某臨時鋼結構便道橋結構驗算與分析研究

祝孝成 劉晉華

（河南省交通科學技術研究院有限公司， 河南 鄭州 450006）

1 工程概況

某臨時鋼便橋跨徑組合為（1.5+10×8+1.5）m，寬度為5m，橋面面積450m2，該便道橋基礎為鋼筋混凝土條形基礎共11處，每處基礎長、寬、高分別為6m、2m、0.6m，每個基礎上預埋3塊0.85m×0.85m的鋼板，鋼板上焊接直徑0.4米、高2米的鋼柱3根，每個條形基礎的3根鋼柱頂安裝2H500×200×8×10型鋼做支撐梁；在支撐梁上沿便橋長的方向安裝6根H500×200×8×10型鋼，做便橋支撐梁，上鋪10mm厚的鋼板做橋面；橋面兩側設置1.28m高的直擋鋼欄桿。為加強鋼柱的穩定性，縱向每隔2跨用L125×80×8的角鋼成十字形連接相鄰鋼柱，增加鋼柱強度。

2 結構驗算依據及內容

主要依據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）、《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》（JTJ 025-86），并結合該橋實際情況，主要對該橋進行了強度驗算（包括抗彎強度與抗剪強度）和下部鋼柱的剛度驗算。

3 結構驗算模型及荷載

3.1 結構驗算模型建立

計算采用MIDAS/Civil有限元軟件建立模型。鋼主梁采用H型截面梁單元，橫向鋼支撐梁采用鋼箱型截面梁單元，鋼柱采用管型截面梁單元，柱間斜向支撐采用角鋼型截面桁架單元，鋼橋面板采用板單元；主梁與橫向支撐梁、橫向支撐梁與鋼柱之間的連接均采用彈性連接中的剛性模擬，鋼柱底部采用一般支承模擬。模型劃分為856個梁單元、32個桁架單元、742個板單元，結構計算模型見圖3.1。汽車荷載按1車道最不利情況進行影響線加載。考慮到鋼柱底部銹蝕較嚴重，最下端50cm其壁厚取用6mm。

圖3 .1 結構分析有限元模型

3.2 結構驗算作用荷載及組合

3.2.1 永久荷載

上部結構的鋼材采用容重78.5kN/m3；橋面鋪裝為10mm厚鋼板，其自重計算采用容重78.5kN/m3；鋼欄桿單側取值0.42kN/m。

3.2.2 可變荷載

客車荷載，其型號為EQ6800LHT1，產品商標為東風超龍，車長8040mm，寬2480mm，高3160mm，軸距3800mm，最大質量為10150kg；人群荷載為20×85=1700 kg；溫度荷載：體系升溫20℃，體系降溫-15℃。

3.2.3 荷載組合

依據《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》（JTJ 025-86）第1.2.10條與《公路橋涵設計通用規范》（JTJ 021-89）第2.1.2條的規定，結合橋梁實際狀況，該橋驗算采用如下荷載組合I：橋梁自重+可變荷載+溫度影響力。

3.2.4 規范容許值

鋼結構參照《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》（JTJ 025-86）中的規定，容許應力如下取值：軸向應力[σ ]=200MPa，彎曲應力[σw]=210MPa，剪應力[τ ]=120 MPa。該橋為臨時性結構，計算時采用荷載組合I，因此容許應力提高系數為1.4。依據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）第7.7.2條的規定，結合該橋現場實際狀況，確定該橋驗算承載能力檢算系數為0.85。

4 結構驗算結果分析

強度驗算主要包括抗彎強度（彎曲應力）和抗剪強度（剪應力）計算

（1）抗彎強度驗算

在荷載組合I下橋梁彎曲應力如圖4.1所示。

圖4 .1 組合I 作用下橋梁彎曲應力（MPa）

由圖4.1可知，在組合I作用下橋梁彎曲應力為-240.8MPa～227.2MPa，小于容許應力0.85×1.4×210=249.9MPa，則組合II作用下橋梁抗彎強度滿足規范要求，但是安全儲備較低。

（2）抗剪強度驗算

在荷載組合I作用下橋梁剪應力如圖4.2所示。

圖4 .2 組合I 作用下橋梁剪應力（MPa）

由圖4.2知，在組合I作用橋梁剪應力：-36.4MPa～36.2MPa，小于容許應力0.85×1.4×120=142.8MPa，則組合I作用下橋梁抗剪強度滿足規范要求。

（3）鋼柱剛度驗算

下部鋼柱的回轉半徑：

D、d分別為鋼柱的外徑和內徑大小分別為426mm、410mm；

因鋼柱上部與橫向支撐梁固結，鋼柱下部與基礎固結，故鋼柱可視為兩端固結的結構，長度系數 μ=0.5。

則鋼柱的壓桿柔度λ：

因此下部鋼柱的剛度驗算滿足要求。

5 結論

通過對該鋼便橋進行驗算分析，得出以下結論：

（1）在本次驗算荷載組合下，橋梁抗彎強度及抗剪強度滿足規范要求，但是安全儲備較低，下部鋼柱的剛度驗算滿足要求。

（2）但該橋在焊縫病害未處理及未增加H型鋼主梁之間橫向聯系狀態下，20座客車在核載人數情況下（每次一輛，限速5km/h，勻速居中行駛）通過該橋時，存在安全隱患。

（3）該橋在焊縫病害處理完好及增加H型鋼主梁之間橫向聯系狀態下，能確保20座客車在核載人數情況下（每次一輛，限速5km/h，勻速居中行駛）安全通過該橋，但是安全儲備較低。