321裝配式鋼橋在西南高速鐵路建設中的應用

趙海

1 概述

“321”鋼橋目前在我國是公路戰備橋梁市場最廣泛的主導產品，該產品按交通部JT/QS00 12-65公路橋涵設計圖裝配式公路鋼橋設計圖生產，適用于汽車—10級、汽車—15級、汽車—20級、履帶—50級、掛車—80級5種載荷。可在9m～63m范圍內組合成多種跨徑簡支梁橋，可構造連續梁橋。“321”鋼橋為半穿下承式米字形桁架橋。主桁由每節3 m長的桁架用銷子連接而成。橋兩邊主桁間用橫梁和抗風拉桿連接，每節桁架設置兩根橫梁，兩根互相交叉的抗風拉桿。橫梁連于桁架豎桿旁，并用橫梁夾具連牢，抗風拉桿連于桁架下弦桿上。優點:結構簡單、構件輕巧、拆裝方便、適應性強、用途廣泛，使用簡單的工具和人力就能迅速建成。我國交通戰備部門從20世紀60年代設計定型了與貝雷鋼橋相當的裝配式公路鋼橋(即321裝配式公路鋼橋)作為交通戰備器材大量儲存。隨著現在鐵路大開發，西南各省也獲得了跨越式發展的時機，本論文就是在貴廣高速鐵路建設中有關大型臨時設施施工中運用321裝配式公路鋼橋的實例。

2 工程背景

貴陽—廣州鐵路是西南地區通往華南沿海地區快速、便捷和大能力鐵路通道，跨黔、桂、粵三省區，由貴陽樞紐新建的貴陽北站引出，經都勻、榕江、從江進入廣西壯族自治區，經桂林、賀州進入廣東省，再經懷集、肇慶、三水、佛山，接入廣州樞紐在建新廣州車站，正線長度857.40 km。

貴廣鐵路一標段水橋河大橋橋址位于貴州省黔南州龍里縣，橫跨水橋河，水面寬度約30m，水深3m～5 m，河床多為粘土。設計橋長36m，施工時可按實際情況調整。擬定方案立面圖見圖1。

3 便橋結構及設計荷載

3.1 主要活載參數

通過的車輛最重為混凝土運輸車，自重100 kN，最大裝載混凝土量為7 m3，混凝土比重按23 kN/m3計，則最大負載為270 kN，該類車有2個軸，軸距為3.3 m，后側輪子為4個輪胎，后軸負載按比例計算為184 kN，輪壓力為46 kN。

3.2 主梁桁架應力驗算

3.2.1 系數取值計算

橫向分配系數和沖擊系數查表取k=0.619和1+μ=1.384。

3.2.2 橋梁端部剪力計算

3.2.3 主梁最大彎矩計算

考慮一輛300 kN混凝土車(按汽車—20級重車)布置在跨中時活載最大:

Mmax=M靜+M活k(1+μ)=2 535.9 kN·m＜［M］=3 375 kN·m，安全。

3.2.4 桁架撓度計算

1 )彈性撓度。

根據卡秋林公式計算:

2 )非彈性撓度。

所以水橋河321型鋼便橋總撓度為9.6 cm，施工時預留15 cm的拱度。

3.3 縱梁強度驗算

3.3.1 縱梁受力計算

縱梁受力圖見圖2。

假定重軸作用在縱梁的跨中，計算跨度為1.2 m，則跨中最大彎矩為:

在橋梁橫斷面內，布置四組共12根縱梁，其間距為34.9 cm。

參照橋梁規范，當單行道橋車輪在木橋面板的分布，橋面板約為10 cm時，其分布量約為1.22 m，則作用在每一根縱梁上的力為:

因在重車通過便橋時限速10 km/h，查表按汽車—20級荷載，則沖擊系數1+μ取1.384，偏載系數η取0.57。

則汽車產生的最大彎矩為:

車輛產生在縱梁端部的最大剪力:

靜載產生的彎矩剪力較小，忽略不計。

3.3.2 縱梁的截面應力

縱梁為Ⅰ10，其截面系數WZ=39.7 cm3。

因此為了保障便橋安全，需在每節桁架(每節長3 m)設4根橫梁，使得縱梁最大跨度為130 cm。

3.4 橫梁強度驗算

3.4.1 橫梁受力計算

計算跨度為1.29 m，混凝土運輸車半邊車輪布置在橫梁的跨中情況為最不利，不考慮縱梁的分布作用。

混凝土運輸車半邊車輪布置在靠近支點時剪力最大。

3.4.2 橫梁的截面應力

橫梁為Ⅰ27，其截面系數WZ=325 cm3。

3.5 橋面木板驗算

通過的車輛后輪負載184 kN，為4個車輪，輪壓力為46 kN，小于木橋面板60 kN的承載能力，本橋可用木橋面板，但必須保證材料質量。

3.6 擴大基礎承載力計算

3.6.1 最大承載力

Nmax=270×1.384+36×5.95=587.9 kN。

3.6.2 擴大基礎承載力驗算

根據現場地質查表得地基承載力:f土=110 kPa。

埋置深度:d=1.5 m，面積為12 m2及基礎平均重度:Δγ= 20 kN/m，則［N］=(f－Δγd)A=(110－20)×1.5×12=1 620 kN＞ Nmax，安全。

所以采取5×4×1.5的擴大基礎結構形式可以滿足通載要求。

4 主要材料

321裝配式鋼橋加強型雙排單層式(D.S.R)(跨度為36 m)主要材料數量見表1。

表1 主要材料數量表

5 結語

321裝配式鋼橋不僅能提高安全施工系數，還大大節約了鐵路建設中大型臨時設施的設備費用，可在西南高速鐵路建設中大為推廣。

［1］ 黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋多功能使用手冊［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］ 喻忠權.裝配式公路鋼橋使用手冊［Z］.交通部交通備戰辦公室，1997.

［3］ 中華人民共和國建設部，建筑地基基礎設計規范［S］.

［4］ 中華人民共和國冶金工業部.鋼結構設計規范［M］.北京：中國建筑工業出版社，2002.

［5］ 劉良謀，徐關堯.21 m 321裝配式公路鋼橋整體穩定性研究［J］.國防交通工程與技術，2005(3)：53-55.

［6］ 劉旭偉.貝雷梁便橋的檢算及安全使用方法［J］.貴州大學學報，2007(5)：93-95.

［7］ 李 江，克里木.裝配式公路鋼橋在新疆水利水電工程中的應用討論［R］.新疆水利水電勘察設計研究院，2003.