贝雷片组建便桥的设计及施工方案

发布时间：2014-07-27 16:20

　　1 工程概况及便桥设置方案
　　新建重庆市南川区特色工业园纵三路大桥跨越龙岩河，有三个桥墩位于水中，桥位处龙岩河常水位538.522m，水中墩最深为4.1m，地基土为亚粘土，通过试验测得桥位处地基容许承载力120KPa。为了方便进行水中墩施工，笔耕论文，拟在上游紧靠桥位处修建施工便桥一座，以方便施工机械设备及材料能直接通到桥墩位置处，设计便桥考虑通行的最重施工车辆为300KN，其各轴重及尺寸如1所示，设计便桥的行车道高度高过水位4m，
　　图1300KN重车纵、平面布置图
　　经对多种类型的便桥方案进行综合比选和分析，决采用贝雷片组建施工便桥。在具体方案设计时对便桥初步方案的各结构进行了受力力学分析和检算，通过计算结果对各部分采用材料的型号及尺寸等进行了优化及调整，最终采用的便桥详细方案如下：
　　便桥纵向主梁采用下承式贝雷钢梁型式。设计为5跨，跨径均为18m，总长90m。贝雷钢梁组合形式为三排单层，两组贝雷钢梁间净距3.7m，同一组的三片贝雷之间用支撑架及螺栓联接，每片标准贝雷的下弦杆上横放2根I32b工字钢横梁，横梁间距为150cm，长度5.8m。横梁工字钢上设置间距为15cm的[20槽钢纵梁，槽钢纵梁上铺设10mm厚的花纹钢板作桥面板，点焊在纵向分配梁上，为防止车辆在上方行驶产生震动和异响，钢桥面板上方不焊防滑条。岸边桥台采用混凝土及浆砌片石相结合。中间桥墩采用双根800mm×8mm钢管桩，钢管桩中心距为3.9m，钢管桩之间设[22槽钢加强撑，钢管桩顶部焊接厚20mm的100cm×100cm钢板作顶托，顶托上并排横放三根I32b工字钢，然后在工字钢上摆放贝雷主梁。便桥布置结构如图2、图3所示。
　　图2钢便桥纵断面图
　　图3钢便桥横断面图
　　2 钢便桥结构受力检算
　　2.1 纵梁计算
　　纵梁为间距15cm的[20槽钢，[20槽钢材料特性为：重量25.777Kg/m； [σ]=181MPa，[τ]=85MPa，A=32.837cm2，W=191cm3，E=2.1×105MPa，I=1910cm4。
　　当桥面上有车辆行驶时，纵梁受力实际为多跨连续梁，但为简化计算，以跨度为150cm的简支梁做为其受力模式进行计算，结果偏于安全。则每根纵梁承担的桥面板及自重的线荷载为：q=7.9×0.15×0.01×9.8+25.777×9.8×10-3=0.37KN/m。
　　选择重车后轴的一个轮荷载60KN进行验算，其作用宽度为60cm，考虑由4根[20槽钢共同承受车轮荷载，汽车活载的冲击系数1+μ=1+15/（37.5+1.5）=1.38，则每根槽钢纵梁分配的重量为P=60×1.38/4=20.7KN。当汽车轮荷载处于跨中时纵梁承受最大弯矩，处于支点时纵梁承受的剪力为最大。纵梁受力如图4所示。
　　图4纵梁受力图式
　　Mmax=ql2/8+pl/4=0.37×1.52/8+20.7×1.5/4=7.87KN?m
　　故σmax=Mmax/W=（7.87×103）/（191×10-6）=41.2MPa＜[σ]=181MPa
　　Qmax=P+ql/2=20.7+0.37×1.5/2=20.98KN
　　故τmax=Qmax/A=（20.98×103）/（32.837×10-4）=6.39MPa＜[τ]=85MPa
　　fmax=5qL3/384EI+PL3/48EI =（5×0.37×103×1.53）/（384×2.1×105×106×1910×10-8）+（20.7×103×1.53）/（48×2.1×105×106×1910×10-8）=0.037mm＜L/400=3.8mm
