ZB-200型装配式钢桥在水电站砂石加工系统中的应用

谭满江，刘朝晖

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

0 前 言

ZB-200型装配式公路钢桥是我国新型交通战备器材。在战时国防交通中，用于快速架设临时性梁，保障重型武器装备和车辆迅速克服江河、断桥、沟谷等障碍；在平时抢险救灾及国民经济建设中，除用于架设临时性桥梁外，还可用于构筑施工塔架、支承架等多种装配式钢结构。ZB-200型钢桥与我国原“321”装配式钢桥相比，桥梁构件简单、架设方便、标准化程度高、结构形式多样、承载能力强、适应性好，可以保障履带式荷载50t、轮式轴压力13t以下的各种车辆通行。

ZB-200型钢桥标准桥宽分为单车道4.2m和双车道7.56m两种，基本结构构造根据一排桁架的片数和上下弦杆的加强类型区分，分为单排单层（SS、SSR型）、双排单层（DS、DSR1、DSR2型）、三排单层（TS、TSR2、TSR3型）、四排单层（QS、QSR3、QSR4型）。当设计荷载较大或者桥跨较大时，为进一步提高桁架的抗弯能力，可将基本结构构造组合成双层结构。由于靠近支座的位置剪力较大，为提高桁架的抗剪能力，可将支座附近的桁架单元替换为高抗剪桁架单元，高抗剪桁架单元的腹杆采用方钢替换标准桁架单元的槽钢，将提供更高的抗剪承载力［1］。

ZB-200型钢桥在公路交通的工程应用中较多，一般无需计算，直接通过查表的方式即能确定设计方案。ZB-200型钢桥用于承载水电站砂石过江系统的应用较少，需要对该类型桥梁进行计算研究后才能确定合适的设计方案。

1 工程背景

某水电站主体砂石系统皮带机桥是该水电站下游约450m处的一座跨江桥。该水电站的主体砂石加工系统左岸成品砂及混合料通过过江桥上的带式胶带机输送到右岸系统，该栈桥带式胶带机带宽1200mm，带速为2.5m／s，输送能力为1700t／h。

桥位处覆盖层以Qpal冲洪积物为主，厚度为3～5m，主要组成为块石、砾石夹砂及粉质黏土。岩层以灰绿色细粒至中粒状片理化辉长岩为主。

桥位处枯水时江面宽约57m，皮带机系统底面设计高程距江面约20m，左岸侧33m处为皮带机系统左岸衔接点，右岸侧30m处为皮带机系统右岸衔接点。

由于该桥是水电站砂石系统过江的重要通道，为不影响水电站建设进度，需要快速在汛期来临前建成该桥。考虑到该桥为临时桥梁，使用年限不超过5年，经充分研究，最终采用3孔ZB-200型装配式钢桥方案。

2 设计方案

本桥为砂石料1200mm带式输送机过江桥；设计荷载9kN／m（含冲击力）；桥面宽度为净-3.15m；通航标准为桥下非等级航道；设计洪水频率为2%；设计使用年限为5年。

桥型方案采用（33.528＋57.912＋30.480）mZB-200型装配式桁架连续梁桥，桥梁全长121.920m。桥面净宽为3.15m。桥型立面布置如图1所示。

图1 桥型立面（单位：mm）

下部结构设计中，为了加快施工进度，避免施工中装拆模板的耗时，考虑到本项目桥墩高为18m，故桥墩采用钢管混泥土柱的形式。

0、3号桥墩采用双柱式墩，Φ1.016m钢管混凝土柱＋Φ1m钢筋混凝土嵌岩桩，钢管中为钢筋混凝土柱，柱间平联采用Φ610mm×12mm钢管。

1、2号桥墩采用双柱式墩，Φ1.524m钢管混凝土柱＋Φ1.6m钢筋混凝土嵌岩桩，钢管中为钢筋混凝土柱，柱间平联采用Φ914mm×12mm钢管。

上部结构设计中，主梁为三跨连续梁体系，采用ZB-200型桁架作为主梁，为下承式结构，中跨编组为双排双层加强DDSR型，边跨为双排单层加强DSR2型。由标准桁架单元（标准桁片）、高抗剪桁架单元（高抗剪桁片）、桁架销子、端柱、加强弦杆、桁架螺栓、弦杆螺栓等构成。支座附近剪力较大部位采用高抗剪桁片，0号墩大桩号侧1节，1号墩小桩号侧1节、大桩号侧2节，2号墩小桩号侧2节、大桩号侧1节，3号墩小桩号侧1节采用高抗剪桁片，其他部位采用普通桁片。

