摘要 施工鋼平臺(tái)是涉水橋梁技術(shù)施工的重要臨時(shí)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式需要與現(xiàn)場(chǎng)條件和平面總體布置相適應(yīng)。為了對(duì)斜交條件下施工臨時(shí)平臺(tái)的合理結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究，該文以某跨河組合橋梁為依托，對(duì)大斜交狀態(tài)下鋼平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力狀態(tài)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)出一種與鋼便橋斜交的施工鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)，平臺(tái)分布在橋梁墩柱兩側(cè)，機(jī)械作業(yè)設(shè)置在主平臺(tái)一側(cè)，在斜交銳角區(qū)域設(shè)置單獨(dú)支撐的方式解決銳角區(qū)域的傳力問(wèn)題，利用有限元分析對(duì)其受力特性進(jìn)行了全面分析，保證了設(shè)計(jì)的斜交鋼平臺(tái)在施工過(guò)程具有良好的承載能力和穩(wěn)定性，研究成果可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞 斜交鋼平臺(tái)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；有限元分析；受力特性

中圖分類號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）15-0144-03

0 引言

橋梁工程是交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成，在橋梁工程涉水施工的時(shí)候，需要通過(guò)鋼棧橋鋼平臺(tái)提供施工環(huán)境，完成橋梁樁基礎(chǔ)及墩柱的施工，是橋梁涉水施工的重要臨時(shí)構(gòu)造。

目前學(xué)者對(duì)施工臨時(shí)鋼平臺(tái)的研究主要集中在鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算與鋼平臺(tái)受力分析方面[1-3]。如吳海川[4]對(duì)臨時(shí)水上鋼棧橋與平臺(tái)施工技術(shù)進(jìn)行了研究，總結(jié)了鋼平臺(tái)的施工要點(diǎn)。裴浩浩[5]結(jié)合湛湄公河大橋的建設(shè)，對(duì)洪水過(guò)后鋼棧橋及鋼平臺(tái)的修復(fù)與糾偏相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究與總結(jié)，解決了鋼平臺(tái)的偏位修復(fù)問(wèn)題。鄭戈等[6]人針對(duì)海上施工特點(diǎn)和施工環(huán)境，對(duì)鋼棧橋與鋼平臺(tái)一體化集成技術(shù)進(jìn)行了研究，將鋼管樁施工平臺(tái)與導(dǎo)向系統(tǒng)相結(jié)合，提高了使用效率。盧振有等[7]人以欽州市靈山縣武利江大橋?yàn)槔?，?duì)重載鋼棧橋及鋼平臺(tái)的受力特性進(jìn)行了分析，分析了在不同荷載組合作用下的受力情況。也有學(xué)者對(duì)鋼平臺(tái)與鋼棧橋的聯(lián)合設(shè)計(jì)方法有所研究，對(duì)鋼平臺(tái)與鋼棧橋之間的結(jié)構(gòu)頭灶進(jìn)行了相關(guān)研究。

綜合現(xiàn)有的相關(guān)研究，該文主要針對(duì)不同的施工條件和不同的工程條件，對(duì)鋼棧橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。對(duì)于在大斜角狀態(tài)下鋼平臺(tái)的合理結(jié)構(gòu)形式的研究很少，為了對(duì)大斜角狀態(tài)下鋼平臺(tái)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和受力性能進(jìn)行深入研究，以某跨河橋梁為依托，開(kāi)展斜交臨時(shí)施工鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)與受力性能進(jìn)行研究。

1 工程概況

1.1 總體概況與建設(shè)條件

該文以平正河大橋?yàn)橐劳虚_(kāi)展鋼平臺(tái)研究，背景工程起點(diǎn)位于從江縣下江鎮(zhèn)東側(cè)都柳江右岸臘俄大橋橋頭，順接規(guī)劃G655從江至下江公路終點(diǎn)，項(xiàng)目終點(diǎn)止于宰便鎮(zhèn)，順接規(guī)劃G655從江宰便至光輝公路起點(diǎn)，路線全長(zhǎng)35.782 km。平正河大橋全長(zhǎng)152 m，大橋跨越平正河位置橋梁軸線與河道夾角50°，橋梁在第2、3、4孔上跨平正河。上部結(jié)構(gòu)主橋采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，引橋采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁，大橋橋墩采用雙柱式橋墩，基礎(chǔ)為端承型灌注樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用重力式U形橋臺(tái)，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。

主橋T梁橋的跨徑布置為3×40 m，橋面總寬度為11.00 m。上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，T梁梁高2.5 m，橫橋向布置5片T梁，梁間距為2.15 m，預(yù)制T梁之間通過(guò)橫隔板連接為整體。

1.2 建設(shè)條件

大橋跨越的平正河為都柳江支流，橋位地處都柳江郎洞航電樞紐庫(kù)區(qū)范圍，庫(kù)區(qū)正常蓄水位為217.00 m，百年一遇洪水位為227.8 m，設(shè)計(jì)水位為227.8 m。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的地面標(biāo)高、水面標(biāo)高、預(yù)計(jì)漲水水位標(biāo)高，以及查閱相關(guān)水文資料，棧橋貝雷梁底以218.0 m為控制標(biāo)高，可滿足行洪對(duì)凈空的要求。

