工期及施工工艺,确定栈桥设计方案,钢栈桥采用贝雷梁片拼装为梁体作为主要承重结构,按简支梁设计,基础采用<630 钢管桩,按摩擦桩设计,采用振动锤振动沉入河床,栈桥桥面高度比正常最高水位高3m,栈桥长100m ,桥面宽6m,跨径6 m,贝雷梁配置为双排单层贝雷架,吊车连续延伸架设,车辆限重50 t ,限速5 km ,前轴按100 kN、后轴按400 kN 计算。

1.2 栈桥结构设计

栈桥结构形式自上而下布置：桥面板采用厚8 mm 钢板,横桥向宽4. 5 m,纵梁采用2[10,间距30cm。横梁采用I25a,间距75 cm,横梁长6 m,主梁桁架采用双排单层贝雷梁,两侧主桁内排间距156 cm,内外排间距102 cm,桩顶分配梁采用2I36a ,桩基采用<630 钢管桩,栈桥每墩2 根,纵桥向间距15 m ,横桥向间距3m,桩长根据地质情况确定，剪刀撑采用[10 ,交叉点采用焊接连接。

①纵梁检算

纵梁按简支梁考虑,重力作用在跨中时为弯矩最不利荷载情况,单轮重力作用在纵梁支点时为剪力的最不利荷载情况。冲击系数:栈桥限速5 km/ h ,取1 +μ= 1. 05,纵梁弯曲应力计算:根据汽车产生的最大弯矩计算,纵梁端部剪应力计算:桥面上轮重按杠杆原理分配,计算偏载系数η,确定纵梁最大剪力,跨中扰度计算:净载产生的弯矩、剪力、扰度较小,可忽略不计。

②横梁检算

混凝土罐车双后轮作用在横梁上时,为横梁受力最不利荷载情况。

③恒载计算:

栈桥按每跨6m 计算,桥面、纵梁、横梁简化为均布荷载p =( G1 + G2 + G3) / 20/ 6 = 1. 06 kN/ m 作用在每根横梁上,按三不等跨连续梁考虑,净载使横梁跨中产生的最大内力:

Mmax = 0. 113 ×pl2 = 0. 125 kN·m;

Qmax = 0. 75 ×pl = 0. 81 kN。

④活载计算

活载作用在3 组2 [ 10 槽钢纵梁上,对横梁的影响简化为P = 100 kN 的集中荷载,为简化计算横梁按三跨简支梁进行分析,计算最大跨跨度L = 1. 56 m , P = 100 kN 作用在跨中时为弯曲应力的最不利荷载情况(结果偏于安全) ,车轮作用在贝雷梁支点位置上时横梁产生最大剪应力:

Mmax = 0. 25 ×P ×L (1 +μ) = 41 kN·m;

Qmax = P(1 +μ) = 105 kN。

⑤横梁弯曲应力计算:

σw = Mmax/ Wx = 102 MPa ≤[σw ]= 145 ×1. 3 = 188. 5 MPa (安全) 。

τmax = Qmax·S x / Ix /δ= 60. 8 MPa < [τ] = 85 ×1. 3= 110. 5 MPa (安全) 。

⑥跨中扰度计算: f = P ×(1 +μ) ×L 3/ (48 EIx ) = 0. 74 mm <

[ f ] = L / 400 = 3. 9 mm ,合格。

⑥墩顶分配梁检算

混凝土罐车作用于墩顶横梁时,为墩顶分配梁最不利荷载情况。墩顶分配梁为2 I36a ,点焊连接在钢管桩顶部,分配梁近似为两端伸出的简支梁结构计算。

⑦钢管桩检算

桩基承载力:根据墩顶分配梁计算,每墩设计承载力,仅计算钢管桩侧摩阻。

2 钢栈桥施工

2. 1钢管桩桩基施工

振动锤的选择应选择振动力不小于600 kN 的柴油振动锤。

2.2振动沉桩施工要点

①插桩：采用导向框架控制桩位,框架的空间应比桩径大2 cm～3 cm ,钢制框架可大10 cm~15 cm ,用木夹箍调整。

②接桩：钢管桩的连接采用外拼板及接头对接焊连接,所采用的焊接材料型号应与焊件材质相匹配。焊缝长度和焊缝厚度应满足要求,焊接强度不小于主材强度,应严格控制焊接质量。钢管桩对接必须顺直,顺直度允许偏差0. 5 %。

③桩允许偏差

垂直度:0. 5 %(规范规定为1 % ,为确保桩的受力状况,按0. 5 %控制) ;桩位:纵桥向40 mm ,横桥向50 mm。

2.3钢桥架设

①分配梁安装

钢管桩打入后,根据设计的钢管桩顶标高,割去多余的钢管桩,并在钢管桩上割槽,能准确放置通长的2 Ⅰ36a ,且同一个墩的两根钢管桩的槽口必须在同一直线上。

②贝雷架采用整孔架设法

贝雷梁采用的是国产3m×1.5m贝雷片,每条贝雷梁采用双排单层的形式,横向用102 cm 花窗连接。架设前将每孔在岸上将整孔贝雷架分成两组组拼,组拼底座应平整并在同一水平面上,连接必须紧固。每拼一节贝雷梁都要与前一节对比,确保贝雷梁在同一直线上。一跨拼装完后,上下游贝雷梁用[8 水平撑的形式在下弦杆加固,每跨加固5 根水平撑。

③横梁安装

I25a工字钢直接铺到贝雷梁上,每条工字钢都要正对贝雷梁的竖杆或斜杆位置,确保受力满足要求。工字钢铺好后,马上用<16 圆钢做成的U 型卡将其卡在贝雷梁上同时拧紧螺丝。

④纵梁安装

将[10槽钢通过汽车和吊车转运到浮吊上,利用浮吊进行安装。槽钢按设计间距铺好后,每条槽钢都要与Ⅰ25a 工字钢采用点焊焊好,使它们成为一个整体,满足受力要求。制动墩处的前后联的槽钢都要深入相邻联1.5m 以上,并且槽钢只在本联与工字钢焊接,伸出到相邻联的部分不与工字钢焊接。

⑤剪刀撑加固钢管桩

栈桥搭设完成后,应将钢管桩加固。加固采用剪刀撑和水平撑的方法,材料采用槽钢[ 8 ,交叉点采用焊接连接。

3结语

运河整治A段两座跨河桥栈桥结构设计合理,顺利通过荷载试验,栈桥各部位没发生显著变形,能够满足主体工程施工的需要,本栈桥的施工为今后类似工程施工积累了经验,具有借鉴意义。

参考文献：

[1]装配式公路钢桥多用途使用手册．人民交通出版社，2004

[2]胡业平．江克斌．薛鸿儒．军用桥梁．解放军出版杜，2001