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        淺談施工鋼便橋安全性復(fù)核驗(yàn)算

        2016-09-03 06:43:22廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司陳佩珊
        中國建設(shè)信息化 2016年3期
        關(guān)鍵詞:貝雷梁槽鋼工字鋼

        文|廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司 陳佩珊

        臨時(shí)鋼便橋通常運(yùn)用于工程施工,可作為臨時(shí)通行的橋梁,也可作為結(jié)構(gòu)施工的支撐結(jié)構(gòu),在施工上,靠焊接、栓接等方法把各種鋼結(jié)構(gòu)互相連接和拼裝形成一個(gè)整體;在力學(xué)上,是一個(gè)主要承受豎向荷載和水平行車制動(dòng)力、風(fēng)載和流水壓力的支撐平臺(tái);其內(nèi)部是承受拉、壓、彎的桿件互相作用而成。上述特點(diǎn)使臨時(shí)鋼表橋具有結(jié)構(gòu)體系清晰、施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低、施工工期短、安全性好的突出特點(diǎn),在工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用,掌握臨時(shí)鋼便橋的安全性復(fù)核驗(yàn)算已成為工程技術(shù)管理人員的基本要求,現(xiàn)將我們承建的惠州龍門山區(qū)一溪谷兩岸施工鋼便橋安全核算總結(jié)如下。

        1、工程簡(jiǎn)介

        本施工鋼便橋?yàn)榻鉀Q惠州龍門山區(qū)一溪谷兩岸施工及社會(huì)車輛過河而臨時(shí)搭設(shè),通行限載重量按掛-100考慮,車速不超過5km/h,雙向行駛。鋼便橋橋長(zhǎng)84m,橋面寬度設(shè)計(jì)為7m寬,考慮常年水位標(biāo)高為29.8m,50年一遇水位標(biāo)高31.34m,接順道路標(biāo)高37.5m,鋼便橋面標(biāo)高為37.5m,高出常年水位7.7m。為確保行人過往安全在橋的兩外側(cè)用5×5角鐵和防護(hù)網(wǎng)做護(hù)欄,臨時(shí)橋墩持力層選擇強(qiáng)風(fēng)化層做為承力層。

        2、鋼便橋結(jié)構(gòu)體系布置

        鋼便橋橋長(zhǎng)84m,橋面寬度按通行需求設(shè)置為7m寬,布置為路肩0.75m+行車道2.5m+車道分隔帶0.5+行車道2.5m+路肩0.75m,由于車道寬度有限,禁止大型車輛在便橋上匯車。考慮到山區(qū)橋梁的管理問題及附近存在大型施工樓盤,驗(yàn)算復(fù)核荷載為掛-120,設(shè)計(jì)使用期限為三年。

        由于鋼便橋?yàn)檎w鋼結(jié)構(gòu),支墩采用φ630mm鋼管做為樁基礎(chǔ),橫向按3根間距3m排列,縱向起、止跨跨度為6m,其它跨根據(jù)施工地質(zhì)情況為8-9m,不超過9m排列,計(jì)算跨度為9米,采用振動(dòng)錘錘擊法貫入。為確保臨時(shí)支墩的穩(wěn)定性,臨時(shí)支墩之間橫向用[22槽鋼作剪刀叉連接;在鋼管頂面布置I45c工字鋼作為橫梁,在橫梁上面用單層四排84m通長(zhǎng)貝雷片組作為縱梁,貝雷片間采用90支撐架聯(lián)接,貝雷組與組之間凈間距為3m,并設(shè)置連接斜撐。在貝雷梁上面按0.75m間距鋪設(shè)橫向I32c工字鋼,在I32c工字鋼上鋪型鋼-鋼板復(fù)合橋面板(結(jié)構(gòu)為:主縱梁為I12B工字鋼,間距0.2m,橫向加勁肋為[12B槽鋼,間距0.8m。在[12槽鋼上面鋪設(shè)厚度16mm的花紋鋼板組成橋面),鋼便橋與地面過渡段采用填土方、石屑過渡。鋼便橋橫斷面圖如圖1。

        圖1 鋼便橋橫斷面圖

        3、鋼便橋驗(yàn)算主要荷載參數(shù)

        3.1 鋼便橋自重

        上部結(jié)構(gòu)恒重(按一跨(9m)計(jì)算)

