裝配式型鋼橋梁的計算解析

婁嘉耀

浙江中和建筑設(shè)計有限公司 浙江 紹興 312000

1 工程概況

本文所探討裝配式鋼橋，是以型鋼作為橋梁主梁受力構(gòu)件的小跨徑簡支梁橋，型鋼鋼材通過工廠預(yù)加工后，運輸至橋梁橋址處進行裝配。該橋型優(yōu)點為，施工方便環(huán)保，無須河道圍堰。對于環(huán)境影響要求較高和施工工期較為緊張的情況，具有較大的優(yōu)勢[1]。

2 技術(shù)參數(shù)

人行橋梁總寬2.5米，跨徑10米， 橋面鋪裝采用3cm柳桉木鋪裝。橋梁欄采用鋼欄桿，欄桿高度為不小于1.1m。

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用3根H型鋼，鋼型號為HM400×300，為單跨簡支結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)為漿砌塊石擋墻（利用現(xiàn)狀河坎擋墻，并注漿加固），其上設(shè)置鋼筋混凝土臺帽以放置型鋼主梁。人行荷載取3.5KN/m2，采用midas2019有限元計算軟件計算[2]。

3 計算過程

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)劃》JTG D64-2015第5.3.1條驗算強度，應(yīng)力結(jié)果小于規(guī)范規(guī)定的270MPa。

圖1 基本組合工況下主梁應(yīng)力圖(MPa)

主梁最大拉應(yīng)力：37.8Mpa；

考慮1.1的重要性系數(shù)后，小于270Mpa，滿足設(shè)計要求！

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)劃》JTG D64-2015第5.3.1條驗算剪應(yīng)力，應(yīng)力結(jié)果小于規(guī)范規(guī)定的155MPa。

圖2 基本組合工況下主梁腹板剪力圖(KN)

最大剪力為30.8KN，最大剪應(yīng)力為8.1MPa。考慮1.1的重要性系數(shù)后，小于270Mpa，滿足設(shè)計要求。

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》JTG D64-2015第4.2.3條規(guī)定，汽車車道荷載引起的正負撓度絕對值之和應(yīng)小于l/500。故本橋的限值為10m/500=0.02m。

圖3 正常使用工況下主梁撓度圖(mm)

根據(jù)計算結(jié)果，最大撓度位于跨中位置為10mm，小于20mm的規(guī)范限值要求，滿足設(shè)計要求。

故從以上計算數(shù)據(jù)分析可知，型鋼人行橋荷載內(nèi)力比結(jié)構(gòu)抗力限值約為15%，撓度比結(jié)構(gòu)限值約為50%。因此，型鋼橋梁具有比較大的強度優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中，往往結(jié)構(gòu)強度不是制約橋跨的主要因素，反而跨中撓度會明顯更接近限值界限，制約跨度的增長。同時隨著跨度增加，鋼橋還會出現(xiàn)共振頻率問題，出現(xiàn)行走時的振動現(xiàn)象。故型鋼橋梁的設(shè)計更應(yīng)注意正常使用情況下的各種控制要求。

4 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)人行橋在本次工程中實際造價為35萬元，相比鋼筋混凝土橋型需造價約40萬元（主要費用多在河道圍堰，支架搭設(shè)等費用）。在造價上，直接節(jié)省費用15%；在施工范圍上，由于鋼橋不用大開挖及圍堰，施工操作過程的工作面要求較少；具有環(huán)保污染小等特點；在施工工期上，鋼橋相比混凝土橋梁，受氣候影響小，在雨季也可實施橋上部主梁，施工工期縮短約15%～20%。鋼橋相對不利的地方，就是橋梁成橋運行后，對鋼材結(jié)構(gòu)的防銹、維護、保養(yǎng)支出需有一定成本。

綜上所述，在建設(shè)條件受限的情況下，鋼結(jié)構(gòu)人行橋具有美觀、舒適、可實施性高等優(yōu)點。