橋位區(qū)地質(zhì)覆蓋層為第四系殘坡積含碎石粉質(zhì)黏土，鉆探揭示厚度1.7～3.0 m，普通土Ⅱ級(jí)，以及第四系沖洪積卵石土，鉆探揭示厚度3.4 m，硬土Ⅲ級(jí)；下伏基巖為上板溪群番招組（Ptbnbf）灰、灰黃色薄至中厚層變余粉砂巖，下伏地層穩(wěn)定，巖性單一，無(wú)其他不良地質(zhì)情況。

2 斜交鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)

平正河大橋樁基及其系梁施工采用型鋼搭設(shè)平臺(tái)進(jìn)行，平臺(tái)一側(cè)與有鋼便橋斜接，作為機(jī)械設(shè)備通道，平臺(tái)與鋼便橋斜交布置。因此鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要充分考慮斜交結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)斜交平臺(tái)與鋼便橋之間的良好斜接。

經(jīng)過(guò)分析與比較，施工過(guò)平臺(tái)鋼的平臺(tái)綜合考慮橋墩立柱的位置和鋼便橋的位置關(guān)系。鋼平臺(tái)的平面布置如圖1所示，鋼管樁垂直布置5排，每排由4根組成，鋼管樁間距為4.4 m，兩排鋼管樁之間間距為7 m+8.5 m+8.5 m+6.68 m。并沿著鋼便橋的方向設(shè)置一排邊樁，邊樁與鋼便橋平行，對(duì)斜邊進(jìn)行支撐，解決與鋼便橋的斜接。邊樁與鄰近的中間鋼管樁形成三角形區(qū)域，支撐斜交平臺(tái)的三角范圍，三角形范圍的剛度較其他正常范圍的剛度更大，以緩解不規(guī)則支撐區(qū)域的應(yīng)力水平。

鋼平臺(tái)基礎(chǔ)采用Φ630 mm（δ=8 mm）螺旋鋼管，橫橋向布置3根，鋼管樁的橫向間距為4.4 m，縱橋向單排，鋼管樁之間由平聯(lián)連接，平聯(lián)采用Φ426 mm鋼管。鋼管樁頂設(shè)I56a作為支撐橫梁。在支撐橫梁上布置I56a型鋼作為承載縱梁，承載縱梁的間距為1.1 m，承載縱梁的間距布置避開(kāi)樁基對(duì)應(yīng)位置。在工字鋼縱梁上布置間距為0.75 m的I22b工字鋼作為分配橫梁。在分配橫梁上布置間距為0.3 m的I12.6分配縱梁與8 mm厚度的鋼板組成操作平臺(tái)面板系統(tǒng)，鋼平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)斷面圖如圖2所示。

在與平臺(tái)三角區(qū)域斜接位置除了多設(shè)置一排鋼管支撐外，還通過(guò)在型鋼端部焊接圈梁連成整體的方法改善端部受力。在間距3.46 m的兩根縱向主梁斜向端部利用I25b工字鋼連接在一起，頂面與I56a的頂面齊平，為分配橫梁斜邊端部提供支撐。在斜邊端部，將作用分配橫梁的斜端利用I22型鋼焊接在一起，為分配縱梁提供支撐。鋼平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖2所示，其中主縱梁的標(biāo)準(zhǔn)間距為1.1 m，在橋墩兩側(cè)主縱梁的間距為3.46 m。第一道縱梁距離平臺(tái)邊緣間距為0.4 m，在平臺(tái)端部設(shè)置臨邊護(hù)欄。

3 鋼箱梁頂推施工

3.1 計(jì)算方法與計(jì)算模型

為了對(duì)設(shè)計(jì)的斜交鋼平臺(tái)在橋梁施工過(guò)程臨時(shí)荷載作用下的受力性能進(jìn)行分析，確保新型鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)具有良好的承載能力。利用有限元軟件midas civil建立空間桿系有限元模型，對(duì)鋼平臺(tái)的受力狀態(tài)進(jìn)行分析。考慮支架結(jié)構(gòu)的承載特點(diǎn)，在計(jì)算時(shí)將橋面板體系以外的構(gòu)件均進(jìn)行建模，選取包含一個(gè)制動(dòng)墩的6跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)離散后共4 053個(gè)節(jié)點(diǎn)，4 532個(gè)單元。模型如圖3所示。

在計(jì)算過(guò)程中考慮的主要荷載內(nèi)容包括：（1）結(jié)構(gòu)自重荷載：結(jié)構(gòu)立柱、橫梁、分配梁等主要承重結(jié)構(gòu)的自重均按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸計(jì)算重量。（2）材料堆放：平臺(tái)頂面臨時(shí)材料堆放按照3 kN/m2考慮，堆放位置為滿布布置。（3）施工機(jī)械荷載：按照施工要求考慮。（4）通行人群荷載：人行荷載取值為2.5 kN/m2，平臺(tái)四周臨邊人行道寬度各設(shè)置1.5 m。（5）風(fēng)荷載：考慮靜風(fēng)壓荷載，按照規(guī)范取值，橋位處風(fēng)壓荷載按照0.50 kPa計(jì)算（橋位地區(qū)）。（6）水流荷載：考慮的水流設(shè)計(jì)流速V=3 m/s，計(jì)算的流水沿著立柱的線荷載集度為2.1 kN/m。（7）漂浮物沖擊荷載：考慮的水流流速V=3 m/s，漂浮物的重物按照1 t計(jì)算，撞擊力為3 kN。

