橋梁環境屏障支撐立柱設計及強度計算

周玉杰 丁振婷 湯敏

摘 ? 要：環境屏障通過支撐立柱安裝在公路橋梁防撞墻的上表面或側面，用以減小車輛對周邊環境的影響。目前在防撞墻上表面安裝的技術成熟，但在防撞墻側面安裝的工程應用較少。針對防撞墻側面安裝的情況，本文設計了一種新型的支撐立柱結構，并對其強度進行了校核。結果表明，此種支撐立柱的結構形式穩定可靠，可以很好的滿足安裝和強度要求。

關鍵詞：環境屏障 ?支撐立柱

中圖分類號：TU528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）05（a）-0040-02

隨著社會的不斷發展，高架橋梁或公路橋梁越來越多，橋梁上行駛的車輛對周邊環境造成了聲、電磁等干擾，相應的聲屏障、電磁屏障等環境屏障對改善特定區域內的環境起到了重要作用。橋梁環境屏障通過支撐立柱安裝在橋梁兩側防撞墻的上表面或側面。支撐立柱位于防撞墻上表面技術成熟;但支撐立柱安裝于防撞墻側面的結構形式相對復雜，工程經驗較少。

某一環境屏障工程，因其特殊要求，需要將環境屏障的支撐立柱安裝于防撞墻側面，本文為此設計了一種支撐立柱側面安裝的結構形式，并針對環境屏障所受荷載（主要為環境屏障自身重力和風荷載），對支撐立柱及安裝螺栓強度進行分析。

1 ?環境屏障支撐立柱結構設計

環境屏障主要由支撐立柱和屏障單元兩部分組成，支撐立柱安裝在防撞墻側面，屏障單元安裝在支撐立柱上，支撐立柱對整個環境屏障起到支撐固定作用。單塊屏障單元寬度為2000mm，高度為1200mm。高度方向3塊屏障單元疊加安裝，寬度方向根據所需屏蔽區域進行兩側延伸。

支撐立柱分為支撐桿和托架兩部分組成，支撐桿底部焊接固定底座，側面焊接有扶正固定件;托架主要分為上安裝板、側安裝板和加強筋三部分，選用優質碳素鋼板進行焊接成形。托架安裝在防撞墻側面，支撐桿底部與托架連接，側面通過扶正固定件進行扶正。支撐桿與托架的連接選用M20高強度螺栓，支撐立柱與防撞墻連接均選用M24高強度螺栓。

2 ?環境屏障支撐立柱強度計算

環境屏障工程架設地點位于云南，結構承受的主要荷載為環境屏障自重和自然風荷載。環境屏障結構自重取決于實際使用的材料。支撐立柱所受風載荷：

式中，ω風：風壓;V：風速;K1：建筑物常數（高速公路的大中型橋為1）;K2：風荷載體型系數，取1.3;K3：風壓高度常數，取1.13;K4：地形特征系數，取1.2。A：迎風面積。查詢設計規范[1]，K3取1.13，K4取1.2。。

通過查詢相關設計規范[2]，當地百年一遇的最大風速為26.3m/s，高度3.4m，間距2m計算，迎風面積為6.8m2。單根立柱上所受的風荷載為：F=5181.6N。

用ANSYS軟件建立模型，并在相應位置施加風荷載和自身重力。結果如圖3所示。結果表明，支撐立柱最大位移出現在立柱頂端，最大應力出現在支撐立柱扶正處。

支撐立柱的最大位移（變形量）;支撐立柱的最大應力，;鋼材的許用應力，。

可以看出：此種情況下，在風速26.3m/s時，支撐立柱安全。

3 ?支撐立柱安裝螺栓強度驗算[3]

鋼與混凝土摩擦面的抗滑移系數為0.45，鋼與鋼摩擦面的抗滑移系數為0.35。8.8級M20的高強度螺栓預拉力P為125kN，M24的高強度螺栓預拉力P為175kN[4]。

單根螺栓受拉力：;單根螺栓受剪力：;

單根螺栓受拉承載力：;單根螺栓受剪承載力：。

M：彎矩;n：螺栓數量;nf：傳力摩擦面數量;L：作用力臂;μ：抗滑移系數。

4 ?結語

針對環境屏障在防撞墻側面的安裝情況，本文對支撐立柱的結構形式、計算校核做了詳細的闡述與分析。結果表明：此種結構形式設計新穎、簡單、可靠，能夠在保證強度的情況下兼顧安裝的可操作性。此種設計已在實際工程中得到了應用。

參考文獻

[1] GB50009-2012，《建筑結構荷載規范》[S].30-57.

[2] JTG D60-2004，《公路橋涵設計通用規范》[S].38-53.

[3] 顏堅，王乾鎖，韋勇.高速鐵路插板式聲屏障抗彎能力有限元分析[J].環境工程，2012（30）：75-78.

[4] GB50017-2003，《鋼結構設計規范》[S].76-77.