　　2.2 横梁计算
　　横梁为间距150cm的I32b工字钢，I32b工字钢材料特性为：重量57.741Kg/m； [σ]=181MPa，[τ]=85MPa，A=73.556cm2，W=726cm3，E=2.1×105MPa，I=11600cm4。
　　选择后轴的全部荷载240KN进行验算，其轴间距为1.2m，因桥面板及纵梁槽钢对荷载的分散作用，考虑到由3根I32b工字钢横梁共同承受荷载，汽车活载的冲击系数1+μ=1+15/（37.5+3.7）=1.36，则单根工字钢横梁承担的荷载为P=240×1.36/3=108.8KN。并将轮重简化为集中荷载。此外I32b工字钢还承受的自身重量、上部纵梁[20槽钢及桥面钢板的重量等简化成均布线性荷载，经计算得q=3.35KN/m，横梁受力图式如5所示。
　　图5横梁受力图式
　　Mmax=ql2/8+Pl/4=3.35×3.72/8+108.8×3.7/4=106.37KN?m
　　故σmax=Mmax/W=（106.37×103）/（726×10-6）=146.5MPa＜[σ]=180MPa
　　Qmax=P/2+ql/2=108.8/2+3.35×3.7/2=60.6KN
　　故τmax=Qmax/A=（60.6×103）/（73.556×10-4）=82.4MPa＜[τ]=85MPa
　　fmax=5×qL3/384EI+PL3/48EI =（5×3.35×103×3.73）/（384×2.1×105×106×11600×10-8）+（108.8×103×3.73）/（48×2.1×105×106×11600×10-8）=4.8mm＜L/400=9.3mm
　　2.3 贝雷主梁受力检算
　　查《装配式公路钢桥多用途使用手册》得三排单层贝雷桁架的结构特征为：[M]=4809.4KN?m，[Q]=698.9KN。
　　为了简化计算，以跨度为18m的简支梁作为贝雷主梁的受力模式进行计算，全部300KN汽车重量简化成集中荷载，结果偏于安全，汽车活载的冲击系数1+μ=1+15/（37.5+18）=1.27。贝雷主梁承受的自重及其它结构的荷载简化成线性均布荷载，计算得q=11.2 KN/m。当300KN汽车集中荷载处于跨中时贝雷主梁承受最大弯矩，荷载处于支座时主梁承受最大剪力。
　　Mmax=ql2/8+Pl/4=11.2×182/8+300×1.27×18/4=2168.1KN?m＜[M]=4809.4KN?m，
　　Qmax=P+ql/2=300×1.27+11.2×18/2=481.8KN＜[Q]=698.9KN
　　2.4 钢管桩强度计算
　　钢管桩采用φ800钢管柱，壁厚不小于8mm，最大自由长度为8.1m。当施工重车行驶到墩上时，由上述计算可知重车及便桥传至钢管桩的轴向压力为300×1.27+18×11.2=582.6KN，因每个墩由2根钢管桩组成，则每根钢管桩承受582.6/2=291.3KN的轴向压力，管桩自重、墩上托座及I32b工字钢梁重合计19.2KN。
　　（1）桩的强度验算
　　承受荷载需要的钢管桩断面面积：A需=N/[σ]=（291.3+19.2）×103/180=1.73×103㎜2
　　φ800钢管桩（δ=8mm）：A=π（8002-7842）/4=19.9×103㎜2＞A需，故桩的强度足够。
　　（2）钢管压杆稳定计算
　　A=19.9×103㎜2
　　Iz=π（8004-7844）/64=1.56×109㎜4
　　iz=（Iz/A ）1/2=280.0㎜
　　取μ=1, L=8.1m，则桩的长细比为λ=μL/iz=28.9