        (1)16mm厚鋼板,單位面積重156kg,則1.256KN/m2,一跨9*7=63m2,重79.128KN。

        (2) [12槽鋼+I12工字鋼,單位重24.999Kg/m,則 0.25KN/m,一跨28條,長(zhǎng)9m,重35.28KN。

        (3)面層分配梁I32c,單位重65.689kg/m,則0.66kN/m,一跨28條,長(zhǎng)7m,重 129.36KN。

        (4)縱向主梁:橫向單層四排貝雷梁,一跨重36KN。

        (5)樁頂分配主梁:2*I45c,單位重174.97kg/m ,則1.75kN/m,可忽略。

        綜上所述,鋼便橋一跨(9m)自重q1=(79.128+35.28+129.36+36)/9=31.1KN/m。

        3.2 車輛荷載

        鋼便橋按照掛-120進(jìn)行驗(yàn)算,主要技術(shù)指標(biāo)如圖2。

        3.3 沖擊荷載

        鋼便橋設(shè)計(jì)行車速度為5km/h,汽車沖擊荷載可按汽車總重的10%計(jì)算,及1.1倍系數(shù)考慮。

        3.4 汽車制動(dòng)力

        汽車在鋼便橋上行駛時(shí)最大速度15km/h,禁止在橋上急剎車,汽車制動(dòng)力可不予考慮。

        3.5 風(fēng)荷載、水流荷載

        只對(duì)鋼管基礎(chǔ)產(chǎn)生影響,詳見鋼管基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算。

        4、各類材料容許應(yīng)力

        鋼便橋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)采用容許應(yīng)力法,計(jì)算過程中采用的材料參數(shù)如下:

        Q235鋼材的允許應(yīng)力:【σ】=180MPa;Q235鋼材的允許剪應(yīng)力:【τ】=110MPa。

        Q235鋼材的彈性模量:E=2.1×105MPa;16Mn鋼材的允許應(yīng)力:【σ】=237MPa。

        16Mn鋼材的允許剪應(yīng)力:【τ】=104MPa;16Mn鋼材的彈性模量:E=2.1×105MPa。

        I32C:A=79.92cm2,W=760.8cm3,I=1217 3cm4。

        圖2 掛-120布置示意圖(荷載單位:KN,尺寸單位:m)

        2*I45C:A=240.8cm2,W=3135.8cm3,I=1 875.4cm4。

        鋼便橋剛度設(shè)計(jì)按格構(gòu)件撓度fmax<l/250~l/400行控制

        貝雷架縱梁應(yīng)按其最不利受力狀態(tài),驗(yàn)算時(shí)采用不加強(qiáng)貝雷梁,驗(yàn)算以剛度與穩(wěn)定性控制為主,按規(guī)范要求,其最大撓度不超過L/800,以確保安全。根據(jù)《321裝配式公路鋼橋手冊(cè)》荷載、跨徑與橋梁組合配置表查得:

        W=7151.1 cm3;J=500994.4cm4;Mmax=1575.4KN·m;Qmax=490.5KN。

        5、鋼便橋驗(yàn)算

        5.1 橫向33C小橫梁驗(yàn)算

        按正常使用條件的最不利荷載進(jìn)行驗(yàn)算,其最不利荷載為在使用過程中,汽車荷載出現(xiàn)在跨中,且單側(cè)直接壓在貝雷梁上方,另一側(cè)汽車車輪壓在I33c承重梁上方。根據(jù)施工實(shí)際情況,各型鋼及各種材料接觸處,均采用焊接或加固固結(jié),因此所有梁的驗(yàn)算均采用固端梁進(jìn)行計(jì)算。

        (1)基本數(shù)據(jù)

        a、跨徑:計(jì)算跨徑:L=9m。b 、橋面寬度:7 m。c、設(shè)計(jì)荷載:一側(cè)汽車車輪壓在I 3 3 c承重梁上方,集中荷載:Pk=300*1.1/2=165KN,均布荷載qk=31.1KN/m;

        (2)采取力的疊加原理計(jì)算:

        ①抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

        跨中彎矩最大:Mm=PL/8+qL2/24=79.3 kN.m,σ=M/W= 104MPa<180 MPa

        ②抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

        支座剪力最大:Q=P/2+qL/2=132.26 kN,τ=1.5Q/A=24.83 MPa <110 MPa

        ③撓度驗(yàn)算

        跨中撓度最大:f m=P3/ L192EI+qL4/384EI=1.4mm<3.2*103/800=4mm。

        5.2 貝雷梁計(jì)算

        參考《公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)-基本資料》第一版可得以下計(jì)算:整個(gè)車在全部進(jìn)入貝雷梁橋跨后,對(duì)貝雷梁的受力為最大,計(jì)算跨中時(shí)的彎矩和撓度為最大,靠近支點(diǎn)時(shí)該支點(diǎn)處的剪力為最大。采取力的疊加原理計(jì)算:

        ①抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

        Mm=PL12/L+ PL22/L +qL2/24=250.53 kN.m<1576.4 kN.m,σ=M/W= 35MPa<237MPa

        ②剪力計(jì)算

        Q=P*2+qL/2=469.95 KN<【Q】=490.5KN

        ③撓度計(jì)算

        跨中撓度f=PL12L*(3-4*L1/L)/24JI+PL22L*(3-4*L2/L)/24JI+ qL3/384/JI

        =1.44mm<[f]=9000/800=11.25mm

        5.3 大橫梁2*I45c梁驗(yàn)算

        大橫梁采用2*I45c工字鋼,雙排橫向放置于鋼管樁上,支點(diǎn)間距3m,其上部是貝雷梁,按2等跨集中荷載簡(jiǎn)化計(jì)算,根據(jù)貝雷梁計(jì)算的結(jié)果,最大剪力在支座處,支座即為該橫梁位置,因此,P=Q=469.95KN。

