淺談預應力鋼桁架在大跨度人行便橋中的設計應用

田貴洪，張劍寧

(四川路航建設工程有限責任公司)

1 前 言

在建設工程施工過程中，人行便橋作為一種跨越障礙形成人員通道的措施性結構物，因環境差異其結構形式也多種多樣。鋼桁架梁結構具有自重輕、跨度大、節約資源等特點，在橋梁跨徑一定的條件下，采用恰當的結構斷面組合型式，充分利用組成材料的特性，采取對鋼桁架施加預應力的技術措施，可進一步的減小結構斷面尺寸，減輕自重，減小結構變形，提高結構承載能力和安全穩定性，節約成本。

樂山沙灣大渡河一橋位于樂山市沙灣區城郊，橋梁橫跨大渡河，其中第10 跨和11 跨主橋為87.5 m +87.5 m 單箱單室變截面預應力T 型剛構。10#主墩處于大渡河主河床內，采用掛籃懸臂逐段對稱澆筑混凝土施工工藝，混凝土泵送入倉。因工程需要，有44 m 長的主梁懸澆節段需在汛期施工。汛期橋位處橋面距水面高度約12 m，水深5～7 m，流速4～5 m/s，水流湍急。

為保證主橋在汛期安全、連續施工，項目部設計并自制了一座跨徑46 m 的跨河人行/泵送混凝土布管兩用預應力鋼桁架便橋。便橋采用普通型鋼桿件組合成梯形斷面，整體焊接成三角單元組成的立體受力桁架梁，對桁架梁施加預應力后，能滿足泵送混凝土作業的同時通行20 人的承載要求。便橋總重7.5 t，利用枯水期就地平整場地加工制作，采用1臺25 t 吊車安裝，一端安裝在引橋9#墩處橋面端部，另一端跨河安裝在已成型的懸澆箱梁混凝土頂面，安拆方便、快捷。該預應力鋼桁架通道結構自重輕，跨度大，變形小、穩定性好，避免了船只通行干擾和漂浮物撞擊風險，確保了作業安全，節約了工程成本，保證了汛期主體工程施工的順利實施。

2 鋼桁架人行便橋結構設計

2.1 主體受力鋼桁架

便橋主體受力鋼桁架總長46.16 m，高度1.13 m，頂部寬0.6 m，底部寬1.28 m，兩支點間距(跨徑)46 m，桁架由［18a、80 ×80 ×5 mm、L63 ×4 mm 等型鋼組合焊接形成，材質均為Q235 鋼材，外涂防銹漆，桁架總重5 241 kg。

2.2 預應力體系

由桁架底部的三根80 ×80 ×5 mm 方鋼管內各布置3 根Φ15.24(標準強度1 860 MPa)的高強低松弛鋼絞線，共設9根鋼絞線，均為通長直線配筋，單根鋼絞線設計張拉力90 kN，通過桁架端部的配套BM15－3 錨具錨固，張拉錨固完成后壓注M30 防銹蝕水泥凈漿，然后用環氧砂漿封錨，預應力材料總重約460 kg。

2.3 便橋橋面系

桁架頂鋪設竹筏板形成便橋橋面，兩側由L63 ×4 和Φ20 鋼筋及尼龍安全網組成防護欄，總重約787 kg。

2.4 支座系統

便橋呈簡支受力狀態，由已成型的橋梁頂面支承，固定端支點由20 mm 厚鋼板支墊、錨固螺栓、和調平鋼板等組成;便橋自由端由四氟滑板、調平鋼板和橫向限位鋼板等組成。

3 鋼桁架驗算情況

鋼桁架按照實際使用受力情況進行荷載組合，采用MIDAS建模驗算，實際荷載項目有:①便橋桁架自重1 117 N/m;②人員荷載(同時通行20 人)426 N/m;③輸送泵管及混凝土重量586 N/m;④橋面系荷載168 N/m;⑤八級風力荷載156 N/m;⑥預應力荷載810 kN;⑦預應力材料自重98 N/m;⑧M30 水泥凈漿重量217 N/m;驗算分為不施加預應力和施加預應力兩種工況進行，其桁架應力和變形驗算結果對比見表1 驗算結果匯總表。

表1 驗算結果匯總表

(1)驗算工況1—不施加預應力，鋼桁架應力和變形驗算結果分別見圖1 和圖2。

圖1 桁架未施加預應力應力驗算結果圖示

鋼桁架跨中頂部產生最大壓應力149.9 MPa，跨中底部產生最大拉應力141.2 MPa，其應力值在允許控制范圍內，但跨中產生的最大變形值278 mm 已遠超過L/400 =115 mm的規范控制要求，桁架的穩定及安全性不可靠，不能滿足安全使用要求。

(2)驗算工況2—施加預應力，鋼桁架應力和變形驗算結果分別見圖3 和圖4。

圖2 桁架未施加預應力變形驗算結果圖示

圖3 桁架施加預應力后應力驗算結果圖示

鋼桁架錨固端部附近產生最大壓應力164 MPa，最大拉應力95.5 MPa，鋼絞線應力633 MPa，其應力值在允許值控制范圍內，桁架跨中產生的最大變形值107 mm 符合L/400=115 mm 的規范控制要求，滿足了安全使用要求。

圖4 桁架施加預應力后變形驗算結果圖示

通過在桁架梁底部布置少量的高強低松弛鋼絞線并對其預先張拉，使鋼絞線預先完成部分受拉變形量，在載荷載作用下桁架底部產生的大部分拉力轉換至強度高、變形小的鋼絞線承受，從而減小了整個桁架的變形量，提高了結構的安全穩定性，增強了結構跨越能力和承載能力。

4 結束語

鋼桁架與預應力組合運用，其合理的斷面構造形式是減輕自重、節約材料的關鍵，同時整體受力桁架也必須滿足施加預應力后的強度和穩定性要求;施加預應力后桁架錨固端部附近應力較大，可以通過局部范圍焊接鋼板等措施進行加強處理;預應力筋的布置形式、施加預應力的大小等取決于荷載大小、荷載形式、桁架構造形式、跨度大小等綜合因素決定，往往跨度較大時采用曲線配筋會更合理;受力桁架的組成型式往往需要反復的設計修改和驗算，確保應力和變形指標均滿足規范要求，最終達到使用安全、經濟合理的目的。

［1］鋼結構設計規范(GB50017－2003)［S］.

［2］公路橋涵施工技術規范(JTG TF50－2011)［S］.

［3］預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規程(JGJ85－2010)［S］.

［4］公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D62－2004)［S］.