　　查表得稳定折减系数 =0.961
　　N/ A=（291.3+19.2）/（0.961×19.9×103）=16.2MPa＜[σ]= 180MPa
　　由计算可得，便桥各结构受力满足要求。
　　3. 钢栈桥施工
　　3.1 桥台施工
　　便桥的桥台采用C20混凝土条形基础及浆砌片石相结合。桥台下部采用C20混凝土条形基础，尺寸为6m×1.5m×1.2m，上部采用浆砌片石，尺寸为6m×0.8m×0.6m，为避免桥头锥坡土体被雨水冲刷，将锥坡土体修整夯实后用水泥砂浆抹面，并在锥坡边缘修建排水沟，截排地面水。
　　3.2 中间墩钢管桩施工
　　河滩及河滩浅水区采用汽车吊机配合震动锤打钢管桩的施工方法将钢管桩打入土层，深水区采用打桩船打桩到位。钢管桩施沉前根据桩位图计算每一根桩中心的平面坐标，同时确定好沉桩顺序，防止先施打的桩妨碍后续的桩施工。
　　打桩船采用抛锚定位，抛锚时考虑尽量能多打桩，减少抛锚次数，以加快施工进度。按照沉桩顺序进行打桩船的抛锚定位，抛锚方法是：打桩船的首、尾各抛两只锚，成“八”字形，另外在船首、尾各抛设一只带前进缆的锚，桩位的调整依靠6根锚缆进行。
　　打桩船抛锚定位后，运桩船将桩运至打桩船船首处，打桩船上吊钩将桩采用两点起吊、吊立，然后拉入龙口，合拢机械手，测量控制，通过调整桩架的垂直度来调整钢管桩垂直度。
　　钢管桩平面位置及垂直度调整完成后，开始压锤，依靠钢管桩及打桩锤的重量将其压入土层，测量复测桩位和垂直度，偏差满足要求后，开始锤击。
　　钢管桩的打入深度根据地质情况和承载力要求，并经受力计算而定。施工时要控制贯入度和入土深度，以达到设计承载力，钢管桩的最终桩尖标高由入土深度控制，若钢管桩无法施打至设计标高，及时汇报、分析原因，拿出解决办法，直至钢管桩的入土深度满足设计要求和已证明钢管桩达到了设计承载力。另外一种情况是达到了设计入土深度，但钢管桩还是急速下沉，要以锤击度来复核。
　　当现有打桩船船位不能满足继续施沉钢管桩要求时，应起锚，起锚尽量使用起锚艇，将打桩船重新抛锚定位，进行下一跨的打桩。
　　每排钢管桩打入到位后，及时进行钢管桩基础之间的连接，增加桩的稳定性，连接材料采用[22槽钢，形成剪刀撑，然后在剪刀撑上下方再用[22号槽钢连接形成矩形框架，防止钢桩间不均匀沉降并增加其整体稳定性。槽钢需根据现场尺寸下料。焊缝质量满足设计及规范要求。在钢管桩顶部焊接钢板托座，再在托座上安装3根I326b工字钢下横梁，托座上要焊接限位板，以固定下横梁。
　　3.2.7 主纵梁及横、纵向分配梁拼装
　　贝雷梁在陆地按第一跨长度进行拼装，考虑到贝雷挠度主要来源于销孔间间隙拉与挤，贝雷销在安装时人工用大铁锤敲打，使得贝雷销紧密插入销孔内避免留下孔隙并插上保险销。拼装完毕后用吊车直接吊装就位进行固定，固定好的贝雷桁架设抗风拉杆。
　　主纵梁安装完毕，在其上铺设横梁I32b工字钢，横梁与主纵梁间采用Ф16“U”型螺拴固定锁紧，每个节点1套螺栓，增加便桥整体稳定安全性。然后在横梁上铺设槽钢纵梁与桥面板，1cm厚桥面板与纵梁工字钢点焊连接，桥面板上方不焊防滑条，主要是防止车辆在上方行驶产生震动和异响。完成第一跨桥面铺设后吊车开上铺设好的便桥桥跨，吊装下一跨主梁，按同样的方法，完成其它桥跨的施工。
　　3.2.8附属结构施工
　　电缆等搁置托架用∠50角钢焊接在横梁上，每根横梁上焊1根，施工时需要的电缆等设施搁置在上面，减少对便桥交通的干扰。
　　在便桥上隔一段距离设置车辆限速行驶警示牌，限制车速10Km/h。在便桥入口设置岗亭和调度员，以及车辆限重标志牌。在便桥上两边每隔15m交替布置路灯，供夜间照明。

 

本文编号：6982