中川机场新旧航站楼高架桥连接钢便桥设计分析

张伟华 田 丰

(1.兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060; 2.甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃 兰州 730050)

中川机场新旧航站楼高架桥连接钢便桥设计分析

张伟华1田 丰2

(1.兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060; 2.甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃 兰州 730050)

以中川机场新建航站楼工程为例,根据工程实际情况和钢便桥设计标准，对施工用临时钢便桥进行了方案设计,并创建了合适的计算模型，采用有限元软件进行了受力分析计算，通过计算结果,指出钢便桥各主要受力构件强度和刚度均满足相关规范要求。

钢便桥,方案设计,有限元受力分析

1 工程简介

中川机场二期扩建工程新建航站楼高架桥工程主要构造由两部分组成，分别为GJ线及LJ线。其中GJ线为新建航站楼前高架桥，LJ线为新旧航站楼间的连接桥梁。由于本工程在施工高架桥下引桥时原旧航站楼上引桥暂停使用，为了保证施工期间航站楼的正常使用，在高架桥连接线与旧桥间搭设钢便桥，使车辆从新桥上桥通过钢便桥驶入旧航站楼，然后从旧航站楼出港口匝道引桥入机场停车场或环城道路出收费站，便桥使用时间自2013年11月至新航站楼投入使用为止。

2 便桥设计

2.1 钢便桥方案编制依据

1)JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范；

2)JTJ 076-95公路工程施工安全技术规程；

3)装配式公路钢桥多用途使用手册；

4)钢结构计算手册；

5)JTJ 025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范；

6)JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范；

7)兰州中川机场航站区改扩建工程项目高架桥工程施工图设计。

2.2 便桥设计标准

便桥设计标准按照汽车—超20级，设计行车速度10 km/h，总长30 m，全宽15.8 m(同旧航站楼前高架桥宽度)，单向两车道布置。

2.3 人员、材料、机械设备

人员配置表见表1。

表1 人员配置表

现场劳务人员配备表见表2。

表2 现场劳务人员配备表

钢便桥主要材料数量表见表3。

表3 钢便桥主要材料数量表

施工机械设备配置表见表4。

表4 施工机械设备配置表

2.4 便桥方案

1)便桥构造。根据现场通车要求及新旧桥梁桥面高度，本便桥结构采用装配式公路钢桥，上承式结构，便桥总长30 m，桥梁全宽15.8 m，单向两车道布置。便桥位于新旧高架桥连接处，平行于航站楼搭设,便桥净跨径为12 m+12 m。

便桥上部设三组纵向主梁由每段3 m长的桁架(1.7 m×1.7 m)组成，桁架片为公司固定资产，一直用于便桥搭设，桁架上横向铺设25号的工字钢，工字钢中心间距为500 mm，工字钢上再铺设一层12 mm厚钢板作为桥面板，在钢板上安装防滑带防止车辆在便桥上打滑。桥面板两侧布置防撞栏杆，护栏上贴反光贴。在航站楼方向设置人行步道。便桥墩柱采用桁架片搭设，根据桥面高程使用22号工字钢调节墩柱高度。墩柱下方浇筑2 m×2 m×2 m素混凝土基础，与轴处四根墩柱直接安放于高架桥轴承台上。轴墩柱下方为原机场硬化路面，上层为30 cm厚混凝土层，下层为70 cm厚三七灰土层，承载力满足要求，故不进行基础施工，直接在原地面搭设。

便桥纵断面布置图见图1，立面布置图见图2，现场效果图见图3。

2)便桥搭设。

a.测量放样。在施工之前，首先放出高架桥边线，根据新旧高架桥边线确定便桥边线及中心线，并用全站仪放出每个墩的边桩和中心桩，确定便桥的起点位置和终点位置，并做好标记，同时测量出便桥端头处的桥面标高及便桥桥墩处的地面标高。

b.便桥基础施工。便桥基础采用2 m×2 m×2 m素混凝土基础。施工时根据地面高程开挖至基础底标高，之后浇筑C20混凝土基础。

c.便桥墩柱施工。在混凝土基础上安设桁架片作为便桥墩柱。墩柱每根重为5 t，采用25 t吊车吊装，将桁架吊放于基础后，先用方木将桁架支撑，再吊放另一墩柱桁架片，之后墩柱间采用两排∠7×7角钢连接，使墩柱不发生侧向位移。墩柱桁架片根据便桥底标高设置22号工字钢进行标高调整。

