水中棧橋平臺應用與力學分析

陳　奎　王振興

(河南五建建設集團有限公司，河南 鄭州　450007)

跨河橋梁工程施工中，水中結構施工多根據所采用的圍堰方案，采用土方填筑臨時道路和操作平臺或采用水中鋼棧橋與鋼平臺的措施方案，為結構施工提供充足的工作面。本文針對漯河市解放路沙河大橋的結構設計特點、工程所處的環境特點、本著安全、經濟的原則，結合公司實際情況，提出采用鋼棧橋加鋼平臺的措施方案，為結構施工提供作業面。文中，針對各種工況的受力情況、采用MIDAS建模，深入分析棧橋、平臺在擬定工況下的變形以及結構強度，為漯河市解放路沙河大橋水中結構的施工，提供了必要的理論依據。

1　設計資料

1)地質參數見表1。

表1　地質參數

2)水文情況。

水面高程55.2 m，沙河水深6 m。

3)計算指標。

Q235鋼材容許彎曲應力：[σ]=170 MPa；容許剪應力：[τ]=100 MPa;

16Mn鋼材容許彎曲應力：[σ]=273 MPa；容許剪應力：[τ]=208 MPa。

4)基本構造。

棧橋、平臺均采用鋼管樁加貝雷梁結構，棧橋寬6 m，最大跨度為12 m；操作平臺最大跨度為9 m。

2　荷載及荷載組合

1)荷載。

永久荷載：棧橋平臺自重。

可變荷載：a.公路—Ⅰ級汽車荷載；b.70 t履帶吊機荷載見表2；c.30 t重車荷載見表3。

表2　70 t履帶吊機荷載表

表3　30 t重車荷載表

2)荷載組合原則。

用整體性荷載(公路—Ⅰ級)檢驗棧橋的整體受力，用局部加載(70 t履帶吊機、30 t重車)檢驗其局部構件受力。

3　橋面板計算

橋面板設計為8 mm厚防滑鋼板，橫梁為Ⅰ16，間距為220 mm。70 t履帶吊機的最大吊重下最大平均地壓為16.3 t/m2，30 t重車荷載最大地壓為50 t/m2，取30 t重車作用力P作為橋面板計算荷載。汽車沖擊系數按規范采用1.3，結構自重考慮為1.1的分項系數。

面板自重G:G=γ鋼δ=78.5×0.008=0.628 kPa。

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

取10 mm橋面板條作為計算寬度，跨度為132 mm。

M=0.014 2 kN·m;

滿足要求。

4　橋面板橫梁計算

橋面板橫梁Ⅰ16可視為支撐在貝雷梁上的多跨連續梁，偏安全的取0.9 m跨度作為簡支梁計算，當70 t履帶吊機荷載作用時：

M=36×1.3×0.92/8=4.7 kN·m;

當30 t重車荷載作用時：

M=60×1.3×0.9/4=17.6 kN·m;

滿足要求。

5　12 m跨棧橋貝雷梁計算

1)考慮設計荷載的作用，12 m跨棧橋計算工況主要有：

a.公路—Ⅰ級汽車荷載；b.70 t履帶吊機通過棧橋；c.30 t重車通過棧橋。

2)計算圖式。

棧橋貝雷梁跨度為12 m，標準橫向間距為0.9 m。建立模型，經三種工況下比較選取最不利受力情形如圖1～圖4所示。

通過計算整理，最不利工況荷載組合下貝雷片受力如表4所示。

表4　最不利工況荷載組合下貝雷片受力表

履帶吊機沿橋中心線方向走行及吊重作業時棧橋貝雷片受力滿足要求；履帶吊機沿棧橋邊側方向走行時貝雷片豎桿受力不滿足要求，故要求履帶吊機只能沿橋中心線方向走行或吊重作業。

棧橋結構受力滿足要求。當車輛荷載作用于棧橋鋼管樁樁頂時，其樁頂反力值較布置于跨中時大，通過計算得鋼管樁最大豎向反力為61.4 t。

6　墩位平臺貝雷梁計算

計算工況:

經比較分析，履帶吊在墩位平臺上作業時，垂直于貝雷梁方向在其跨中最大吊重時為其最不利工況。

橋面板及貝雷梁恒載：

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

堆載：3.5 kPa×0.9 m=3.15 kN/m。

履帶長度范圍內有5片貝雷梁支撐，則在履帶寬度范圍內的均布荷載為(考慮1.5的偏載增大系數)：163 kPa×0.9 m=146.7 kN/m。

建立模型：

依據圖5可知其最大彎矩為328.3 kN/m<[M]=788.2 kN/m，滿足受力要求。

依據圖6可知其最大剪力為133.8 kN/m<[Q]=245.2 kN/m，滿足受力要求。

7　樁頂分配梁計算

樁頂分配梁可視為支撐在樁頂的7跨連續梁，由以上貝雷梁計算知，在工況b.時單片貝雷梁有最大反力217.9 kN，考慮相鄰跨作用一臺汽車鉆機，其作業重量為250 kN，由5片貝雷梁承擔，則其單片的反力為：250 kN/5/2×1.5×1.1=41.25 kN，則中間分配梁頂貝雷梁的最大反力為：

217.9 kN+41.25 kN=259.15 kN。分配梁跨徑為4.5 m，支撐5片貝雷梁，偏安全的取單跨分配梁作為簡支梁計算。

可知其組合應力為321.5 kPa>[σ]=170 kPa，不滿足受力要求，施工中應嚴禁在履帶吊機同跨側布置鉆機，嚴禁在30 t重車通行時，履帶吊機站位到分配梁的跨中，應站位到對應鋼管樁的位置。此時分配梁受力較小，不再計算。

8　鋼管樁入土深度計算

經以上計算得鋼管樁的最大受力為682 kN，取單樁的設計承載力為700 kN。

樁下的土體為②粉質粘土和②-1粉砂，按土體地質情況說明，地基容許承載力為90 kPa，樁周土極限摩阻力標準值建議值為50 kPa，按照JGJ 94—2008建筑樁基技術規范5.3.7條規定：φ630 mm入土14 m的樁設計承載力為：

經計算在鋼管樁入土14 m時的設計承載力為704 kN(不考慮局部沖刷)，滿足受力要求。

9　結語

綜上計算分析，棧橋、平臺滿足施工使用要求。在漯河沙河鋼棧橋加鋼平臺，安全性、經濟性都能夠得到充分保證。為本地區其他同類橋梁提供了施工經驗，值得大面積推廣。

參考文獻:

[1]GB 50017—2003,鋼結構設計規范[S].

[2]JTG D60—2004,公路橋涵設計通用規范[S].

[3]JTJ 025—86,公路橋涵鋼結構及木結構設計規范[S]