高速公路施工临时钢栈桥施工计算_徐海彬.pdf

DOI:10 13719/j cnki 1009 6825 202315045高速公路施工临时钢栈桥施工计算收稿日期:2023 01 12作者简介:徐海彬(1983 )，男，工程师，从事危桥改造、公路施工管理研究徐海彬(浙江交工集团股份有限公司，浙江 杭州310051)摘要:以实际工程为背景，对一贝雷梁钢栈桥进行施工计算，利用 Midas Civil 建立了空间三维模型，对结构进行了计算分析，结果表明，该贝雷梁钢栈桥的主梁、桥面板、下部结构的受力和变形均满足设计荷载工况的使用要求，结构的整体稳定性也满足要求。关键词:钢栈桥;贝雷梁;钢管桩中图分类号:TU997文献标识码:A文章编号:1009 6825(2023)15 0171 040引言栈桥是用于桥梁施工过程中临时跨越河道的大型临时设施，其主要的形式有吊桥、贝雷梁钢架栈桥，其中，以贝雷梁钢栈桥使用最为广泛。贝雷梁钢栈桥的主要结构形式为:钢管桩+贝雷梁+桥面系，具有施工速度快、施工工艺简单、承载能力大等特点，主要应用在内陆河道的临时通行中1。对于贝雷梁钢栈桥的研究主要集中在桥梁结构形式的设计计算、桥梁稳定性、特殊地形施工、结构优化和成本控制等，王福亮2 以南西大桥为工程对象，对贝雷梁钢栈桥结构设计和施工组织进行了详细的介绍;王国民3 以某跨越长江的实际工程为背景，对深水钢栈桥的稳定性进行研究;强伟亮等4 以福州市道庆洲过江通道桥为例，研究了千米级钢栈桥设计及施工关键技术。以实际工程为背景，对贝雷梁钢栈桥的各部件进行详细的计算分析，为同类工程提供参考。1工程概况本工程地处广西壮族自治区河池市东兰县境内，工程区的地势大致由东南倾斜，路线整体走向为由西北向东南方向延伸，勘查区位于岩溶峰林地貌单元。拟建桥梁起讫里程 K26+294 24K26+426 24，全长 132 00 m。桥位平面主要满足路线布设需要，设计标高和桥长受桥台高度及设计水位控制，本桥交角为正交 90。结合桥位地形、地质、水文等情况综合考虑确定新建 5 25 m 预应力混凝土小箱梁桥;下部结构桥墩采用桩柱式桥墩，桥台采用肋板式桥台。为方便桥梁基础施工，需设一临时钢栈桥，用作建设期间的临时通道。拟建钢栈桥桥总长为 105 m，总体布置为 9 m+12 m 4 跨+3 m+12 m 3 跨+9 m=105 m 主栈桥，其布置图如图 1 所示。（a）坡豪大桥立面图（b）栈桥纵横截面布置图图 1钢栈桥立面图、横截面图1 20010 mm 厚钢板18 工字钢或16 工字钢 25 cm1 200B 大样双拼 140b 工字钢加劲肋板1 5004501 9712 76920a 槽钢平联2 5002 500900 900 900 900 900 900单位：mm8 91012 0008 9103 00012 00012 00012 00012 00012 00012 0002施工计算21计算模型及施工工况211计算模型采用 Midas Civil 2019 进行空间梁单元分析，选取12 m 跨栈桥作为整栈桥的计算代表。建立空间三维模型，其中桥面板采用板单元建立，其余结构采用梁单元。模型共 1 412 个节点，2 244 个单元(见图 2)。图 2栈桥 12 m 跨计算模型212施工工况施工阶段钢栈桥:履带吊荷载按工作荷载中间行驶考虑，自重 48 t，满载 20 t 即 200 kN 加载(见图 3)。使用阶段钢栈桥:运输车辆总重 80 t，采用车道荷载进行加载，考虑中载和偏载两种工况，50 t 履带吊装采用车道荷载加载，只考虑中载工况5 6。其施工荷载工况拟定为:1)工况 1:主栈桥运输车一侧行驶，偏载。171第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑SHANXIACHITECTUEVol 49 No 15Aug2023图 3履带吊工作计算图470q=95.2 kN/m2q=95.2 kN/m2自重 48 t+20 t 吊重42050076单位：cm2)工况 2:主栈桥运输车中间行驶，中载。3)工况 3:主栈桥 50 t 履带吊通行。荷载在计算模型中的加载如图 4 所示。（a）工况 1（b）工况 2（c）工况 3图 4履带吊工作计算图22上部结构计算221结构应力计算1)贝雷梁弦杆计算。在各工况下，栈桥贝雷架弦杆最大应力 229 9 MPa，满足设计要求。各工况计算结果如表 1 所示，最大计算应力云图如图 5 所示7。