ZB-200型裝配式鋼橋在水電站砂石加工系統中的應用

譚滿江，劉朝暉

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

0 前 言

ZB-200型裝配式公路鋼橋是我國新型交通戰備器材。在戰時國防交通中，用于快速架設臨時性梁，保障重型武器裝備和車輛迅速克服江河、斷橋、溝谷等障礙；在平時搶險救災及國民經濟建設中，除用于架設臨時性橋梁外，還可用于構筑施工塔架、支承架等多種裝配式鋼結構。ZB-200型鋼橋與我國原“321”裝配式鋼橋相比，橋梁構件簡單、架設方便、標準化程度高、結構形式多樣、承載能力強、適應性好，可以保障履帶式荷載50t、輪式軸壓力13t以下的各種車輛通行。

ZB-200型鋼橋標準橋寬分為單車道4.2m和雙車道7.56m兩種，基本結構構造根據一排桁架的片數和上下弦桿的加強類型區分，分為單排單層（SS、SSR型）、雙排單層（DS、DSR1、DSR2型）、三排單層（TS、TSR2、TSR3型）、四排單層（QS、QSR3、QSR4型）。當設計荷載較大或者橋跨較大時，為進一步提高桁架的抗彎能力，可將基本結構構造組合成雙層結構。由于靠近支座的位置剪力較大，為提高桁架的抗剪能力，可將支座附近的桁架單元替換為高抗剪桁架單元，高抗剪桁架單元的腹桿采用方鋼替換標準桁架單元的槽鋼，將提供更高的抗剪承載力［1］。

ZB-200型鋼橋在公路交通的工程應用中較多，一般無需計算，直接通過查表的方式即能確定設計方案。ZB-200型鋼橋用于承載水電站砂石過江系統的應用較少，需要對該類型橋梁進行計算研究后才能確定合適的設計方案。

1 工程背景

某水電站主體砂石系統皮帶機橋是該水電站下游約450m處的一座跨江橋。該水電站的主體砂石加工系統左岸成品砂及混合料通過過江橋上的帶式膠帶機輸送到右岸系統，該棧橋帶式膠帶機帶寬1200mm，帶速為2.5m／s，輸送能力為1700t／h。

橋位處覆蓋層以Qpal沖洪積物為主，厚度為3～5m，主要組成為塊石、礫石夾砂及粉質黏土。巖層以灰綠色細粒至中粒狀片理化輝長巖為主。

橋位處枯水時江面寬約57m，皮帶機系統底面設計高程距江面約20m，左岸側33m處為皮帶機系統左岸銜接點，右岸側30m處為皮帶機系統右岸銜接點。

由于該橋是水電站砂石系統過江的重要通道，為不影響水電站建設進度，需要快速在汛期來臨前建成該橋。考慮到該橋為臨時橋梁，使用年限不超過5年，經充分研究，最終采用3孔ZB-200型裝配式鋼橋方案。

2 設計方案

本橋為砂石料1200mm帶式輸送機過江橋；設計荷載9kN／m（含沖擊力）；橋面寬度為凈-3.15m；通航標準為橋下非等級航道；設計洪水頻率為2%；設計使用年限為5年。

橋型方案采用（33.528＋57.912＋30.480）mZB-200型裝配式桁架連續梁橋，橋梁全長121.920m。橋面凈寬為3.15m。橋型立面布置如圖1所示。

圖1 橋型立面（單位：mm）

下部結構設計中，為了加快施工進度，避免施工中裝拆模板的耗時，考慮到本項目橋墩高為18m，故橋墩采用鋼管混泥土柱的形式。

0、3號橋墩采用雙柱式墩，Φ1.016m鋼管混凝土柱＋Φ1m鋼筋混凝土嵌巖樁，鋼管中為鋼筋混凝土柱，柱間平聯采用Φ610mm×12mm鋼管。

1、2號橋墩采用雙柱式墩，Φ1.524m鋼管混凝土柱＋Φ1.6m鋼筋混凝土嵌巖樁，鋼管中為鋼筋混凝土柱，柱間平聯采用Φ914mm×12mm鋼管。

上部結構設計中，主梁為三跨連續梁體系，采用ZB-200型桁架作為主梁，為下承式結構，中跨編組為雙排雙層加強DDSR型，邊跨為雙排單層加強DSR2型。由標準桁架單元（標準桁片）、高抗剪桁架單元（高抗剪桁片）、桁架銷子、端柱、加強弦桿、桁架螺栓、弦桿螺栓等構成。支座附近剪力較大部位采用高抗剪桁片，0號墩大樁號側1節，1號墩小樁號側1節、大樁號側2節，2號墩小樁號側2節、大樁號側1節，3號墩小樁號側1節采用高抗剪桁片，其他部位采用普通桁片。

