贝雷桁架组建施工便桥设计\施工及受力检算

摘要：贝雷桁架构件轻巧，拆装方便，适应性强，能拼装成承载各种荷载、不同跨径的装配式钢桥，广泛应用于国防战备、交通工程、市政水利等工程。本文介绍了进行柳江双线特大桥27号水中墩施工时，采用贝雷桁架搭设通行施工重车的便桥方案，可对同类便桥的施工提供一定的借鉴作用。

关键词：便桥；贝雷桁架；21米跨；通行重车

1 工程概况及便桥设置方案

柳江双线特大桥为湘桂铁路跨越柳江、黔桂铁路、柳太公路而设，桥梁中心里程为DK504+879.7。特大桥27号墩位于水中，距柳江北岸48m，在27号墩处水位为最深约8.3m，一般为6～8m。采取搭设贝雷桁架便桥运输机具及材料进行27号水中墩施工，便桥为3跨，每跨跨度21m，全长63m，通车桥面宽度为6.0m。

在柳江北岸采用C20片石砼设便桥简易桥台，便桥的水中墩则采用φ630钢管作支撑桩，钢管桩为二排，每排三根，钢管桩纵向间距为3m，横向间距为2.5m；钢管桩桥墩间跨度为21m，钢管桩之间水平和斜撑联结采用[22槽钢。在钢管桩顶部纵向开槽布设1根I45b工字钢纵梁，再在I45b工字钢上横向摆放双拼I36b工字钢作为横梁，工字钢横梁上为纵向布设3组6片贝雷桁架作为便桥主梁，每组贝雷桁架中心距2.5m；贝雷桁架主梁上横向布设间距为0.5m的I32b工字钢分配梁；分配梁工字钢上再纵向密布[22a槽钢龙骨，槽钢龙骨上铺设10mm厚花纹钢板作为桥面板。便桥布置结构如图1、图2所示。

图1 便桥纵向布置简图

图2 便桥横向布置简图

2 便桥施工方法

2.1钢管桩沉放

沉放前先计算出每条钢管桩的坐标，并在沉放时正面布置1台全站仪观测定位，侧面设置2台经纬仪进行校核。钢管桩沉放使用45KW振动锤。起吊设备为30t起重船。起重船抛锚定位后，先依靠钢管桩重力插入覆盖层中，上部用缆绳绑在吊船边，钢管桩具有一定稳定性后利用浮吊吊上振动沉桩机夹住钢管桩，开始振动沉桩机振动下沉钢管桩到位。

钢管桩要连续下沉不能中途停顿太久，以免因土体摩阻力恢复而引起再下沉困难。施工中要加强观测，确保钢管桩偏位不超过10cm，垂直度不超过0.1%。

2.2贝雷桁架主梁拼装及拖拉就位施工

2.2.1贝雷桁架拼装

在柳江北岸平坦处设贝雷梁拼装场，下设枕木支垫，用8吨汽吊配合人工将贝雷片逐片吊起，用桁架销子相互连接接长。用弦杆螺栓将加强弦杆连接在贝雷弦杆上，用支撑架螺栓将支撑架和贝雷片连成整体，每节贝雷接头位置安装支撑架一片。为保证梁的刚度，贝雷片、加强弦杆和支撑架之间采用接头错位连接，这样可减少由于桁架接头变形产生的主梁位移。连接桁架的所有螺栓螺帽必须拧紧，桁架销子穿到位后必须插好保险销。

2.2.2便桥拖拉

主梁与部分横向分配梁连成整体、长度达到20m后便可进行拖拉，随着便桥拖拉前移不断从后面接长。便桥头部安装一节楔形导梁以确保顺利通过每个桥墩，在江岸上安装卷扬机，用钢丝绳与便桥头部相接，在桥台和桥墩顶部安装凹型滚轴，便桥从滚轴上通过，调整好位置后开动卷扬机牵引便桥前进。拖拉过程中必须注意不断接长桁架，同时要保证悬臂长度不得超过总长的2/5且不超过20米，否则悬臂头部要用浮吊或吊车吊起，必要时尾部要加配重或拉保险绳，防止落头倾覆。墩顶处要打斜撑或设抗风拉杆将主梁与桥墩固定，防止侧向移位或倾覆。

2.2.3分配梁安装

贝雷桁架主梁上横向布设间距为0.5m的I32b工字钢分配梁，长度为7m，用U形扣件将横梁与贝雷主梁连接成一体，相互之间用角钢或拉杆打斜撑相连。

2.2.4桥面纵向龙骨安装

I32b工字钢分配梁安装定位并固定后便可以安装龙骨。龙骨采用密布[22a槽钢，龙骨翼板与横梁接触交叉处采用角焊焊接。龙骨[22a槽钢接头连接处尽量设在1/4跨位置，并要求错开布置，同一截面接头不得超过25%。接头处先将槽钢焊接后再用钢板双面贴焊补强，包括腹板和翼缘板部位。

2.2.5桥面板及防护网

便桥通车道宽6m，采用10mm厚花纹钢板作为桥面板，与龙骨焊接固定。桥面钢板选用优质深花纹防滑钢板，防止雨天行人滑倒或汽车打滑。由于是上承式梁，因此须安装钢管护栏，防止人员临边坠落。

3 便桥参数设计及受力检算

3.1便桥设计参数

设计便桥21m跨主梁采用加强型的3组6片HD200型贝雷桁架拼装，允许弯矩[M]=4809.4KN•m，允许剪力[Q]=698.9KN；其他钢材采用Q235，容许弯拉应力[σ]=180MPa，容许剪力[Q]=100MPa。

