浅议施工钢便桥荷载及其效应分析

叶强

摘要：此文在学习研究极限状态法和容许应力设计理论的基础上， 从使用功能、荷载、分项系数等方面说明便桥可以满足此工程的施工通行需要， 使的此桥更加安全可靠。

关键词：便桥;设计荷载;摩阻力;稳定性

1 便桥设计技术标准

1.1 设计荷载：按照施工车辆80吨满载通行计算，5km/h。

1.2 桥梁采用下承式钢便桥，桥面宽度4.0m;

1.3 桥墩、台采用钢管桩基础，采用Ф380*6mm的钢管桩，每组4根桩，共4组16根。

要点

1.1 主梁：采用6片321型贝雷片组装成两组，每组三片，间距分别为45cm和25cm（分别通过支撑架和联板连接），两组之间距离为420cm，净距为402cm，两组贝雷间采用抗风拉杆锁紧，两边跨采用三组单层非加强型贝雷，中跨采用三组单层加强型贝雷;

1.2 横梁：采用标准的28#工字钢，通过斜撑、横梁夹具与贝雷架连接。每片贝雷布置4根横梁，横梁间距最大为128cm;

1.3 纵梁：采用25工字钢，间距349mm进行布置，与横梁上的卡子对应，保证纵梁在横梁上的稳定性，纵梁之间按间距1.5米用16的钢筋进行横梁连接;

1.4 桥面板：采用12mm以上的防滑钢板，采用“U”箍筋在纵梁与横梁交叉处进行固定。

1.5 拦杆：在贝雷片内侧各设置一道护轮坎，并再在贝雷片空档处设置钢板网，作为便桥护栏，形成护栏。

2 相關计算

2.1 荷载计算：

2.1.1 桥梁自重（按每节3米计算）

6片贝雷桁架：2700*6=16200N，2根加强弦杆：12*800=9600N

24个销子：30*24=720N，4个弦杆螺栓：30*24=720N

2片45支撑架：210*2=420N，根联接板：50*8=400N

8根斜撑：120*8=960N，4套横梁夹具：50*24=1200N

4根横梁：2400*4=9600N，2个支撑框的螺栓：4*32=128N

2根风绳：2*400=800N，梁、面板：

12*2.99*420+0.339*3*11*205+4*3*0.012*78500=28667N

护轮坎及钢板网附属：600N

则3米长自重合计为：70015N;

折换成每米重量为：

q=70015/3=2334N/m=23.34kn/m，

2.1.2 车辆荷载为：80吨

2.2 桥墩承载力计算

2.2.1 当有一车辆在中跨时，桥墩最大承重：23.34*6/2+（23.34*15+800）/2=652.06KN

由于本桥搭设较低，桥墩的钢管桩基本上都埋在土里面，所以只考虑钢管桩承载力，不考虑横向稳定性，若钢管桩露出地面1米时应将钢管桩间进行横、斜撑加固。

单根钢管桩承载力计算 桩的极度侧阻力标准值参附近桥桩取18-26Kpa.

由公式 QUK =Qsk +Qpk =λs UΣqsik Ii +λqpk Ap

因 此 ， 由 上 述 计 算 公 式 得 出

F=（18+26）/2×（20-2-1.2）×3.14 ×0.38 +（240+280）/2× 3.14× 0.192=441.01KN+29.47KN

KN=470.48KN

考虑摩擦桩的安全系数K=2 及钢管桩的安全系数K=0.7，则单桩极

承载力为：F=0.7×470.48KN=329.34KN

因此16 根钢管桩的极限摩阻力为5269.44KN

每个桥墩打4根钢管桩，每根桩承载力为329.34KN，则4根桩承载力为329.34*4=1317.36KN，k=1317.36/652.06=2.02>2，满足临时桩2倍的承载力系数的要求。

