水中棧橋平臺(tái)應(yīng)用與力學(xué)分析

陳　奎　王振興

(河南五建建設(shè)集團(tuán)有限公司，河南 鄭州　450007)

跨河橋梁工程施工中，水中結(jié)構(gòu)施工多根據(jù)所采用的圍堰方案，采用土方填筑臨時(shí)道路和操作平臺(tái)或采用水中鋼棧橋與鋼平臺(tái)的措施方案，為結(jié)構(gòu)施工提供充足的工作面。本文針對(duì)漯河市解放路沙河大橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、工程所處的環(huán)境特點(diǎn)、本著安全、經(jīng)濟(jì)的原則，結(jié)合公司實(shí)際情況，提出采用鋼棧橋加鋼平臺(tái)的措施方案，為結(jié)構(gòu)施工提供作業(yè)面。文中，針對(duì)各種工況的受力情況、采用MIDAS建模，深入分析棧橋、平臺(tái)在擬定工況下的變形以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為漯河市解放路沙河大橋水中結(jié)構(gòu)的施工，提供了必要的理論依據(jù)。

1　設(shè)計(jì)資料

1)地質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　地質(zhì)參數(shù)

2)水文情況。

水面高程55.2 m，沙河水深6 m。

3)計(jì)算指標(biāo)。

Q235鋼材容許彎曲應(yīng)力：[σ]=170 MPa；容許剪應(yīng)力：[τ]=100 MPa;

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

4)基本構(gòu)造。

棧橋、平臺(tái)均采用鋼管樁加貝雷梁結(jié)構(gòu)，棧橋?qū)? m，最大跨度為12 m；操作平臺(tái)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(tái)自重。

可變荷載：a.公路—Ⅰ級(jí)汽車荷載；b.70 t履帶吊機(jī)荷載見(jiàn)表2；c.30 t重車荷載見(jiàn)表3。

表2　70 t履帶吊機(jī)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(jí))檢驗(yàn)棧橋的整體受力，用局部加載(70 t履帶吊機(jī)、30 t重車)檢驗(yàn)其局部構(gòu)件受力。

3　橋面板計(jì)算

橋面板設(shè)計(jì)為8 mm厚防滑鋼板，橫梁為Ⅰ16，間距為220 mm。70 t履帶吊機(jī)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(jì)算荷載。汽車沖擊系數(shù)按規(guī)范采用1.3，結(jié)構(gòu)自重考慮為1.1的分項(xiàng)系數(shù)。

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(jì)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(jì)算

橋面板橫梁Ⅰ16可視為支撐在貝雷梁上的多跨連續(xù)梁，偏安全的取0.9 m跨度作為簡(jiǎn)支梁計(jì)算，當(dāng)70 t履帶吊機(jī)荷載作用時(shí)：

M=36×1.3×0.92/8=4.7 kN·m;

當(dāng)30 t重車荷載作用時(shí)：

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(jì)算

1)考慮設(shè)計(jì)荷載的作用，12 m跨棧橋計(jì)算工況主要有：

a.公路—Ⅰ級(jí)汽車荷載；b.70 t履帶吊機(jī)通過(guò)棧橋；c.30 t重車通過(guò)棧橋。

2)計(jì)算圖式。

棧橋貝雷梁跨度為12 m，標(biāo)準(zhǔn)橫向間距為0.9 m。建立模型，經(jīng)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(guò)計(jì)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(jī)沿橋中心線方向走行及吊重作業(yè)時(shí)棧橋貝雷片受力滿足要求；履帶吊機(jī)沿棧橋邊側(cè)方向走行時(shí)貝雷片豎桿受力不滿足要求，故要求履帶吊機(jī)只能沿橋中心線方向走行或吊重作業(yè)。

棧橋結(jié)構(gòu)受力滿足要求。當(dāng)車輛荷載作用于棧橋鋼管樁樁頂時(shí)，其樁頂反力值較布置于跨中時(shí)大，通過(guò)計(jì)算得鋼管樁最大豎向反力為61.4 t。

6　墩位平臺(tái)貝雷梁計(jì)算

計(jì)算工況:

經(jīng)比較分析，履帶吊在墩位平臺(tái)上作業(yè)時(shí)，垂直于貝雷梁方向在其跨中最大吊重時(shí)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(zhǎng)度范圍內(nèi)有5片貝雷梁支撐，則在履帶寬度范圍內(nèi)的均布荷載為(考慮1.5的偏載增大系數(shù))：163 kPa×0.9 m=146.7 kN/m。

建立模型：

依據(jù)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(jù)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(jì)算

樁頂分配梁可視為支撐在樁頂?shù)?跨連續(xù)梁，由以上貝雷梁計(jì)算知，在工況b.時(shí)單片貝雷梁有最大反力217.9 kN，考慮相鄰跨作用一臺(tái)汽車鉆機(jī)，其作業(yè)重量為250 kN，由5片貝雷梁承擔(dān)，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(jiǎn)支梁計(jì)算。

可知其組合應(yīng)力為321.5 kPa>[σ]=170 kPa，不滿足受力要求，施工中應(yīng)嚴(yán)禁在履帶吊機(jī)同跨側(cè)布置鉆機(jī)，嚴(yán)禁在30 t重車通行時(shí)，履帶吊機(jī)站位到分配梁的跨中，應(yīng)站位到對(duì)應(yīng)鋼管樁的位置。此時(shí)分配梁受力較小，不再計(jì)算。

8　鋼管樁入土深度計(jì)算

經(jīng)以上計(jì)算得鋼管樁的最大受力為682 kN，取單樁的設(shè)計(jì)承載力為700 kN。

樁下的土體為②粉質(zhì)粘土和②-1粉砂，按土體地質(zhì)情況說(shuō)明，地基容許承載力為90 kPa，樁周土極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值建議值為50 kPa，按照J(rèn)GJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范5.3.7條規(guī)定：φ630 mm入土14 m的樁設(shè)計(jì)承載力為：

經(jīng)計(jì)算在鋼管樁入土14 m時(shí)的設(shè)計(jì)承載力為704 kN(不考慮局部沖刷)，滿足受力要求。

9　結(jié)語(yǔ)

綜上計(jì)算分析，棧橋、平臺(tái)滿足施工使用要求。在漯河沙河鋼棧橋加鋼平臺(tái)，安全性、經(jīng)濟(jì)性都能夠得到充分保證。為本地區(qū)其他同類橋梁提供了施工經(jīng)驗(yàn)，值得大面積推廣。

參考文獻(xiàn):

[1]GB 50017—2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG D60—2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[3]JTJ 025—86,公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]