根据砂石系统过江桥面净宽的要求，桥面净宽为3.15m，横梁由标准构件的6m缩短为4.7m，采用H400×200×8×13型钢，桥面板为ZB200-202-000标准桥板，横桥向三片布置。横梁和桥面板中的构件除花纹桥面板采用Q235钢，其他都采用Q355钢。

栏杆采用1.5m高钢丝网架，网孔为60mm×60mm，钢丝直径4mm。标准横断面见图2。

图2 钢桥横断面（单位：mm）

3 计算分析

3.1 恒 载（见表1）

表1 中跨57.912m跨恒载合计（双层4片梁）

3.2 砂石系统皮带机荷载

荷载在两侧桁架的分配系数k1采用杠杆法进行计算，公式如下：

式中：e为荷载横向偏心值；B为桥梁横断面中两侧桁架重心距。计算得：

荷载在单侧两片桁片间的分配系数k2根据《ZB-200型装备式公路钢桥使用维护说明书》弯矩计算时取1.1，剪力计算时取1.2［1-2］。

综上，弯矩计算时qk1＝k1×k2×q0＝1.15×1.1×9＝11.4kN／m；剪力计算时qk2＝k1×k2×q0＝1.15×1.2×9＝12.5kN／m。

3.3 荷载组合

根据JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》，按承载能力极限状态设计时，荷载按基本组合考虑。结构重要性系数γ0取1.1。主梁承载力验算采用基本组合

3.4 计算结果（见表2）

表2 主梁承载力验算

4 ZB-200型装配式钢桥架设方案

由于本项目在汛期前的工期较短，枯水期不能准确判断，水位因素对栈桥施工影响很大，针对水位涨幅情况，桥梁架设拟定2种施工方案，以保证跨江栈桥施工进度［3］。

方案一：在桥梁下部结构施工完成后，若水位上涨，桥墩附近的筑岛被水位淹没，汽车吊无法架设在主墩附近，不具备吊装施工条件，则采用顶推法施工，利用卷扬机牵引及千斤顶顶推安装栈桥主梁。架设流程为：①在一侧岸边墩台间搭设施工平台用于桁架片拼装；②在施工平台上拼装边跨桁架片就位；③采用卷扬机或千斤顶顶推桁架片，边顶推边拼接后面的桁架片并采用压重措施；④将桁架片顶推至对岸墩台；⑤安装桥面系及附属工程。

方案二：在桥梁下部结构施工完成后，若水位未上涨，桥墩附近的筑岛未被水位淹没，现场具备吊装施工条件，则采用吊装法施工，用汽车吊安装栈桥主梁。架设流程为：①在两侧岸上拼装边跨整孔桁架片；②采用汽车吊吊装两侧边跨整孔桁架片至墩台上；③在两侧岸上拼装中跨半孔桁架片；④汽车吊架设在主墩筑岛附近；⑤边跨桁架片上采取压重措施；⑥采用汽车吊吊装两侧中跨半孔桁架片至墩台上，并在墩顶将其与边跨桁架片连接为整体；⑦中跨合龙；⑧安装桥面系及附属工程。

5 结 语

ZB-200型装配式钢桥具有快速化建造、可重复利用、承载能力强等优点，同时符合国家大力发展装配化建筑以及化解钢材过剩产能的产业政策。在水电站砂石加工系统及其他需要紧急修建的临时桥梁中有较大的应用空间及价值。

目前，ZB-200型装配式钢桥选型计算按行业习惯考虑偏安全，虽能确保安全但也存在一定浪费，期待后续类似项目在应用此类结构受力体系桥梁时，通过成桥试验等数据反馈，定量分析由于销与孔之间存在设计间隙而导致“错孔挠度”效应的影响，做到精细化设计。