表 1贝雷架弦杆应力MPa部位工况 1工况 2工况 3贝雷梁弦杆工况应力229 9229 854 5图 5工况 1 下贝雷架弦杆最大应力组合（最大值）2.299 44e+0021.917 18e+0021.534 93e+0021.152 67e+0027.704 13e+0013.881 57e+0010.000 00e+000-3.763 55e+001-7.586 11e+001-1.140 87e+002-1.523 12e+002-1.905 38e+002系数=4.631 4E+001最大:229.9MAX：3 262MIN：3 226单位：MPa2)贝雷梁腹杆计算。在各工况下，栈桥贝雷架腹杆最大应力 261 9 MPa，满足设计要求。各工况计算结果如表 2 所示，最大计算应力云图如图 6 所示。表 2贝雷架腹杆应力MPa部位工况 1工况 2工况 3贝雷梁腹杆工况应力261 9227 096 53)主横梁计算。在各工况作用下，栈桥主横梁最大应力 38 3 MPa;满足设计要求。各工况计算结果如表 3所示，最大计算应力云图如图 7 所示。图 6工况 1 下贝雷架腹杆最大应力最大：261.9组合（最大值）2.231 37e+0021.790 46e+0021.349 56e+0029.086 47e+0014.677 39e+0010.000 00e+000-4.140 79e+001-8.549 87e+001-1.295 90e+002-1.736 80e+002-2.177 71e+002-2.618 62e+002系数=4.616 2E+001单位：MPaMAX:535MIN:534表 3桥墩主横梁应力MPa部位工况 1工况 2工况 3栈桥主横梁工况应力38 331 412 6图 7主横梁最大应力最大：38.3组合（最大值）3.644 54e+0012.965 45e+0012.286 35e+0011.607 26e+0019.281 63e+0000.000 00e+000-4.300 27e+000-1.109 12e+001-1.788 22e+001-2.467 31e+001-3.146 41e+001-3.825 50e+001系数=1.236 0E+002单位：MPaMAX:5 237MIN:5 239222结构变形计算各工 况 及 自 重 作 用 下，栈 桥 最 大 位 移 量 为13 625 mm，满足设计要求，各工况位移计算结果如表 4所示，各工况计算位移最大云图如图 8 所示。表 4结构位移量表mm部位工况 1工况 2工况 3栈桥位移1 20813 6258 739图 8栈桥运输车一侧行驶作用下竖向变形最大：13.625分析结果1.362 53e+0011.238 67e+0011.114 80e+0019.909 34e+0008.670 67e+0007.432 01e+0006.193 34e+0004.954 67e+0003.716 00e+0002.477 34e+0001.238 67e+0000.000 00e+000系数=8.398 0E+001单位：mmMAX:1 016MIN:123下部结构计算231持力层计算参数根据设计文件中的地质资料，地质结构主要为:上层粉质黏土 3 m 10 m 厚，0=120 kPa，底层粉砂质泥岩，0=350 kPa;主桥桩基选取粉砂质泥岩做持力层。钢栈桥钢管桩插打入土中，土质情况多变，按全部插入最常见的土质计算。试算选取上层为粉质黏土 10 m，其容许承载力120 kPa，且极限侧摩阻力标准值范围为 65 kPa 95 kPa，为了安全储备，取粉质黏土的摩阻力 fi=90 kPa。下层为粉砂质泥岩，管桩最优工况为穿过粉质黏土到达粉砂质泥岩顶面，其容许承载力 350 kPa，且极限侧摩阻力标准值范围为95 kPa 150 kPa，为了安全储备，取粉砂质泥岩的摩阻力 fi=110 kPa。271第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑232桩基承载力计算通过计算，各工况桩基工况后最大反力设计值为 P=457 0 kN。桩身截面周长 U=D=314 0529 m=1661 m。桩底 支 承 面 积 A=(D2外 D2内)/4=3 14(052920 5092)/4=0 016 m2。按摩擦桩计算，管桩均穿过粉质黏土覆盖层，于是有如式(1)所示公式:P=12(Uaifili+Aa)(1)代入各参数后得:457 0 kN=12(1 661 m 0 7 90 kPa li+1 0016 m2120 kPa 0 7)。则钢管桩进入粉质黏土的深度为:li=8 7 m，即进入一般冲刷线以下不少于 9 0 m 的深度，可满足设计要求。结合现场情况，考虑后期增加施工机械及其他安全储备，管桩需入土 9 0 m。233钢管桩强度计算在最不利荷载作用下，栈桥钢管桩桩身工况应力最大值 132 2 MPa，桩身强度满足设计要求，钢管桩桩身应力计算云图如图 9 所示8。