淺談預(yù)應(yīng)力鋼桁架在大跨度人行便橋中的設(shè)計應(yīng)用

田貴洪，張劍寧

(四川路航建設(shè)工程有限責(zé)任公司)

1 前 言

在建設(shè)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(jié)構(gòu)物，因環(huán)境差異其結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。鋼桁架梁結(jié)構(gòu)具有自重輕、跨度大、節(jié)約資源等特點，在橋梁跨徑一定的條件下，采用恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力的技術(shù)措施，可進(jìn)一步的減小結(jié)構(gòu)斷面尺寸，減輕自重，減小結(jié)構(gòu)變形，提高結(jié)構(gòu)承載能力和安全穩(wěn)定性，節(jié)約成本。

樂山沙灣大渡河一橋位于樂山市沙灣區(qū)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(yù)應(yīng)力T 型剛構(gòu)。10#主墩處于大渡河主河床內(nèi)，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(jié)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(xù)施工，項目部設(shè)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力后，能滿足泵送混凝土作業(yè)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(yù)應(yīng)力鋼桁架通道結(jié)構(gòu)自重輕，跨度大，變形小、穩(wěn)定性好，避免了船只通行干擾和漂浮物撞擊風(fēng)險，確保了作業(yè)安全，節(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)均為Q235 鋼材，外涂防銹漆，桁架總重5 241 kg。

2.2 預(yù)應(yīng)力體系

由桁架底部的三根80 ×80 ×5 mm 方鋼管內(nèi)各布置3 根Φ15.24(標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa)的高強(qiáng)低松弛鋼絞線，共設(shè)9根鋼絞線，均為通長直線配筋，單根鋼絞線設(shè)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(huán)氧砂漿封錨，預(yù)應(yīng)力材料總重約460 kg。

2.3 便橋橋面系

桁架頂鋪設(shè)竹筏板形成便橋橋面，兩側(cè)由L63 ×4 和Φ20 鋼筋及尼龍安全網(wǎng)組成防護(hù)欄，總重約787 kg。

2.4 支座系統(tǒng)

便橋呈簡支受力狀態(tài)，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(diào)平鋼板等組成;便橋自由端由四氟滑板、調(diào)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(jìn)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(fēng)力荷載156 N/m;⑥預(yù)應(yīng)力荷載810 kN;⑦預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力和施加預(yù)應(yīng)力兩種工況進(jìn)行，其桁架應(yīng)力和變形驗算結(jié)果對比見表1 驗算結(jié)果匯總表。

表1 驗算結(jié)果匯總表

(1)驗算工況1—不施加預(yù)應(yīng)力，鋼桁架應(yīng)力和變形驗算結(jié)果分別見圖1 和圖2。

圖1 桁架未施加預(yù)應(yīng)力應(yīng)力驗算結(jié)果圖示

鋼桁架跨中頂部產(chǎn)生最大壓應(yīng)力149.9 MPa，跨中底部產(chǎn)生最大拉應(yīng)力141.2 MPa，其應(yīng)力值在允許控制范圍內(nèi)，但跨中產(chǎn)生的最大變形值278 mm 已遠(yuǎn)超過L/400 =115 mm的規(guī)范控制要求，桁架的穩(wěn)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(yù)應(yīng)力，鋼桁架應(yīng)力和變形驗算結(jié)果分別見圖3 和圖4。

圖2 桁架未施加預(yù)應(yīng)力變形驗算結(jié)果圖示

圖3 桁架施加預(yù)應(yīng)力后應(yīng)力驗算結(jié)果圖示

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

圖4 桁架施加預(yù)應(yīng)力后變形驗算結(jié)果圖示

通過在桁架梁底部布置少量的高強(qiáng)低松弛鋼絞線并對其預(yù)先張拉，使鋼絞線預(yù)先完成部分受拉變形量，在載荷載作用下桁架底部產(chǎn)生的大部分拉力轉(zhuǎn)換至強(qiáng)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(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)跨越能力和承載能力。

4 結(jié)束語

鋼桁架與預(yù)應(yīng)力組合運用，其合理的斷面構(gòu)造形式是減輕自重、節(jié)約材料的關(guān)鍵，同時整體受力桁架也必須滿足施加預(yù)應(yīng)力后的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求;施加預(yù)應(yīng)力后桁架錨固端部附近應(yīng)力較大，可以通過局部范圍焊接鋼板等措施進(jìn)行加強(qiáng)處理;預(yù)應(yīng)力筋的布置形式、施加預(yù)應(yīng)力的大小等取決于荷載大小、荷載形式、桁架構(gòu)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(fù)的設(shè)計修改和驗算，確保應(yīng)力和變形指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，最終達(dá)到使用安全、經(jīng)濟(jì)合理的目的。

［1］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50017－2003)［S］.

［2］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG TF50－2011)［S］.

［3］預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(JGJ85－2010)［S］.

［4］公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG D62－2004)［S］.