根據(jù)項(xiàng)目施工的總體計(jì)劃，該項(xiàng)目的施工平臺(tái)上需要在施工過(guò)程中需要考慮三種不同的機(jī)械設(shè)備作用。分別設(shè)置三種不同計(jì)算工況，工況一考慮55 t標(biāo)準(zhǔn)車在平臺(tái)上施工作業(yè)，車輛最大軸重為14 t。工況二考慮混凝土運(yùn)輸車輛在鋼平臺(tái)上作業(yè)，混凝土罐車總重55 t，最大軸重為17.3 t。工況三為35 t履帶式反旋挖鉆機(jī)作業(yè)。上述三種工況的計(jì)算過(guò)程機(jī)械設(shè)備的作用范圍為永久墩的一側(cè)，另外因此為臨時(shí)堆放材料和作業(yè)人員通行使用。

3.2 主要計(jì)算結(jié)果

以55 t標(biāo)準(zhǔn)車作用狀態(tài)為例，在荷載基本組合下縱向分配梁的最大正應(yīng)力分布情況如圖4所示，縱向分配梁出現(xiàn)的最大正應(yīng)力為109.3 MPa，出現(xiàn)在三角區(qū)域斜邊支撐較弱位置，應(yīng)力均小于材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度190 MPa，滿足正截面強(qiáng)度驗(yàn)算的要求。支撐縱梁出現(xiàn)的最大剪應(yīng)力為39.9 MPa，均小于材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度110 MPa，滿足抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求。

支撐橫梁出現(xiàn)的最大正應(yīng)力為115.7 MPa，應(yīng)力均小于材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度190 MPa，最大剪應(yīng)力為46.9 MPa，均小于材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度110 MPa。平臺(tái)鋼管立柱最終采用直徑為630 mm，壁厚8 mm的鋼管立柱，鋼管立柱的穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)候偏保守的不考慮立柱之間的縱向聯(lián)系，出土高度的計(jì)算特征值μ=2，計(jì)算自由長(zhǎng)度按照17.8 m進(jìn)行計(jì)算，則鋼管立柱出現(xiàn)的長(zhǎng)細(xì)比λ=80.94，受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.73，考慮立柱材料為Q235鋼材，則考慮穩(wěn)定折減后的允許應(yīng)力[σ]=137 MPa，計(jì)算所得的最大應(yīng)力小于74.7 MPa，可滿足支架的穩(wěn)定性要求[7]。

采用同樣的方法，計(jì)算了鋼平臺(tái)在混凝土罐車、旋挖鉆履帶車作用下的受力情況。分析結(jié)果表明，對(duì)于該施工平臺(tái)55 t混凝土罐車通行是該橋的控制荷載。鋼平臺(tái)的剛度滿足要求，具有良好的剛度，最大變形不大于跨度的1/500。鋼平臺(tái)出現(xiàn)的最大應(yīng)力為163.9 MPa，最大剪應(yīng)力為102.0 MPa，鋼平臺(tái)的強(qiáng)度驗(yàn)算均滿足要求。鋼管支架體系的強(qiáng)度驗(yàn)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算均滿足要求。外側(cè)鋼管立柱入土深度20.7 m，內(nèi)側(cè)鋼管立柱入土深度10.0 m，鋼管樁的承載能力即可滿足要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

為對(duì)斜交條件下橋梁技術(shù)施工臨時(shí)鋼平臺(tái)的合理結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究，以某跨河道橋梁施工為依托對(duì)斜交鋼平臺(tái)合理結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了研究，得到了以下結(jié)論：

（1）結(jié)合基礎(chǔ)施工條件和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種與鋼便橋斜交的施工鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)，平臺(tái)分布在橋梁墩柱兩側(cè)，機(jī)械作業(yè)設(shè)置在主平臺(tái)一側(cè)。

（2）通過(guò)對(duì)斜交銳角區(qū)域設(shè)置單獨(dú)支撐的方式解決銳角區(qū)域的傳力問(wèn)題，保證了斜交結(jié)構(gòu)的平順過(guò)渡。

（3）利用有限元軟件建立了空間桿系模型對(duì)鋼平臺(tái)在施工過(guò)程中的受力特性進(jìn)行了全面分析，保證了設(shè)計(jì)的斜交鋼平臺(tái)在施工過(guò)程具有良好的承載能力和穩(wěn)定性，可為類似工程提供參考。

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收稿日期：2024-04-16

作者簡(jiǎn)介：周惠泉（1978—），男，本科，工程師，研究方向：鄉(xiāng)村公路建設(shè)管理。