e.吊装工字钢。钢便桥横梁采用Ⅰ25b工字钢搭设于纵梁桁架片上，每根工字钢长9 m，由于桥面宽15.8 m，故将两根工字钢搭接2.2 m焊接形成整体。工字钢中心间距为500 mm布置，并与桁架片焊接固定。

f.安装桥面板。桥面钢板采用12 mm厚Q235钢板，每片钢板宽1.2 m，钢板横向接缝通长焊接，纵向留5 mm空隙，之间点焊固定，防止钢板受温度应力变形翘曲。钢板上安装防滑带防止车辆打滑。

g.钢便桥附属设施施工。桥面板两侧布置步道栏杆，护栏采用不锈钢管焊接，护栏高1.2 m，与新高架桥护栏平顺连接，车道两侧布置防撞护栏，高0.9 m，护栏上贴反光贴。在航站楼方向设置人行步道。

2.5 便桥施工安全防护措施

为保证通车安全，项目部将在便桥施工过程及投入使用时，制定如下安全措施：

1)在便桥焊接过程中防止焊渣掉落在桥下设置防护网。

2)在钢便桥吊装过程中设置专人指挥，周边设置警戒线防止闲杂人员及车辆进入。

3)在钢便桥安装完成后，将基础回填，之后在钢便桥投影范围内地面浇筑3 cm砂浆层，两侧开挖排水沟，防止水渗透影响基础稳定性。

4)在钢便桥各部位涂刷军绿色防腐涂料，既防止钢材锈蚀，又使钢便桥外观美观。

5)项目部派专业人员负责巡查、指挥过往车辆，做好临时围挡悬挂限速等标示。

6)在便桥位置处设置告示牌、便桥限重限速标牌等提醒过往车辆减速慢行。

7)施工期间加强对项目部施工人员的管理，并在便桥两侧设置安全围挡，杜绝高空坠物伤及人员。

8)施工期间未经允许严禁与施工无关的人员到便桥上参观、游玩。

9)便桥建成投入使用后，将定期对便桥进行检查、维修，重点观测桥梁基础沉降，及时对便桥进行加固整修，以保证便桥的使用安全。

2.6 便桥施工防污染措施

1)对所有参建员工进行教育，提高保护意识，把学习和教育贯穿到工程施工的始终，使所有员工明确环境保护的重要性。

2)做好便桥搭设及使用过程中杂物、垃圾的处理措施，确保杂物、垃圾不抛入贵宾区内。

3)项目部定期派专人清理便桥上杂物、垃圾。

4)项目部定期开展环保检查，及时处理破坏环境的行为。

3 钢便桥受力验算

3.1 结构形式

上承式焊接简支钢桁梁桥，计算跨度为2×12 m，每跨钢桁梁分7个节间，节间纵向长度为1.7 m，横向长度为1.7 m，主桁高度1.7 m，横向三片主桁的中心距4.74 m。

3.2 模型的建立

对该钢便桥取其中的一跨12 m，建立了整体模型，12 m钢便桥整体模型如图4所示。在建模过程中，采用梁单元进行模拟。x轴方向为桥梁的纵向，y轴方向为桥梁的横向，z轴方向为桥梁的竖向。其中，桁架与横梁，横梁与桥面板的连接均采用共节点；在桁架两端的底部进行了约束，其约束方式为简支支承。

3.3 荷载组合

荷载组合考虑了自重与最不利活载的共同作用。

1)自重荷载(包括钢桁架、横梁及钢桥面板)；

2)活载：考虑了最不利加载情况加载；车辆纵向布置图见图5。

3.4 结构内力计算

1)桥面板应力、竖向位移计算结果分析。

由图6，图7可以得出：钢桥面板最大的竖向剪切应力τmax=10.3 MPa,最大的正应力σmax=27.0 MPa。

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》第1.2.10条有：对于临时结构有[σ]=145×1.3=188.5 MPa，[τ]=85×1.3=110.5 MPa，则有σmax=27.0 MPa<[σ],τmax=10.3 MPa<[τ]。