根據砂石系統過江橋面凈寬的要求，橋面凈寬為3.15m，橫梁由標準構件的6m縮短為4.7m，采用H400×200×8×13型鋼，橋面板為ZB200-202-000標準橋板，橫橋向三片布置。橫梁和橋面板中的構件除花紋橋面板采用Q235鋼，其他都采用Q355鋼。

欄桿采用1.5m高鋼絲網架，網孔為60mm×60mm，鋼絲直徑4mm。標準橫斷面見圖2。

圖2 鋼橋橫斷面（單位：mm）

3 計算分析

3.1 恒 載（見表1）

表1 中跨57.912m跨恒載合計（雙層4片梁）

3.2 砂石系統皮帶機荷載

荷載在兩側桁架的分配系數k1采用杠桿法進行計算，公式如下：

式中：e為荷載橫向偏心值；B為橋梁橫斷面中兩側桁架重心距。計算得：

荷載在單側兩片桁片間的分配系數k2根據《ZB-200型裝備式公路鋼橋使用維護說明書》彎矩計算時取1.1，剪力計算時取1.2［1-2］。

綜上，彎矩計算時qk1＝k1×k2×q0＝1.15×1.1×9＝11.4kN／m；剪力計算時qk2＝k1×k2×q0＝1.15×1.2×9＝12.5kN／m。

3.3 荷載組合

根據JTG D60—2015《公路橋涵設計通用規范》，按承載能力極限狀態設計時，荷載按基本組合考慮。結構重要性系數γ0取1.1。主梁承載力驗算采用基本組合

3.4 計算結果（見表2）

表2 主梁承載力驗算

4 ZB-200型裝配式鋼橋架設方案

由于本項目在汛期前的工期較短，枯水期不能準確判斷，水位因素對棧橋施工影響很大，針對水位漲幅情況，橋梁架設擬定2種施工方案，以保證跨江棧橋施工進度［3］。

方案一：在橋梁下部結構施工完成后，若水位上漲，橋墩附近的筑島被水位淹沒，汽車吊無法架設在主墩附近，不具備吊裝施工條件，則采用頂推法施工，利用卷揚機牽引及千斤頂頂推安裝棧橋主梁。架設流程為：①在一側岸邊墩臺間搭設施工平臺用于桁架片拼裝；②在施工平臺上拼裝邊跨桁架片就位；③采用卷揚機或千斤頂頂推桁架片，邊頂推邊拼接后面的桁架片并采用壓重措施；④將桁架片頂推至對岸墩臺；⑤安裝橋面系及附屬工程。

方案二：在橋梁下部結構施工完成后，若水位未上漲，橋墩附近的筑島未被水位淹沒，現場具備吊裝施工條件，則采用吊裝法施工，用汽車吊安裝棧橋主梁。架設流程為：①在兩側岸上拼裝邊跨整孔桁架片；②采用汽車吊吊裝兩側邊跨整孔桁架片至墩臺上；③在兩側岸上拼裝中跨半孔桁架片；④汽車吊架設在主墩筑島附近；⑤邊跨桁架片上采取壓重措施；⑥采用汽車吊吊裝兩側中跨半孔桁架片至墩臺上，并在墩頂將其與邊跨桁架片連接為整體；⑦中跨合龍；⑧安裝橋面系及附屬工程。

5 結 語

ZB-200型裝配式鋼橋具有快速化建造、可重復利用、承載能力強等優點，同時符合國家大力發展裝配化建筑以及化解鋼材過剩產能的產業政策。在水電站砂石加工系統及其他需要緊急修建的臨時橋梁中有較大的應用空間及價值。

目前，ZB-200型裝配式鋼橋選型計算按行業習慣考慮偏安全，雖能確保安全但也存在一定浪費，期待后續類似項目在應用此類結構受力體系橋梁時，通過成橋試驗等數據反饋，定量分析由于銷與孔之間存在設計間隙而導致“錯孔撓度”效應的影響，做到精細化設計。