跨河装配式钢便桥设计及计算浅谈

郭飞

（广州市市政工程设计研究总院 广东广州 510000）

1 设计要点

1.1 设计采用技术标准

防洪标准：百年一遇；

设计荷载：公路-Ⅱ级，并按10t汽车荷载控制，双车道；

行车控制速度：不大于5km/h，且禁止车辆紧急制动；

设计使用年限：2年；

最高通航水位：7m（珠江基面高程系）。

1.2 设计水文情况

根据通航孔最高通航水位7m的情况，考虑3.5m的通航净空，通航孔桥面设计标高应大于12.518m（珠江基面高程系）。

1.3 桥梁设计方案

1.3.1 上部结构

上部结构选择国产贝雷梁为受力单元，结合设计荷载以及下部桩基的承载力要求，选用全桥跨径组合为L=2×12+10×15=174m，设计采用七片纵梁，最外侧两片边梁采用三排单层，其余中梁采用双排单层体系。全桥宽12m，即2.25+7.5+1.2+1.05=12m。纵梁横向间距170cm，顺桥向以3m间距设横向支撑架，确保纵梁横向稳定，共同参与受力。横梁采用两片22a号槽钢，以50cm间距设置。考虑到架设方便、快捷，桥面采用8cm预制钢筋混凝土简支板，加铺8～11.75cm厚整体化层，以利行车顺畅。上部结构采用部件的技术要求见表1。

表1 桁架容许内力表

表中黑体为本桥采用数据。

1.3.2 下部结构

桥墩采用五根D63cm钢管桩，钢管桩采用壁厚t=8mm的钢板制作，每排墩顶设盖梁，盖梁采用两片I45b工字钢。为加强桥墩的横向稳定性，于墩柱常水位以上设横系梁，钢管桩单桩设计竖向承载力为550kN。

表2 桥梁几何特性表

1.3.3 附属结构

在钢便桥两侧设置钢栏杆，在钢便桥起终点处各设置限高架，混凝土桥面板上设置减速带严格控制车速。

2 结构计算

2.1 上部结构

选用最大跨径15m梁段进行计算。贝雷梁每3m一个节段，每节段重量27.7kN（不加强，全部装齐）。

2.1.1 恒载计算

15m跨径每片梁共5个节段。

每片梁均重q恒=15kN/m（包含桥面铺装）

M 恒=1/8×q×L×L=421.875kN·m

Q 恒=1/2×q×L=112.5kN

2.1.2 汽车活载计算

城-A级，双车道：

图1 装配式钢便桥断面图

车道荷载的均布荷载标准值q=10.5kN/m；

计算弯矩时，所加的集中荷载P为220kN；

计算剪力时，所加的集中荷载P为1.2×220=264kN。

车道荷载的冲击系数：

f=7.303Hz

u=0.1767×ln（7.303）-0.0157＝0.336

横向分布系数：

采用桥博计算，得出7片梁横向分布系数为0.392（边梁最大）。

汽车活载弯矩：

M 均=1/8×q×L×L=295.3125kN·m

M 集中=1/2×P×L/2=825kN·m

M=M均+M集中=295.3125+825=1120.3125kN·m

汽车活载剪力：

Q 均=1/2×q×L=78.75kN

Q集中=P=264kN·m

Q=Q均+Q集中=78.75+264=342.75kN·m

2.1.3 人行道荷载计算

wp=1.5m

w=4.5×（20-wp）/20=4.1625kPa

qp=4.1625×1.5=6.244kN/m

横向分布系数：

采用桥博计算，得出7片梁横向分布系数为0.66（边梁最大）。

人行荷载弯矩：

M 均=1/8×q×L×L=175.61kN·m

汽车活载剪力：

Q 均=1/2×q×L=46.83kN

2.2 下部结构

钢管桩承受的竖向荷载有便桥上部贝雷梁自重、桥面系重量、车辆荷载，盖梁重量。现取15m跨钢便桥作用在盖梁上计算，结果如下：

贝雷梁自重：（270×5×16+20.9×6×7+59.4×6×6+3×6×16+0.694×6×6×4）/100=250kN；

贝雷梁上横梁重量：762.3×21/100=160.1kN；

桥面板重量：7.5×0.18×15×26=526.5kN；

人行道板重量：0.27×10×26+0.48×10×26=195kN；

栏杆重量：10.3kN；

一片盖梁重量：36kN；

桩顶以上恒载总重为：250+160.1+526.5+195+10.3+36=1177.9kN。

车辆荷载：按汽-10车辆荷载计算，考虑1.3的冲击系数：

取汽车活载=260.6kN作为一个车道作用在盖梁上的效应。

人行活载，按3.5kN/m2计算：

人行荷载=3.5×3.45×15=181.125kN；

平均每根桩的桩顶反力 P=（1177.9+260.6×2+181.125）/5=376kN。

3 计算结果

结构重要性系数γ0，根据桥涵的设计安全等级的界定，本桥按“城市附近交通繁忙公路上的桥梁”，γ0取1.0。

表3 七片梁（边梁）

根据计算结果，并留有部分承载力富余，钢便桥边梁采用三排单层，中梁采用双排单层，不加强。下部钢管桩结构受力亦满足承载力要求。

4 结论及注意事项

本文简要分析了跨河装配式钢便梁的计算过程及设计思路，以供需要的设计人员参考、共同研究。装配式钢便桥施工及运营期间还应注意以下几点：

（1）运营过程中严禁车辆超载、超速过桥。

（2）执行中华人民共和国行业标准《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）。

（3）使用养护中应包含以下内容：

①不得施加超出设计文件要求的其它恒载。

②车辆荷载必须按设计文件要求进行管理控制。

（4）定期对钢便桥和钻孔平台各个焊接、栓接点进行检查，对出现脱焊、焊缝情况异常的应及时进行处理。

（5）在使用过程中，不定期对钢便桥进行沉降及桩顶水平位移观测，以防影响车辆通行安全。

（6）一旦遇到洪水、台风时，严禁人员和机械停滞在便桥上，同时减轻便桥上的荷载。派人及时清除便桥、钻孔平台上游带来的各种阻水杂物，减小便桥的水流冲力。

（7）本桥为临时便桥，设计使用年限为2年，若超出使用年限，应重新评估，评估合格后方能继续使用。

（8）钢便桥使用期间应对各类管线，尤其是电缆进行不定期安全检查，及时保养维护。

[1]《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）[S].北京：人民交通出版社，2014.

[2]《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）[S].北京：人民交通出版社，2015.

[3]黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥使用手册[M].北京：人民交通出版社，2002.