貝雷片在施工便橋中應(yīng)用實(shí)例

金立忠 王成偉

(中交隧道局有限公司第三工程公司，江蘇南京 211100)

本文以在建的福建福州繞城RA9合同段便橋架設(shè)為例，講述貝雷片結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

1 工程概況

本合同段位于福州市晉安區(qū)境內(nèi)，起于貴新隧道中部(YK21+150.000)，終于大洋村(J26+400.000)，全長(zhǎng) 5.241 53 km。本合同所經(jīng)過(guò)主要河流為桂湖溪。區(qū)內(nèi)未見(jiàn)大的河流，僅貴新隧道出口有一條河流，上游未紅廟嶺垃圾場(chǎng)，下游為沖洪積盆地，落差較大，平時(shí)水量一般，但雨季水量暴增。地下水主要以大氣降水補(bǔ)充，流量隨季節(jié)變化較大。

2 橋址、橋式確定

根據(jù)主便道位置，本著利于主線施工，對(duì)環(huán)境少干擾、少破壞的原則，全線擬建3座便橋。2號(hào)，3號(hào)，4號(hào)便橋。考慮采用埋設(shè)圓管涵對(duì)過(guò)水?dāng)嗝嬗绊懘螅樗诎踩[患大;采用簡(jiǎn)支鋼筋混凝土板梁橋時(shí)，施工時(shí)間長(zhǎng)、造價(jià)高、拆除不易。故根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定采用拼裝式貝雷桁架橋。該橋型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便、架設(shè)快捷、載重量大、互換性好、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。3座便橋均位于主線五峰寺大橋右側(cè)。各自對(duì)應(yīng)里程約為:K23+950，K24+275，K24+680。

3 施工方案

3.1 施工準(zhǔn)備

1)測(cè)量放線。根據(jù)已批準(zhǔn)的圖紙準(zhǔn)備放出橋臺(tái)、橋墩等位置。打好樁并保護(hù)至施工完畢。2)施工用水用電。施工用水用小型水泵從附近小溪流抽取，不得使用主河道中已污染的水。2號(hào)，3號(hào)便橋施工用電從附近變壓器接入，并安裝好電箱;4號(hào)便橋施工用電配備一臺(tái)25 kW的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)設(shè)置基座，并搭設(shè)防雨棚。

3.2 下部結(jié)構(gòu)

1)橋臺(tái)。橋臺(tái)采用漿砌擴(kuò)大基礎(chǔ)配“U”臺(tái)，為M7.5漿砌片、塊石。基坑的河床質(zhì)主要為砂礫，碾壓平整、密實(shí)后方可開(kāi)始砌筑。片石厚度不小于15 cm，砂漿采用滾筒式攪拌機(jī)攪拌，嚴(yán)格按照配合比下料。片石砌筑，條石鑲面。條石為“一順一丁”，做到孔隙飽滿，外形美觀。待砂漿強(qiáng)度達(dá)75%以上后，臺(tái)后回填砂礫。分層碾壓密實(shí)，保證路、橋搭接順暢，防止出現(xiàn)嚴(yán)重“跳車(chē)”現(xiàn)場(chǎng)。2)橋墩、蓋梁。跨中均設(shè)置加強(qiáng)墩。墩基礎(chǔ)為簡(jiǎn)易C20混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ);墩身利用2條翼緣厚1.5 cm，腹板厚3.0 cm，20 cm×40 cm工字鋼，焊接于基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板，最高墩4.5 m。蓋梁用同種工字鋼，蓋梁與桁架底連接處塞帶孔鋼板，鋼板下側(cè)與墩焊接，上側(cè)與桁架通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接。

3.3 上部結(jié)構(gòu)

1)主桁。主桁架均采用321型貝雷片，為單層6排，橋面凈寬3.7 m。橋長(zhǎng)分別為:15 m，15 m，18 m。貝雷片在平整場(chǎng)地拼裝，下墊枕木。安排橋隊(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富施工人員拼裝，使桁架節(jié)點(diǎn)牢固、線形順直，保證桁架受力均勻。拼裝完成后原地預(yù)壓并測(cè)量撓度，合格后方可安排吊裝。使用25 t吊車(chē)作業(yè)，安排專(zhuān)人指揮。2)橋面系。橋面系為15 cm～20 cm原木，采用φ8鋼筋綁扎牢固。上鋪厚度約30 cm石渣，并用石粉找平，調(diào)2%路拱便于排水。兩側(cè)欄桿采用φ50鋼管，通過(guò)φ14鋼筋點(diǎn)焊于桁架。橋面系共厚約50 cm，驗(yàn)算取沖擊系數(shù)為1.2。

3.4 附屬結(jié)構(gòu)

1)橋梁防護(hù)。橋臺(tái)兩側(cè)均設(shè)置錐坡，錐坡填筑時(shí)分層碾壓。護(hù)坡為30 cm厚漿砌片石，下設(shè)60×60護(hù)腳，表面勾縫處理。確保安全、美觀。橋臺(tái)靠河道側(cè)設(shè)置漿砌片石防撞墩，高80 cm。加強(qiáng)墩處，用土袋埋設(shè)四周簡(jiǎn)易防護(hù)，防止沖刷基礎(chǔ)。2)標(biāo)志標(biāo)識(shí)。橋頭兩側(cè)均必須設(shè)置限重標(biāo)識(shí)牌，并順延主便道的安全、文明標(biāo)識(shí)牌。