图 9栈桥桥墩钢管桩最大桩身应力最大：-132.2组合（最大值）1.321 53e+0021.081 25e+0028.409 74e+0016.006 96e+0013.604 17e+0010.000 00e+000-1.201 39e+001-3.604 17e+001-6.006 96e+001-8.409 74e+001-1.081 25e+002-1.321 53e+002系数=8.009 1E+001单位：MPaMAX:32MIN:35234钢管桩稳定计算计算可知，桩基最大反力设计值为 457 kN。529 10 mm钢管桩自锚固点到贝雷梁底面的最大自由长度为20 m，按一端嵌固，一端铰支计算压杆稳定，长度系数=07。529 10 mm 钢管桩截面面积为 A=163 049 cm2，i=18 352。计算长细比为:=li=2 000 0718352=76 3(2)其中，L 为受压杆件计算长度，cm。查表得轴心受压构件的稳定系数 =0 805。故钢管桩压应力:=PS=457 0 kN0 805 163 049 cm2=34 8 MPa =190 MPa(3)由欧拉临界荷载:NE=2EI(l)2=3 1422 1 10510610 983 104(0 7 20)2(4)其中，E 为混凝土弹性模量，MPa;I 为桩基截面抗弯惯性矩，cm4;因此压杆维持直线平衡无弯曲屈曲，桩身稳定满足设计要求。24整体稳定性计算整体抗倾覆稳定分析主要考虑结构自重和水流压力 的 影 响。通 过 计 算，钢 栈 桥 自 重 反 力 合 计 为390 7 kN(模型钢材用量指标为 542 6 kg/m2)，桩底最大反力为 40 3 kN，有负方向压力即栈桥有倾覆危险。12 m 长钢栈桥在水流力荷载(22 39 kN)作用下，倾覆力矩 134 m;单跨栈桥自重为 390 7 kN，抗倾覆力矩2 5 m(栈桥横向跨度)，具体计算如下:水流力倾覆力矩为:22 39 kN 6 支 13 4 m=1 800 2 kNm。结构 自 重 抗 倾 覆 力 矩:390 7 kN 2 5 m=9768 kNm。管桩侧摩阻力抗倾覆力矩:90 kPa 9 m 2 5 m 2 支=4 050 kNm。结构的抗倾覆稳定系数计算为:K=(4 050+9768)/1 8002=2 8。钢栈桥抗倾覆稳定系数为 2 8，大于使用期抗倾覆安全系数允许值为 15，满足稳定要求。3结论及建议通过以上分析可见，在各工况下，拟建贝雷梁钢栈桥各构件承载力及桩身强度、稳定基本满足设计要求。目前该钢栈桥已投入施工使用，桥梁各项参数运行正常，根据贝雷梁钢栈桥的特点，对同类钢栈桥的施工建议如下:1)钢结构焊接接缝处需满焊，饱满无气泡。2)栈桥使用时划好标线，离路缘边线 75 cm 内不能让车辆通行，以减小最大应力。参考文献:1 唐秀金 钢栈桥超长桩基沉桩力学机理研究J 西部交通科技，2023(3):97 99，144 2 王福亮 南溪大桥钢栈桥设计与施工J 四川建材，2022，48(9):80 81，83 3 王国民 深水钢栈桥稳定性分析与施工 J 山西建筑，2017，43(5):186 188 4 强伟亮，周俊龙，陶波，等 道庆洲过江通道千米级钢栈桥关键技术 C 天津大学，天津市钢结构学会 第二十二届全国现代结构工程学术研讨会论文集 天津:第二十二届全国现代结构工程学术研讨会，2022:158 162 5 王达，郑雅文 不同跨径钢栈桥受力研究 J 公路与汽运，2023(2):91 94 6 敖炼 浅谈单跨 24 m 钢栈桥设计施工与应用371第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月徐海彬:高速公路施工临时钢栈桥施工计算 J 中国水运，2023(2):98 99 7 胡松 探究钢栈桥设计与施工技术控制 C 上海筱虞文化传播有限公司，中国智慧工程研究会智能学习与创新研究工作委员会 Proceedings of2022 Shanghai Forum on Engineering Technology andNew Materials(ETM2022)(VOL 2)Proceedings of2022 Shanghai Forum on Engineering Technology andNew Materials(ETM2022)(VOL2)，2022:32 33 8 钟德明，张煜梓 钢栈桥设计优化与成本控制 J 山西建筑，2020，46(5):158 160Calculation of temporary steel trestleconstruction for expressway constructionXu Haibin(Zhejiang Communications Construction Group Co，Ltd，Hangzhou Zhejiang 