边跨跨径仅6米，桩基础相同，受力更可靠。

3 上部结构验算

3.1 主梁桁架验算：验算中跨

为简化计算，将中跨同样作为一跨简支梁计算（比连续梁计算更偏于安全）

汽车荷载的横向分配系数（考虑汽车离最边上0.5米）

e=（4-2.7）/2=0.65（桥宽B=4米，车辆2.7米）

K1=1/2+e/B=0.5+0.65/4=0.6625

冲击系数K2=1+μ=1+15/（37.5+L）=1+15/（37.5+15）=1.286

Mmax=ql2/8+K1*K2Gl/4=25.7*152/8+0.6625*1.286*800*15/4

=3279kn·m

查表得加强的三排单层桁架抗弯能力为：

4809.4 kn·m>3279 kn·m，满足要求

Qmax=Q静+Q活K1 K2

=25.7*15/2+800*0.6625*1.286=874.33KN<245.2*6=1471.2=[Q] 满足要求

销孔挠度：

f1=0.3556（n2-1）/8=1.07CM，其中n是贝雷架片数取，n=15÷3=5。

fmax=Pl3/（48EI）=800*103*15003/（48*2.1*107*500994.4*2）=0.8cm

总挠度：f=f1+f2=1.07+0.8=1.87cm<[1500/400=3.75cm]。

3.2 25#工字钢纵梁计算

考虑800KN的汽车，至少为四轴，后轮双轴四轮，按后轴单轴最大重量F=200KN，则单侧双轮F1=F/2=100KN，根据设计桥梁纵梁间距为35cm，所以单侧双轮至少可以落到2根25的工字钢上。则作用在每根工字钢的力F2=F1/2=100/2=50KN，冲击系数冲击系数K2=1+μ=1+15/（37.5+L）=1+15/（37.5+1.286）=1.387（大于>1.3，则K2取1.3），则产生的最大弯矩Mmax= F2L K2/4=50*1.286*1.3/4=20.9KN·m

则纵梁的压应力

σ=Mmax/W=20900/（401.4*10-6）=52.1MPa<140=[σ]

作用在工字钢端部最大力P= F2* K2=50*1.3=65KN

工字钢的剪应力

τ=P/（Hδ）=65000/（22.4*0.8*10-4）=23.2MPa<85=[τ]

3.3 28工字钢横梁计算

实际上，如果是80吨的大车子，可按挂车80计算，前后共为4轴，每轴也只有20吨，并且至少都作用在4根工字钢上，故每根工字钢按承载10吨计算，并且是多根纵梁工字钢作用在28#工字钢，为简化计算，拟采用集中力考虑计算，冲击系数K2=1+μ=1+15/（37.5+4.2）=1+15/（37.5+1.286）=1.36>1.3，按K2=1.3計算，则横梁的最大弯矩Mmax=pl K2/4=100*4.2*1.3/4=136.5kn·m

则纵梁的压应力

σ=Mmax/W=136500/（534.4*10-6）=255.4MPa<273=[σ]（16Mn钢）

作用在工字钢端部最大力P= F* K2=100*1.3=130KN

工字钢的剪应力τ=P/（Hδ）=130/（28*0.8*10-4）=5.81*104KN/M2 =58.1MPa<208=[τ]

3.4 桥面钢板

由于桥面纵梁采用25#工字钢，间距349mm，工字翼板宽116mm，实际上，工字钢翼板间净距为233mm，小于车轮轮胎的250mm的宽度，也就是说，不管怎样，车轮都是直接作用在纵梁工字钢上，桥面钢板直起到分配荷载作用，不再复核验算。

3.5 便桥的稳定性：

便桥桥墩、台受力均为钢管桩，两桥台在钢管桩的基础均埋在土层中，增加两钢筋混凝土背墙式搭板，未产生前后移动现象。（部分内容简述）

4 经验收使用的钢便桥，结构安全，为工程施工现场交通运输发挥重要价值。

参考文献：

[1]人民交通出版社2002年3月出版的《装配式公路钢桥多用途手册》、

[2]《公路桥涵地基与基础设计规范》JGJD63-2007等