钢引桥在跨堤结构中的应用
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摘 要：结合某高桩码头接岸引桥跨堤实例，从安全性、可实施性及相关主管部门要求各方面综合比较评价几种常见跨堤形式的优缺点，着重介绍了钢结构的特点，并以实例展示钢引桥在跨度较大时跨堤结构中的应用优势。
关键词：接岸引桥 钢引桥 预应力箱梁
1.引言
随着国内水运工程的日渐发展和完善，项目建设主管部门各方都越来越重视对于项目建设改变现状的影响，要求越来越严格。其中，水利主管部门对于码头接岸跨堤结构非常重视，要求较高，通常要求一跨过堤以减少对现状防洪堤的影响，本文通过分析比较了几种跨堤形式的优缺点，着重对钢引桥跨堤举实例展示了钢引桥在跨越防洪大堤时的应用优势。
2.常见跨堤形式的简述
目前，国内的内河码头建设都会遇到码头与后方陆域接岸跨越防洪大堤的情况。一般引桥跨堤有以下几种常见形式：①堤两侧做桥台，桥面平接堤面；②预应力结构混凝土；③钢引桥。
堤两侧做桥台，桥面平接堤面，桥台具有多种形式，主要分为重力式桥台、轻型桥台、框架式桥台、组合式桥台、承拉桥台等。采用此形式时，桥面平接大堤有利于行车流畅，且整体美观，工程费用低。但是通常码头运输车辆载重较大，对防洪大堤稳定性影响较大，需要对大堤采取相应的加固措施。即使采取了加固措施，如今，主管部门通常都不再批复这种跨堤形式。
预应力混凝土结构一跨过堤，桩基落在堤脚外，通常有预应力空心板、预应力T梁、预应力箱梁等。预应力混凝土结构跨堤形式是目前最常用的，跨堤形式简单，技术成熟，对大堤影响较小。缺点在于由于大跨度影响主梁较高，在梁底高程受限时，将会使得桥面会大幅高出堤面，从而影响大堤上的行车流畅性，同时跨堤之后放坡较长较陡，影响陆域平面布置使用，而且施工受大堤附近地形影响，施工困难，施工成本高。
钢引桥一跨过堤，桩基落在堤脚外，有普通桁架式、空腹拱桁式和实腹板梁式结构。由于梁高比砼结构梁高要小，对大堤影响相对更小，施工方便，可以分块预制后现场拼装焊接，无需大型设备辅助施工。当受到外部条件制约时，是最有效的方案。
3.钢结构的发展及应用
钢材具有自身强度高、塑性和韧性好、材质均匀、强度与质量密度之比较大、制作简便、施工周期短、回收方便等混凝土结构所不具备的优点，经常被用于建造大跨度建筑物。钢结构具有其自身材质的特性，在应用于实际工程中具有明显优势：
①延性好、塑性变形能力强、具有优良抗震性能，能够大大提高建筑物安全可靠性；
②钢结构整体自重轻，便于运输和吊装，可减轻基础的负荷，降低基础造价；
③钢材可在工厂内制作加工成型后再运至工地安装，受气候及天气影响小，且加工迅速，施工工序简单，不需要复杂材料设备，对环境污染也小；
④钢结构在使用过程中易于改造，并且可回收利用，节约资源；
⑤钢结构适用范围广，工艺成熟，易做成大跨度结构。
钢结构具有诸多优点，因而在工程界中被广泛应用。但钢结构在具有许多优点的同时，我们也不能忽视其突出的缺点─易锈蚀。因此对钢结构特别是薄壁构件须注意防护，处于较强腐蚀性介质的建筑物不宜采用钢结构。采用防腐措施时，钢结构在涂油漆前应彻底除锈，除锈质量和涂层厚度均应符合要求。在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在难于检查、维修的死角。
4. 实例比选
信义环保特种玻璃（江门）有限公司码头位于珠江三角洲西江西海水道天河～百顷头河段下段的右岸，建设1个3000吨级散杂货共用泊位，码头长138m。码头与后方陆域连接采用引桥结构，需跨防洪堤，跨堤段长约30m，引桥宽度8m，堤顶高程为5.00m。水利主管部门要求梁底标高在水位4.20m以上，要求一跨过堤。设计时主要考虑预应力小箱梁结构和钢引桥比选，最终采用钢引桥方案并已实施，详见图1～图3。