310051，China)Abstract:This paper takes a practical engineering as the background and conducts construction calculations on a Bailey beamsteel trestle bridge Through Midas Civil established a three-dimensional spatial model and structure is calculated and analyzedThe results show that，it was found that the force and deformation of the main beam，bridge deck，and substructure of the Bai-ley beam steel trestle meet the requirements for the design load combination，and the overall stability of the structure also meetsthe requirementsKey words:steel trestle;Bailey beam;steel pipe pile(上接第 133 页)板块裂缝预警模型与路段裂缝预测模型的区别，两者研究对象不同，前者是近期路段中每个板块产生裂缝风险预测，后者为对路段裂缝宏观预测。预测方式不同，前者是通过当前裂纹、错台、填缝料损坏、脱空等断板潜兆特征直接进行预测，它对脱空、错台等要素的考虑是定量的、具体的;后者则是考虑路段脱空、错台和维修状况等影响因素下，根据路段历史裂缝数据的回归预测，它对脱空、错台和维修状况的考虑是定性的。用途不同，前者用于日常及时性养护，能够对高断板风险的板块进行定位，是精细化养护的体现;后者用于脱空维修时机确定，是科学化养护的体现。4结语目前，虽然我国水泥路面总体比重不低，但在高等级路面的新建工程中几乎消失殆尽，由于失去这个市场，导致设计、施工、养护、人才培养长期迟滞，而面对沥青材料大量进口，这对筑路资源的战略安全是不利的，而养护方式、方法的落后无疑是导致目前尴尬局面的重要一环，因此，构建科学化、精细化的水泥路面裂缝管理系统，有助于改善当前水泥路面管养水平，提高管养单位的工作效率，克服水泥路面管养难题，延长道 路 的 使 用 寿 命，促 进 水 泥 路 面 在 我 国 顺 利发展。参考文献:1 潘玉利 路面管理系统原理 M 北京:人民交通出版社，1998 2 孙立军 道路与机场设施管理学 M 北京:人民交通出版社，2009esearch on crack management system of cement pavementGao Yan1，Ying Hong2(1 Hengshui Municipal Engineering Management Center，Hengshui Hebei 053000，China;2 College of Architecture and Transportation Engineering，Guilin University of Electronic Science and Technology，Guilin Guangxi 541004，China)Abstract:In view of the problems existing in cement pavement maintenance management，especially the backward managementand analysis technology of crack data，a set of cement pavement crack management and analysis method is proposed，which re-alizes the functions of collection，analysis and prediction，which is helpful to improve the level of cement pavement managementand maintenance，and provides a reference for scientific and refined road management and maintenance theory and practiceKey words:road engineering;cement pavement;crack;curing method471第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