3.2便桥设计荷载及各参数

通行便桥的最重荷载为8m3砼运输车，本标段施工所用的砼运输车自重为15吨，8m3砼约重20吨。故按满载砼总重为350KN的运输车作为便桥的检算荷载。其各轴重及尺寸如3所示。

图3350KN重车尺寸图

3.3 龙骨受力检算

[22a槽钢材料特性为：A=31.84cm2，W=217.6cm3，重量=24.99Kg/m。

选择后轴一侧同行的2个单轮进行验算，两个车轮的重力为150/2=75KN，其宽度为50cm，考虑由8根[22a槽钢共同承受车轮重力，则单条槽钢分配的重量为75/8=9.4KN，将槽钢简化为受集中荷载跨度为50cm的简支梁进行计算，则集中荷载处于跨中时为抗弯最不利位置，集中荷载处于简支梁一端时为抗剪最不利位置，此时最大剪力为9.4KN。

Mmax=pl/4=9.4×0.5/4=1.18KN•m

故σmax=Mmax/W=（1.18×103）/（217.6×10-6）=5.4MPa＜[σ]=180MPa

τmax=Qmax/A=（9.4×103）/（31.84×10-4）=3.0MPa＜[τ]=100MPa

满足要求。

3.4分配梁I32b工字钢受力检算

I32b工字钢材料特性为：A=73.45cm2，W=726.333cm3，重量=57.7Kg/m。

选择后轴同一侧的4个单轮进行验算，4个车轮的重力为150KN，其轴间距为1.2m，考虑由4根I32b工字钢共同承受车轮重力，则单条工字钢分配的重量为150/4=37.5KN，并将轮重简化为集中荷载。此外I32b工字钢还承受的自身重量、上部龙骨[22a槽钢及桥面钢板的重量等简化成均布线性荷载，经计算得q=2.52KN/m，则车轮集中荷载处于跨中时为抗弯最不利位置。集中荷载处于简支梁一端时为抗剪最不利位置。

Mmax=ql2/8+pl/4=2.52×2.52/8+37.5×2.5/4=25.4KN•m

故σmax=Mmax/W=（25.4×103）/（726.333×10-6）=35.0MPa＜[σ]=180MPa

Qmax=37.5+ql/2=37.5+2.52×2.5/2=40.7 KN

τmax=Qmax/A=（40.7×103）/（73.45×10-4）=5.5MPa＜[τ]=100MPa

满足要求。

3.5贝雷桁架受力检算

将贝雷桁架简化成跨度为21m的简支梁进行受力检算，将全部350KN汽车重量简化成集中荷载，贝雷桁架承受的其它荷载简化成线性均布荷载，计算得q=23.3 KN/m，则汽车集中荷载处于跨中时为抗弯最不利位置，集中荷载处于简支梁一端时为抗剪最不利位置。

Mmax=ql2/8+pl/4=23.3×212/8+350×21/4=3121.9KN•m＜[M]=4809.4KN•m，

Qmax=350+ql/2=350+23.3×21/2=594.7KN＜[Q]=698.9KN

满足要求。

3.6 I45b工字钢纵梁

I45b工字钢材料特性为：A=111cm2，W=1500cm3，重量=87.4Kg/m。

当砼运输车位于便桥桥墩顶面时，墩上I45b工字钢纵梁承受的荷载为最大，包括砼运输车荷载350KN及其余桥上荷载（经计算为659KN）。全部350+659=1009KN荷载由3根工字钢共同承担，则每根工字钢承受的荷载为（659+350）/3=336.3KN。将工字钢简化成受集中荷载。跨度为3m简支梁进行计算。

Mmax= pl/4=336.3×3/4=252.2KN•m

故σmax=Mmax/W=（252.2×103）/（1500×10-6）=168.1MPa＜[σ]=180MPa

Qmax=336.3/2=168.2KN

τmax=Qmax/A=（168.2×103）/（111×10-4）=15.2MPa＜[τ]=100MPa

满足要求。

3.7 钢管桩强度计算

钢管桩采用φ630钢管柱，壁厚不小于8mm，最大自由长度为10m。由上述计算可知每个墩承受的力为1009KN，因每个墩由6根钢管桩组成，则每根钢管桩承受1009/6=168.2KN的轴向压力，桩自重及墩上I45b工字钢纵梁重合计14.1KN。

桩的强度校核：

A需=N/[σ]=（168.2+14.1）×103/180=1.01×1032

φ630钢桩（δ=8mm）A=π（6302-6142）/4=15.6×1032＞A需，故桩的强度足够。

桩的压杆稳定计算：

A=15.6×1032

Iz=π（6304-6144）/64=7.56×1084

iz=（Iz/A ）1/2=220.1

取μ=1, L=10m，则桩的长细比为λ=μL/iz=45.4

查表得稳定折减系数 =0.910

N/ A=（168.2+14.1）×103/(0.910×15.6×103)=12.8MPa＜[σ]= 180MPa

满足稳定要求。

4 结束语

（1）进行便桥桥墩台施工时，在墩台顶预埋定位挡块，防止便桥在使用过程中产生横移滑落。

（2）贝雷梁的位置放线后确定，以保证便桥中心线不偏移。

（3）为减少贝雷梁的磨损，在I32b工字钢分配梁与贝雷梁之间隔垫2cm硬杂木。

备注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看