跨河裝配式鋼便橋設計及計算淺談

郭飛

（廣州市市政工程設計研究總院 廣東廣州 510000）

1 設計要點

1.1 設計采用技術標準

防洪標準：百年一遇；

設計荷載：公路-Ⅱ級，并按10t汽車荷載控制，雙車道；

行車控制速度：不大于5km/h，且禁止車輛緊急制動；

設計使用年限：2年；

最高通航水位：7m（珠江基面高程系）。

1.2 設計水文情況

根據通航孔最高通航水位7m的情況，考慮3.5m的通航凈空，通航孔橋面設計標高應大于12.518m（珠江基面高程系）。

1.3 橋梁設計方案

1.3.1 上部結構

上部結構選擇國產貝雷梁為受力單元，結合設計荷載以及下部樁基的承載力要求，選用全橋跨徑組合為L=2×12+10×15=174m，設計采用七片縱梁，最外側兩片邊梁采用三排單層，其余中梁采用雙排單層體系。全橋寬12m，即2.25+7.5+1.2+1.05=12m。縱梁橫向間距170cm，順橋向以3m間距設橫向支撐架，確保縱梁橫向穩定，共同參與受力。橫梁采用兩片22a號槽鋼，以50cm間距設置。考慮到架設方便、快捷，橋面采用8cm預制鋼筋混凝土簡支板，加鋪8～11.75cm厚整體化層，以利行車順暢。上部結構采用部件的技術要求見表1。

表1 桁架容許內力表

表中黑體為本橋采用數據。

1.3.2 下部結構

橋墩采用五根D63cm鋼管樁，鋼管樁采用壁厚t=8mm的鋼板制作，每排墩頂設蓋梁，蓋梁采用兩片I45b工字鋼。為加強橋墩的橫向穩定性，于墩柱常水位以上設橫系梁，鋼管樁單樁設計豎向承載力為550kN。

表2 橋梁幾何特性表

1.3.3 附屬結構

在鋼便橋兩側設置鋼欄桿，在鋼便橋起終點處各設置限高架，混凝土橋面板上設置減速帶嚴格控制車速。

2 結構計算

2.1 上部結構

選用最大跨徑15m梁段進行計算。貝雷梁每3m一個節段，每節段重量27.7kN（不加強，全部裝齊）。

2.1.1 恒載計算

15m跨徑每片梁共5個節段。

每片梁均重q恒=15kN/m（包含橋面鋪裝）

M 恒=1/8×q×L×L=421.875kN·m

Q 恒=1/2×q×L=112.5kN

2.1.2 汽車活載計算

城-A級，雙車道：

圖1 裝配式鋼便橋斷面圖

車道荷載的均布荷載標準值q=10.5kN/m；

計算彎矩時，所加的集中荷載P為220kN；

計算剪力時，所加的集中荷載P為1.2×220=264kN。

車道荷載的沖擊系數：

f=7.303Hz

u=0.1767×ln（7.303）-0.0157＝0.336

橫向分布系數：

采用橋博計算，得出7片梁橫向分布系數為0.392（邊梁最大）。

汽車活載彎矩：

M 均=1/8×q×L×L=295.3125kN·m

M 集中=1/2×P×L/2=825kN·m

M=M均+M集中=295.3125+825=1120.3125kN·m

汽車活載剪力：

Q 均=1/2×q×L=78.75kN

Q集中=P=264kN·m

Q=Q均+Q集中=78.75+264=342.75kN·m

2.1.3 人行道荷載計算

wp=1.5m

w=4.5×（20-wp）/20=4.1625kPa

qp=4.1625×1.5=6.244kN/m

橫向分布系數：

采用橋博計算，得出7片梁橫向分布系數為0.66（邊梁最大）。

人行荷載彎矩：

M 均=1/8×q×L×L=175.61kN·m

汽車活載剪力：

Q 均=1/2×q×L=46.83kN

2.2 下部結構

鋼管樁承受的豎向荷載有便橋上部貝雷梁自重、橋面系重量、車輛荷載，蓋梁重量。現取15m跨鋼便橋作用在蓋梁上計算，結果如下：

貝雷梁自重：（270×5×16+20.9×6×7+59.4×6×6+3×6×16+0.694×6×6×4）/100=250kN；

貝雷梁上橫梁重量：762.3×21/100=160.1kN；

橋面板重量：7.5×0.18×15×26=526.5kN；

人行道板重量：0.27×10×26+0.48×10×26=195kN；

欄桿重量：10.3kN；

一片蓋梁重量：36kN；

樁頂以上恒載總重為：250+160.1+526.5+195+10.3+36=1177.9kN。

車輛荷載：按汽-10車輛荷載計算，考慮1.3的沖擊系數：

取汽車活載=260.6kN作為一個車道作用在蓋梁上的效應。

人行活載，按3.5kN/m2計算：

人行荷載=3.5×3.45×15=181.125kN；

平均每根樁的樁頂反力 P=（1177.9+260.6×2+181.125）/5=376kN。

3 計算結果

結構重要性系數γ0，根據橋涵的設計安全等級的界定，本橋按“城市附近交通繁忙公路上的橋梁”，γ0取1.0。

表3 七片梁（邊梁）

根據計算結果，并留有部分承載力富余，鋼便橋邊梁采用三排單層，中梁采用雙排單層，不加強。下部鋼管樁結構受力亦滿足承載力要求。

4 結論及注意事項

本文簡要分析了跨河裝配式鋼便梁的計算過程及設計思路，以供需要的設計人員參考、共同研究。裝配式鋼便橋施工及運營期間還應注意以下幾點：

（1）運營過程中嚴禁車輛超載、超速過橋。

（2）執行中華人民共和國行業標準《公路橋涵養護規范》（JTGH11-2004）。

（3）使用養護中應包含以下內容：

①不得施加超出設計文件要求的其它恒載。

②車輛荷載必須按設計文件要求進行管理控制。

（4）定期對鋼便橋和鉆孔平臺各個焊接、栓接點進行檢查，對出現脫焊、焊縫情況異常的應及時進行處理。

（5）在使用過程中，不定期對鋼便橋進行沉降及樁頂水平位移觀測，以防影響車輛通行安全。

（6）一旦遇到洪水、臺風時，嚴禁人員和機械停滯在便橋上，同時減輕便橋上的荷載。派人及時清除便橋、鉆孔平臺上游帶來的各種阻水雜物，減小便橋的水流沖力。

（7）本橋為臨時便橋，設計使用年限為2年，若超出使用年限，應重新評估，評估合格后方能繼續使用。

（8）鋼便橋使用期間應對各類管線，尤其是電纜進行不定期安全檢查，及時保養維護。

[1]《公路工程技術標準》（JTGB01-2014）[S].北京：人民交通出版社，2014.

[2]《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）[S].北京：人民交通出版社，2015.

[3]黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋使用手冊[M].北京：人民交通出版社，2002.