（1）方案比选。
采用预应力结构跨堤，如图4所示。本方案采用3根跨径30m预制的预应力箱梁现场吊装，单根箱梁重约108t，由于是跨堤段安装，外侧靠近堤防不允许开挖后浮吊作业。受地形条件制约，堤后回填上履带吊起重机作业，成本高且对大堤荷载较大，而直接用履带吊起重机在大堤内侧堤脚外起吊，吊幅较大，施工较困难，安装成本依然较高，且施工荷载对大堤稳定仍然有较大影响。且梁跨为30m，梁高和面层累积1.7m以上，高出堤顶面0.9m，必须在大堤面放坡0.9m使堤顶能满足大堤方向通车，放坡长度和坡度使跨堤结构整体外观效果不佳。跨堤后接路场放坡较长、较陡，对陆域布置使用影响大（如图4）。
采用钢引桥跨堤，如图5所示。本方案在满足水利部门梁底标高为4.20m时，桥面高程5.40m，大堤面放坡0.4m，放坡长度与坡度均较小，跨堤结构整体外观较好。可以分段分块预制好运至现场拼装焊接，施工简便。考虑到钢引桥跨堤段与引桥整体衔接美观流畅，其面层做了10cm混凝土铺装层，为防止开裂及与钢板连接牢固，浇筑前钢板面上焊设防爬钉40cm格形布置，并布置了钢丝网（如图5）。
综合比选，以上两种方案实施难度上，很明显钢引桥比预应力箱梁结构施工简便，且梁高要小，建成后接陆域放坡和沿堤走向放坡更有利满足使用要求。由于预应力箱梁需要大型设备辅助安装而钢引桥材料成本略高，综合投资相近。在施工条件受限时，需采用跨度大、梁高小、施工安装不受大堤地形限制的结构。因此，钢引桥是一种行之有效的跨堤结构型式。
（2）钢引桥计算。
30m跨径的钢引桥计算荷载为：两辆30t卸货车，梁高1.2m，整体现浇砼层0.1m（按自重荷载计），钢引桥立断面形式如图3所示（其中给出断面为支座处断面图），钢材材质采用Q235型，T梁翼板高160mm，厚20mm，每隔500mm布置一道，每150 0m m在T梁翼下布置腹板加劲板，腹板厚20mm，混凝土铺装层布设了防爬钉和钢丝网，人行道布置了构造钢筋，详见图6和图7。结构计算使用ANSYS结构有限元软件计算，采用SOLID92实体单元建模，详见图8。计算结果应力如图9所示，最大应力172Mpa≤205Mpa，最大挠度见图10所示，挠度值11.07mm≤L/600=50mm[4]。此外，通过软件对结构进行整体稳定性复核计算，该引桥结构稳定性也符合规范规定。
在30m跨度下，通常预应力箱梁结构需要梁高1.6m以上，而钢引桥结构以其轻质、高强度的特性，其梁高可以降低到1.2m，施工简便，综合施工措施费后总投资相近，钢引桥相比起预应力砼结构形式，在跨堤受施工外部条件限制时有明显适用性优势。
5. 结语
钢引桥以其轻质、高强度的特性，相比起预应力砼结构形式，可以大幅降低梁高，在梁高受限及施工条件受限制的实际工程中有明显适用性优势。并且钢引桥结构施工方便，不受地形条件限制，可以预先分部制作，然后现场拼装焊接，施工效率高。随着码头工程跨堤接岸要求越来越严格，为满足使用要求和施工方便，钢引桥将更为广泛的应用于跨堤结构。
参考文献：
[1]卢青法.某港口钢引桥荷载实验和技术状况评价[J]，水运工程，2008.
[2]王金方.浅议钢结构桥梁在我国的应用[J]，山西建筑，2009.
[3]易永会.关于建筑钢结构在我国的应用探讨[J]，建筑科学，2009.
[4]中华人民共和国交通部. JTS 152-2012水运工程钢结构设计规范. [S]，北京：人民交通出版社，2012.
[5]杨艳增，陈胜.装配式公路钢桥在港口桩基施工中的应用[J].水运工程，2013 .[6]文良东，高安荣，孙雄.可提升式贝雷钢桥在有通航要求河道中栈桥设计与应用.