人行貝雷橋

張振宇+陳德偉

摘要：貝雷橋是一種裝配武鋼橋，早期的貝雷橋主要應用于軍事上，現在貝雷橋已經廣泛應用于搶險救災、交通工程、市政水利工程等方面。在技術上，貝雷橋目前已比較成熟，它的主梁是標準貝雷片，幾何尺寸及材料固定。若直接將標準貝雷片用于農村人行便橋建設，則必將造成材料的浪費。麻池村無止橋是第一座由學生自主設計和施工的輕型貝雷橋，本文從設計和施工兩方面對輕型貝雷橋進行介紹，這對于以后的農村便橋建設具有借鑒意義。

關鍵詞：輕型貝雷片；人行便橋；結構設計；施工

0項目背景與概述

重慶市麻池村無止橋項目是同濟大學、重慶交通大學和香港科技大學學生自主完成設計、組織和施工的一個農村人行便橋項目。

麻池村位于重慶市彭水縣西南角，緊靠芙蓉江，區域內最高海拔1150米，最低海拔200米，相對海拔落差達950米。在2015年2月調研時了解到，村民原有過河的木橋木頭損壞較嚴重，部分木頭已斷裂，過橋時橋身晃動明顯，且橋下水位較深，水流湍急，有很大的安全隱患。

1方案比選

首先，麻池村無止橋作為一個學生項目，力求盡可能增加志愿者的建設參與度，而參與的志愿者與村民都不是專業的施工人員，應盡可能降低人工施工難度。其次，由于村落位于山區，進村道路和橋位處道路崎嶇，大型施工機械無法進場，在方案設計中應充分考慮非專業施工和人力施工的可行性。初步擬定橋梁總長16m，人行寬度1.25m，因此，裝配式鋼橋成為該橋的首選結構。

傳統貝雷橋標準化程度高，常用規格為1 5m×3.0m，豎桿采用H型鋼，上下弦桿各采用兩根槽鋼，斜腹板采用單根槽鋼，單片重量265kg。貝雷片拼裝方便，加工精度較高，適合志愿者操作，但傳統貝雷片重量較大。無止橋均為農村里的人行便橋，荷載較小，故考慮采用非標準輕型貝雷片結構。

輕型貝雷片結構以標準貝雷片為基礎，通過減小桿件尺寸和改變桿件連接方式來減輕施工重量，增加志愿者的參與程度。貝雷橋堅實的外形給人一種安全感。

2結構設計

該橋采用輕型貝雷架體系，貝雷片采用Q235型鋼，考慮橋位處河流寬度，橋梁總長定為15.2m，人行寬度1.25m，單節貝雷片長1.9m，全橋共8段貝雷片。貝雷片上下弦桿為C6.3槽鋼，直腹桿及斜腹桿采用C5槽鋼，橫梁采用I10工字鋼，抗風拉桿采用L5角鋼。橋面板橫向分為兩塊，每塊長1.89m，為4mm波紋鋼板焊接5em高加勁肋。

該貝雷橋為開口桁架結構，結構側向穩定性問題突出，為提高貝雷片側向穩定性，設置長橫梁，在橫梁端部與上弦之間連接一根斜撐，作為上弦桿的側向支撐。

所有構件均采用螺栓連接，避免現場焊接工作。

3結構分析

3.1計算模型

結構計算采用Midas civil軟件進行空間有限元分析。考慮農村人行便橋通行人群密度較小，設計人群荷載采用3.0kN/m²。桿件均采用梁單元，全橋模型共有206個節點，337個單元。

3.2強度驗算

由計算得，最大組合拉應力為51.63Mpa，最大組合壓應力為75.7Mpa，最大剪應力為43.19Mpa，位于兩端陰陽頭節點處。根據《公路鋼結構橋梁設計規范》（下簡稱《鋼橋規范》）規定，Q235鋼材抗拉壓設計強度取190Mpa，抗剪設計強度取110MPa，可滿足所有構件強度安全系數>2的設計要求。

3.3剛度驗算

在活載與恒載組合作用下結構最大撓度為12.39mm，撓跨比1/1227，小于《鋼橋規范》所規定的1/500，結構剛度合理。

3.4穩定性驗算

（一）整體穩定性驗算

該貝雷橋上弦所受壓應力較大，必須進行穩定性驗算，面外約束作用較小，計算長度偏大，導致平面外長細比很大，所以驗算上弦受壓構件平面外穩定至關重要。考慮該橋為人行便橋且位于農村，人群密度較小，極限荷載系數可放寬要求。計算得此結構在滿載下極限荷載系數分為3.918，接近4，滿足要求。

（二）上弦桿穩定性驗算

上弦桿按軸心受壓構件計算，計算依據《鋼橋規范》的規定。本設計中所有桿件（弦桿、腹桿、橫梁均沒有因螺栓打孔引起的截面削弱，因此有效截面可按其毛截面直接計算：

上弦桿應視為由兩塊槽鋼對接而成的格構式構件，偏安全的，構件按照兩邊簡支計算（l₀=l）。其繞實軸失穩的長細比為：

其繞虛軸失穩的長細比為

由此可得：

構件滿足穩定性要求。

4結語

該橋在設計時充分考慮到農村人行便橋人群通行密度較低的情況，設計時取較小的人群荷載，在滿足使用需求的同時盡量減輕結構自重，降低造價。該輕型貝雷橋很好地結合了橋位所處環境，滿足施工場地和人力施工的要求，對于類似條件下的農村人行便橋的建設具有借鑒意義。