4 驗(yàn)算

4號(hào)便橋簡(jiǎn)圖如圖1所示。驗(yàn)算時(shí)取公路Ⅰ級(jí)荷載，取321不加強(qiáng)型桁架，自重為2.75×6/3=5.5 kN/m，單排單層允許內(nèi)力為:彎矩788.2 kN·m，剪力245.2 kN。考慮掛車(chē)長(zhǎng)度，取車(chē)道荷載，最不利荷載形式如圖2所示。PK=180+(360－180)×4/45=196 kN。驗(yàn)算剪力時(shí)取 PK1=PK×1.2=235.2 kN。

圖1 4號(hào)便橋簡(jiǎn)圖

4.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

跨中彎矩:M=(PK×L/4+q1L2/8)×1.2+q2L2/8=(196×18/4+10.5×182/8)×1.2+5.5×182/8=1 791.45 kN·m ＜6×788.2=4 729.2 kN·m，故結(jié)構(gòu)安全。

支座處最大剪力:F=PK1+q1L/2+q2L/2=235.2+(10.5+5.5)×18/2=379.2 kN ＜245.2 ×6=1 471.2 kN，故結(jié)構(gòu)安全。

圖2 最不利荷載形式圖

4.2 剛度驗(yàn)算

剛度通過(guò)撓度控制，fmax=ML2/(8EI)。其中，M為桁架梁下在組合荷載下跨中最大彎矩;L為桁架跨度;E為鋼材彈性模量，取210 GPa;I為貝雷桁架的橫載面相對(duì)于水平軸的慣性矩。

fmax=1 791.45×103×92/(8 ×210 ×109×577 434.4 ×10－8×6)=0.002 493 m ＜［f］=L/400=0.022 5 m，故結(jié)構(gòu)安全。

4.3 穩(wěn)定性驗(yàn)算

加強(qiáng)墩視為受壓桿件，驗(yàn)算壓桿穩(wěn)定性:

截面慣性矩:I=0.01 × 0.43/12+(0.012 × 0.02+0.2 ×0.013/12)×2=5.535 ×10－5m4。

截面面積:A=0.38 ×0.01+0.01 ×0.2 ×2=7.8 ×10－3m2。

兩端絞支，取長(zhǎng)度系數(shù)μ=1，桿長(zhǎng)L=4.5 m。

柔度:λ=μL/ι=1 ×4.5/0.084 04=53.42。

查得 Q235鋼 λP=102，λn=61.6。λ ＜ λn，故不適應(yīng)歐拉公式，采用直線經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。查得:a=304，b=1.12。

則極限承載力:Fcr=A×σcr=244.17×103×7.8×10－3=1 904.5 kN。

驗(yàn)算荷載:FP=F=379.2 kN＜Fcr，故結(jié)構(gòu)安全。

4.4 洪水期平移穩(wěn)定驗(yàn)算

因?yàn)楸竞贤蝺?nèi)臺(tái)風(fēng)頻繁，需驗(yàn)算洪水期便橋的安全性能。計(jì)算時(shí)考慮漂流物沖擊力、水流力對(duì)主桁影響。

1)漂流物撞擊力。

結(jié)合實(shí)際情況，取 γ=0.3，v=5.0 m/s，α=20°，G=20 kN，C1+C2=0.000 5 m/kN。

2)水流沖擊力。

根據(jù)動(dòng)量定理計(jì)算:F'·Δt=m·Δv。取洪水流速v=4 m/s，過(guò)橋后水流變化 Δv=2 m/s。m=sv=L·h·v=18×4.5×4=324 kg。F'=mΔv/Δt=324×2=648 kN。

3)橫向穩(wěn)定驗(yàn)算。

取貝雷桁架整體為隔離體，其受力模型見(jiàn)圖3。f為貝雷桁架與漿砌污工摩擦力，取摩擦系數(shù)為 0.25，則 f=0.25N=0.25×2.75×6×18=74.3 kN;F″為貝雷桁架端部錨固螺栓剪切力，螺栓為直徑16 mm的45鋼，8.8級(jí)螺栓，每端4個(gè)。F″=t×A×8。其中，t為抗剪強(qiáng)度，由材料和熱處理和表面其狀態(tài)決定。查表得其屈服強(qiáng)度為640 MPa，則t=0.7×640=448 MPa。A為受剪面積，A=π×8×8=201.06 mm2。F″=t×A×8=448×201.06×8=720 599 N=720.60 kN。則橫向極限承載力:Fcr=F″+f=794.9 kN。橫向驗(yàn)算荷載:Fp=F+F'=102.61+648=750.61 kN ＜Fcr，故結(jié)構(gòu)安全。

綜合以上驗(yàn)算，4號(hào)便橋結(jié)構(gòu)安全。故其他跨度更小、加強(qiáng)墩更矮的2號(hào)，3號(hào)便橋結(jié)構(gòu)也是安全的。

圖3 貝雷桁架受力模型圖

5 結(jié)語(yǔ)

貝雷片結(jié)構(gòu)的便橋結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備高，完全可以滿足工程建設(shè)對(duì)便橋的要求。兼之其拆卸、運(yùn)輸方便，適應(yīng)性廣，施工工藝簡(jiǎn)單等特性，貝雷片在施工便橋中的壟斷地位會(huì)越來(lái)越突出。

［1］JTG D60-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.

［3］福建省高速公路標(biāo)準(zhǔn)化施工指南［Z］.2007.

［4］李廉錕.結(jié)構(gòu)工程［M］.北京:人民教育出版社，1996.

［5］裘伯永.橋梁工程［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1996.