水中栈桥平台应用与力学分析

陈　奎　王振兴

(河南五建建设集团有限公司，河南 郑州　450007)

跨河桥梁工程施工中，水中结构施工多根据所采用的围堰方案，采用土方填筑临时道路和操作平台或采用水中钢栈桥与钢平台的措施方案，为结构施工提供充足的工作面。本文针对漯河市解放路沙河大桥的结构设计特点、工程所处的环境特点、本着安全、经济的原则，结合公司实际情况，提出采用钢栈桥加钢平台的措施方案，为结构施工提供作业面。文中，针对各种工况的受力情况、采用MIDAS建模，深入分析栈桥、平台在拟定工况下的变形以及结构强度，为漯河市解放路沙河大桥水中结构的施工，提供了必要的理论依据。

1　设计资料

1)地质参数见表1。

表1　地质参数

2)水文情况。

水面高程55.2 m，沙河水深6 m。

3)计算指标。

Q235钢材容许弯曲应力：[σ]=170 MPa；容许剪应力：[τ]=100 MPa;

16Mn钢材容许弯曲应力：[σ]=273 MPa；容许剪应力：[τ]=208 MPa。

4)基本构造。

栈桥、平台均采用钢管桩加贝雷梁结构，栈桥宽6 m，最大跨度为12 m；操作平台最大跨度为9 m。

2　荷载及荷载组合

1)荷载。

永久荷载：栈桥平台自重。

可变荷载：a.公路—Ⅰ级汽车荷载；b.70 t履带吊机荷载见表2；c.30 t重车荷载见表3。

表2　70 t履带吊机荷载表

表3　30 t重车荷载表

2)荷载组合原则。

用整体性荷载(公路—Ⅰ级)检验栈桥的整体受力，用局部加载(70 t履带吊机、30 t重车)检验其局部构件受力。

3　桥面板计算

桥面板设计为8 mm厚防滑钢板，横梁为Ⅰ16，间距为220 mm。70 t履带吊机的最大吊重下最大平均地压为16.3 t/m2，30 t重车荷载最大地压为50 t/m2，取30 t重车作用力P作为桥面板计算荷载。汽车冲击系数按规范采用1.3，结构自重考虑为1.1的分项系数。

面板自重G:G=γ钢δ=78.5×0.008=0.628 kPa。

面板荷载：P=P1+G=500×1.3+0.628×1.1=650.7 kPa。

取10 mm桥面板条作为计算宽度，跨度为132 mm。

M=0.014 2 kN·m;

满足要求。

4　桥面板横梁计算

桥面板横梁Ⅰ16可视为支撑在贝雷梁上的多跨连续梁，偏安全的取0.9 m跨度作为简支梁计算，当70 t履带吊机荷载作用时：

M=36×1.3×0.92/8=4.7 kN·m;

当30 t重车荷载作用时：

M=60×1.3×0.9/4=17.6 kN·m;

满足要求。

5　12 m跨栈桥贝雷梁计算

1)考虑设计荷载的作用，12 m跨栈桥计算工况主要有：

a.公路—Ⅰ级汽车荷载；b.70 t履带吊机通过栈桥；c.30 t重车通过栈桥。

2)计算图式。

栈桥贝雷梁跨度为12 m，标准横向间距为0.9 m。建立模型，经三种工况下比较选取最不利受力情形如图1～图4所示。

通过计算整理，最不利工况荷载组合下贝雷片受力如表4所示。

表4　最不利工况荷载组合下贝雷片受力表

履带吊机沿桥中心线方向走行及吊重作业时栈桥贝雷片受力满足要求；履带吊机沿栈桥边侧方向走行时贝雷片竖杆受力不满足要求，故要求履带吊机只能沿桥中心线方向走行或吊重作业。

栈桥结构受力满足要求。当车辆荷载作用于栈桥钢管桩桩顶时，其桩顶反力值较布置于跨中时大，通过计算得钢管桩最大竖向反力为61.4 t。

6　墩位平台贝雷梁计算

计算工况:

经比较分析，履带吊在墩位平台上作业时，垂直于贝雷梁方向在其跨中最大吊重时为其最不利工况。

桥面板及贝雷梁恒载：

(20.5×0.01/0.22+0.008×78.5) kPa×0.9 m+1 kN/m=2.35 kN/m。

堆载：3.5 kPa×0.9 m=3.15 kN/m。

履带长度范围内有5片贝雷梁支撑，则在履带宽度范围内的均布荷载为(考虑1.5的偏载增大系数)：163 kPa×0.9 m=146.7 kN/m。

建立模型：

依据图5可知其最大弯矩为328.3 kN/m<[M]=788.2 kN/m，满足受力要求。

依据图6可知其最大剪力为133.8 kN/m<[Q]=245.2 kN/m，满足受力要求。

7　桩顶分配梁计算

桩顶分配梁可视为支撑在桩顶的7跨连续梁，由以上贝雷梁计算知，在工况b.时单片贝雷梁有最大反力217.9 kN，考虑相邻跨作用一台汽车钻机，其作业重量为250 kN，由5片贝雷梁承担，则其单片的反力为：250 kN/5/2×1.5×1.1=41.25 kN，则中间分配梁顶贝雷梁的最大反力为：

217.9 kN+41.25 kN=259.15 kN。分配梁跨径为4.5 m，支撑5片贝雷梁，偏安全的取单跨分配梁作为简支梁计算。

可知其组合应力为321.5 kPa>[σ]=170 kPa，不满足受力要求，施工中应严禁在履带吊机同跨侧布置钻机，严禁在30 t重车通行时，履带吊机站位到分配梁的跨中，应站位到对应钢管桩的位置。此时分配梁受力较小，不再计算。

8　钢管桩入土深度计算

经以上计算得钢管桩的最大受力为682 kN，取单桩的设计承载力为700 kN。

桩下的土体为②粉质粘土和②-1粉砂，按土体地质情况说明，地基容许承载力为90 kPa，桩周土极限摩阻力标准值建议值为50 kPa，按照JGJ 94—2008建筑桩基技术规范5.3.7条规定：φ630 mm入土14 m的桩设计承载力为：

经计算在钢管桩入土14 m时的设计承载力为704 kN(不考虑局部冲刷)，满足受力要求。

9　结语

综上计算分析，栈桥、平台满足施工使用要求。在漯河沙河钢栈桥加钢平台，安全性、经济性都能够得到充分保证。为本地区其他同类桥梁提供了施工经验，值得大面积推广。

参考文献:

[1]GB 50017—2003,钢结构设计规范[S].

[2]JTG D60—2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[3]JTJ 025—86,公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S]