由图8可以得到桥面板的跨中悬臂部分的挠度最大，fmax=12.7 mm

经有限元模型综合分析可知，钢桥面板的强度及刚度均满足设计规范要求。

2)Ⅰ25横向分配梁应力、竖向位移计算结果分析。

由图9，图10可以得出：横梁最大的竖向剪切应力τmax=52.2 MPa,横梁最大的正应力σmax=115.6 MPa。根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》第1.2.10条：对于临时结构容许应力均可提高1.3，σmax=115.6 MPa<145×1.3=188.5 MPa,τmax=52.2 MPa<85×1.3=110.5 MPa。

由图11可以得出：跨中截面的横梁悬臂段的竖向挠度最大，fmax=14.8 mm

故Ⅰ25横向分配梁强度及刚度满足设计规范要求。

3)桁架梁内力、竖向位移计算结果分析。

由有限元模型的计算结果，提取桁架梁的上、下弦杆、立杆、斜杆的轴力、位移图。

由图12～图17可以得出:桁架上、下弦杆的最大轴力为394.7 kN,斜杆的最大轴力为322.6 kN,立杆的最大轴力为170.9 kN。

桁架梁内力计算：

a.弦杆为等边角钢，截面特性：A=19.0 cm2,Iy=180 cm4,Wy=62.7 cm3,iy=2.87 cm。

则有弦杆容许承受杆力[N]=A[σ]=19.0×1.3×21=518.7 kN。

桁架梁弦杆在最不利荷载作用下最大轴力为N=394.7 kN<[N]=518.7 kN。

b.斜杆为等边角钢，截面特性：A=19.0 cm2,Iy=180.0 cm4,Wy=62.7 cm3,iy=2.87 cm，Iz=180.0 cm4,Wz=62.7 cm3,iz=2.87 cm。

斜杆长度l0=240 cm，长细比λ=l0/iz=240/2.87=83.6，查表得ψ=0.65。

则有[N]=ψA[σ]=0.65×19.0×1.3×21=337.2 kN。

桁架梁斜杆在最不利荷载作用下最大轴力N=322.6 kN<[N]=337.2 kN。

c.立杆为等边角钢，截面特性：A=19.0 cm2,Iy=180.0 cm4,Wy=62.7 cm3,iy=2.87 cm ，Iz=180.0 cm4,Wz=62.7 cm3,iz=2.87 cm。

立杆长度l0=170 cm,长细比λ=l0/iz=170/2.87=59.2,查表得ψ=0.83。

则有[N]=ψA[σ]=0.83×19.0×1.3×21=430.5 kN。

桁架梁立杆在最不利荷载作用下最大轴力N=170.9 kN<[N]=430.5 kN。

由图18，图19可以得出：中桁架梁的最大位移为8.33 mm，边桁架梁的最大位移为10.8 mm，则有fmax=10.8 mm

故桁架梁强度及刚度满足设计规范要求。

3.5 计算结论

经分析计算，钢便桥各主要受力构件强度和刚度均满足相关规范要求。

4 结语

经过对中川机场新、旧航站楼高架桥连接钢便桥的组成结构进行系统的设计，根据各种载荷及安全系数进行受力计算，可以确保该便桥满足施工及安全要求。

[1] 唐浩斌，刘智军，沈育民.上承式贝雷梁钢便桥的设计[J].湖南交通科技,2006(9):111-114.

[2] 吴传书,龙登平,张红艳.架空高速公路钢便桥的设计与计算分析[J].山西建筑,2011，37(10):191-193.

[3] 曾财希.青岛双高公路钢便桥的设计与检算[J].建筑，2010(5):62-65.

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The design analysis on new and old steel terminalbuilding viaduct connecting bridge in Zhongchuan airport

ZHANG Wei-hua1TIAN Feng2

(1.LanzhouPetrochemicalVocationalTechnologyCollege,Lanzhou730060,China;2.GansuRoad&BridgeConstructionGroupLimitedCompany,Lanzhou730050,China)

Taking the new terminal project in Zhongchuan airport as an example, according to the project actual situation and steel temporary bridge design standards, this paper made scheme design to construction used temporary steel bridge, and created appropriate calculation model, using finite element software made stress analysis and calculation, through the calculation results, pointed out that each main stress component strength and stiffness of steel bridge meet the specification requirements.

steel bridge, scheme design, finite element stress analysis

2014-07-20

张伟华(1980- )，女，讲师; 田 丰(1978- )，男，工程师

1009-6825(2014)27-0175-04

U448.28

A