浅谈青岛海湾大桥栈桥桥面系受力分析

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摘要：青岛海湾大桥三合同段工程除被交道路改建外均为海上施工，海上施工在于施工环境的转换，它在很大程度上依赖于临时设施的搭设，只有有针对性、阶段性的施工完临时工程，才能展开主体工程的流水施工，才能保质保量如期完工。便桥主纵梁选用321军用贝雷架，下横梁采用I45a工字钢，桥墩采用Φ800×8mm（2根）和Φ600×8mm（过渡墩处4根）钢管桩,钢管桩中心间距4.0m，3孔一联,为加强基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用[20号槽钢以平联加剪刀撑的形式连接成整体，墩顶横梁采用2I45a工字钢，放在钢管桩槽口内，与牛腿焊接。便桥拟采用的结构形式为六排单层贝雷桁架，贝雷片间距0.45m，三片为一组,组与组之间每3米设一道剪刀撑（用[8槽钢制作,螺栓连接），贝雷梁与下横梁连接用槽钢或角钢焊接限位。贝雷组净距为2.6m，标准跨径为15m；横向分配梁为I25a型工字钢，间距0.75m,贝雷梁与I25a横向分配梁采用骑马螺栓连接；纵向分配梁为I12.6，间距为0.35m,I25a横向分配梁与I12.6纵向分配梁采用点焊定位；桥面板采用10mm的钢板，满铺，间断焊接连接。护栏立杆采用Φ48mm的钢管焊接在横向分配梁上，高度1.5m,间距1.5m；扶手采用Φ48mm的钢管与立杆钢管焊接连接；竖直方向每40cm焊接一道Φ6的圆钢作为横撑。

关键词：桥面系栈桥计算 海湾桥

1前言

根据青岛海湾大桥3合同段的具体地质情况、水文情况和气候情况，海湾内低潮位不能满足船舶吃水要求，施工海域受季风、大雾及风浪影响较大，为满足施工总体进度要求以及安全生产和环保方面的需要，我部拟采用全便桥方案。一期便桥总长2500m，宽6m，顶标高+6.10m。沿着便桥每500m设错车平台一座。便桥两侧设栏杆，下部结构采用钢管桩基础，上部结构采用贝雷和型钢的组合结构。便桥布设原则一是便利施工，以确保工程进度；二是利于现场施工的集中管理。

2、桥面系荷载布置相关技术指标

2.1技术标准

设计荷载：重车550KN(实际荷载40t砼车)、履带-100（实为履带－50，吊重50t）；设计行车速度：15km/h；设计使用寿命：3年；水位：取50年一遇最高水位+3.20m；浪高3.01m；一般冲刷深度考虑1.6m；设计风速：32m/s。

2.2荷载布置

2.2.1上部结构恒载（6米宽计算） ：δ10钢板：6×1×0.01×7.85×10=4.71KN/m；I12.6纵向分配梁：2.562KN/m（0.35m间距）；I25a横向分配梁：1.904KN/根（0.75m间距）；贝雷梁：6.66KN/m下横梁2I45a；工字钢：19.3KN/根

2.2.2车辆荷载

根据《桥梁施工工程师手册》1-3-9车辆计算荷载，

2.2.3施工荷载及人群荷载：4KN/m2

3、上部结构内力计算

3.1桥面钢板内力：纵向工字钢间距35cm，作用在桥面钢板上的车辆荷载轮压宽度大于工字钢间距，桥面钢板受力按均布力计算

3.1.1工况1、重车550KN作用荷载分析（计算宽度取1.0m）

（1）、自重均荷载：q1=1.0×0.01×10×7.85=0.785KN/m

（2）、施工及人群荷载：不考虑与汽车荷载同时作用

（3）、根据图2.2.1重车550KN后轴单侧承重取70KN，则轮压为:q2=70/0.6=116.7KN/m,由荷载分析可确定，自重荷载及施工人群荷载可忽略不计。q=q2=116.7KN/m跨中弯矩 M=ql2/8=116.7×0.352/8=1.787KN•m； W=bh2/6=1.0×0.012/6=16.7×10-6m3；σ=M/W=107MPa

3.1.1工况2、履带―100作用荷载分析（计算宽度取1.0m）：

（1）、自重均布荷载：q1=1.0×0.01×10×7.85=0.785KN/m

（2）、施工及人群荷载：不考虑与履带吊同时作用

（3）、履带―100轮压：q2=1000/4.5/2×1/0.7=158.7KN/m

由荷载分析可确定，自重荷载及施工人群荷载可忽略不计。q=q2=158.7KN/m；跨中弯矩 M= ql2/8=158.7×0.352/8=2.43KN•m；W=bh2/6=1.0×0.012/6=16.7×10-6m3

σ=M/W=145.5MPa

结论：通过以上计算分析，桥面板采用δ10 的钢板满足受力要求。

3.2、I12.6纵向分配梁内力

3.2.1工况1、重车550KN作用单边车轮作用在跨中时，I12.6弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力。荷载分析：

1）自重均布荷载：忽略不计

2）施工及人群荷载：不考虑与汽车同时作用

3）汽车轮压：最大轴重为140kN，每轴2组车轮，则单组车轮荷载为70kN，车轮着地宽度和长度为0.6m×0.2m，单组车轮作用在2根I12.6上（两根工字钢净距20cm），则单根I12.6受到的荷载为：Q=1/2×70kN =35kN；M=QL/4=35×0.75/4=6.563KN.m；W=77.5cm3；则σ=M/W=84.7MPa

3.2.2工况2、履带―100作用荷载分析：

1）自重均布荷载：忽略不计

2）施工及人群荷载：不考虑与履带吊同时作用

3）履带―100轮压：履带接地轮压为112kN/m，此时由3根工字钢承受单侧轮压，M=ql2/8=112×0.752/8=7.875KN.m；W=77.5cm3；σ=M/（3W）=33.9MPa

结论：通过以上计算分析，纵向分配梁采用I12.6的工字钢满足受力要求。

3.3、I25a 横向分配梁内力计算

拟选用I25a 则 A=48.54 cm2 W=402cm3I=5017cm4S＝230.7cm3

3.3.1工况1、重车550KN作用

单边车轮作用在跨中时，横向分配梁的弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力，荷载分析：

（1）、自重均布荷载：忽略不计

（2）、施工及人群荷载：不考虑与汽车同时作用

（3）、重车550KN单边车轮压力：70KN

单边车轮布置在跨中时弯距最大，M=QL/4=70×2.6/4=45.5KN.m当后轴两组车轮均放在跨中工字钢上且位于梁端时，横向分配梁所受剪力最大剪力Q＝91.5KN；I/S＝5017cm4／230.7cm3＝21.7cm ；b=0.8cm；则σ=M/W=113.2MPa

3.3.2工况2、履带―100作用荷载分析：

（1）、自重均布荷载：忽略不计

（2）、施工及人群荷载：不考虑与履带吊同时作用

（3）、履带―100单边车轮压力：500KN

一边车轮到桥边保留足够的安全距离，一边车轮布置在梁跨上时弯距最大，此时由6根I25a工字钢承受单边车轮，轮压力为简化计算可作为集中力， Mmax=500／6×0.95／2.6×1.65＝50.24KN.m

剪力Q＝500／6×1.65／2.6＝52.9KN；则σ=M/W=125.0MPa

I/S＝5017cm4／230.7cm3＝21.7cm b=0.8cm满足强度要求。

结论：通过以上计算分析，横向分配梁采用I25a的工字钢满足受力要求。

4.结束语

通过各个工况的荷载分析及受力计算，均满足受力要求