        ①抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

        跨中彎矩最大:M m=2 P2b a2/L3=32.19 kN.m,σ=M/W= 51MPa<180 MPa

        ②抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

        支座剪力最大:Q=P*2a*(1+2b/L)/L2=309.95 kN,τ=1.5Q/A=9.65 MPa <110 MPa

        ③撓度驗(yàn)算

        跨中撓度最大:fm=2Pa3b2/(3EI*(3a+b)2)=1.09mm<3*103/800=3.75mm。

        5.4 鋼管樁驗(yàn)算

        單根鋼管樁的最大軸向壓力按照I45C大橫梁計(jì)算結(jié)果為309.95kN。所以單根樁的最大軸向壓力為31t,考慮1.2倍安全系數(shù),故單樁最大軸向壓力按37.2t即P=Nmax=372kN計(jì)算。施工時(shí)振錘振動(dòng)力取值不小于45t。該地域地質(zhì)資料顯示,從上到下主要為:粉質(zhì)粘土,卵石,全風(fēng)化砂巖,中風(fēng)化砂巖。由于施工中存在地質(zhì)情況變化較大的情況,實(shí)際施工過程中應(yīng)先試樁,再參考以上數(shù)據(jù),插打鋼管樁時(shí)貫入度不得小于6cm/min。

        ①軸心受壓計(jì)算

        φ630鋼管樁力學(xué)性能:截面積A=15632mm2,回轉(zhuǎn)半徑i=219mm;

        鋼管長(zhǎng)度:L=12m,長(zhǎng)細(xì)比:λ=L/i=55,查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 附錄C可知:

        穩(wěn)定系數(shù)φ=0.900,鋼管容許壓力:

        [N]= φ*A*【σ】=2532KN> 372KN ,滿足要求。

        ②受側(cè)向水壓力和風(fēng)壓力時(shí)的驗(yàn)算

        a、流水壓力

        施工區(qū)域流水流速3m/s,根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》,則流水壓力為:

        F=kAγV2/2g= 0.8*0.63*10*32/2*9.8=2.2KN/m,即鋼管樁在水中的自由段承受2.2KN/m的水流壓力,可忽略不計(jì)。

        b、風(fēng)荷載

        由于風(fēng)力達(dá)到7級(jí)以上時(shí)鋼便橋停止施工或通行,所以不考慮風(fēng)荷載和車荷載同時(shí)作用的情況,風(fēng)荷載系數(shù)w=1.15 KN/m2,一跨上部結(jié)構(gòu)p1=1.15*6*2.15=14.8KN/m,水面以上鋼管樁p2=1.15*1.2=1.38KN/m。

        c、穩(wěn)定性驗(yàn)算:

        鋼管樁穩(wěn)定性驗(yàn)算計(jì)算模型如圖7,考慮施工的實(shí)際情況,按一端固定,一端絞支的桿件模型計(jì)算。這里采用φ600鋼管長(zhǎng)度為12m,壁厚1cm;具體計(jì)算如下:

        ①長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算:(μ取0.7)

        ②安全系數(shù)計(jì)算:由材料力學(xué)中的安全系數(shù)計(jì)算,λ≦132時(shí),不可以運(yùn)用歐拉公式計(jì)算極限承載力,所以運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式,對(duì)于A3鋼:

        所以,鋼管樁是穩(wěn)定的,可以承受上部荷載。

        因此:使用是安全的。

        6、計(jì)算結(jié)論

        根據(jù)以上受力分析及計(jì)算模型可以得知,此型鋼組合結(jié)構(gòu)鋼便橋采用φ630 mm鋼管做為鋼便橋的臨時(shí)支墩,橫向按3根間距3m排列,縱向間距橋頭按6m,其它跨不超過9m排列;在鋼管頂面布置2*I45c工字鋼作為橫梁;在橫梁工字鋼上面用單層四排84m通長(zhǎng)軍用貝雷片組作為縱梁;在縱向貝雷梁上面按0.75m間距鋪設(shè)橫向I32c工字鋼,在I32c工字鋼上鋪I12工字鋼,間距0.2m,再鋪橫肋[12槽鋼,間距0.8m;在[12槽鋼上面鋪設(shè)厚度16mm的花紋鋼板組成鋼平臺(tái)橋面,鋼便橋與地面過渡段采用填土方、石屑和C30鋼筋混凝土過渡,滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及實(shí)際荷載要求。

        7、結(jié)束語

        臨時(shí)鋼便橋具有結(jié)構(gòu)清晰,受力模型簡(jiǎn)單的特點(diǎn),關(guān)鍵是充分掌握最不利條件下的荷載工況、明確荷載傳遞路徑從而使整個(gè)受力體系核算步驟清晰、明了、從強(qiáng)度、穩(wěn)定性著手進(jìn)行安全性驗(yàn)算,這是鋼便橋驗(yàn)算的核心工作。

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