大载重量施工便桥的设计

PAGEPAGE6大载重量施工便桥的设计搭设施工便桥是工程施工中常用的交通疏导手段，随着城市建设的快速发展，大载重量施工便桥的使用也越来越多。然而，由于设计方案不严谨、计算不科学而造成安全事故的情况时有发生。设计方案的安全性、适用性和计算的科学性是大载重量施工便桥设计时应遵循的主要原则。1案例概况某热力暗挖隧道4#竖井位于城市十字路口，竖井平面净尺寸为8.1×8.1m，深12m，竖井中心位于道路永中偏2m。东西和南北方向道路均为双向6车道，道路宽26m。其中，机动车道为双向4车道，每车道宽4m；非机动车道为双向2车道，每车道宽5m。见图1。由于4#竖井所在位置交通流量大，且时常有40吨以上的重型车辆通行，为了最大限度地保证车辆的正常通行，计划在进行逆做法施工的竖井上方搭设便桥，将竖井向对交通影响相对较小的南侧延伸，延伸部分作为竖井施工的通道。交通解决方案见图2。2便桥设计方案考虑到地面通行的重型车辆较多，且施工工期较长等因素，该便桥按公路—Ⅰ级汽车荷载（2辆重力标准值为550kN的汽车同时通过）设计。便桥主梁采用热轧普通I40a工字钢，主梁沿竖井东西方向放置，I40a工字钢密排（中心间距142mm）；主梁压在竖井混凝土锁口圈梁上0.6m并伸出圈梁外1.0m，在主梁下部两端垫放50mm厚木板；在主梁上垂直于主梁方向放置150×150×4000mm方木（相邻方木接头错开2m），方木密排；方木上铺设20mm厚钢板作为桥面板，钢板四周伸出I40a工字钢0.5m，与现况路面搭接，钢板块间焊接牢固，在钢板上焊φ10钢筋作防滑条。为了抵抗竖井逆做法施工过程中不断增大的自重土压力和汽车荷载引起的土压力，从锁口圈梁下部开始设盘撑，每隔1榀钢格栅设一道，间距1.2m。盘撑采用I28a工字钢。便桥设计方案见图3。3设计方案计算（1）计算分析由于主梁和方木均为密排，且与四周结构固定，故不计算方木、钢板受力及结构的整体稳定，计算重点是I40a工字钢主梁和竖井I28a工字钢盘撑。根据《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）》（以下简称《桥规》），桥梁结构的局部加载和挡土墙土压力的计算采用车辆荷载。I40a工字钢主梁验算时按最不利的公路—Ⅰ级车辆荷载横向布置（即2辆车同时相对通过）考虑，且采用最大的后轴重140kN作为重力标准值。考虑到钢板和密排方木对荷载的分散作用，按每个轮压由4根I40a工字钢主梁同时承担。竖井I28a工字钢盘撑承受的荷载由土自重引起的土压力和汽车荷载引起的土压力组成。根据《桥规》，汽车荷载引起的土压力可按竖井墙后破坏棱体上的车辆荷载换算为等代均布土层厚度来计算。（2）I40a工字钢主梁强度验算1）荷载计算①静荷载：20mm厚钢板重 q1=78.5×0.142×0.02=0.223kN/m150×150mm方木重q2=0.15×0.142×5.5=0.117kN/mI40a工字钢重q3=0.662kN/m静荷载标准值q=q1＋q2＋q3=0.223＋0.117＋0.662=1.002kN/m靠②长击活荷载：将公骑路挂—载Ⅰ江级车辆荷载和蛛汽车冲击力作俗为可变荷载。荡每根主梁所受伐每个轮压基为妹140/4×更2=17.5端k音N宴，主梁的冲击谊系告数袋μ昼按《桥规》棕取左0.45换(档结构基频经计卡算紧为劫24.1H云z堂，计算过程帅略刘)纳，则集中活荷繁载标准值棋为森p慈=逝（恶1除+蹄μ奏）婆×17.5荒=讲（搁1+0.4夺5纠）邪×17.5脑=25.37痛5kN队③疤蔽静荷载设计钱值扬Q=1.2q进=1.2×1迫.002=1蚁.202k夏N/m暮境译活荷载设计秃值毁P=1.4p篇=1.4×2所5.375笑=35.52宅5kN习车辆荷载横向倦布置时主梁的绘受力简图如误图缎4佩所示：2）内力计算蛮M切静狮=QL禽2疲/8=1.2区02×8.7升2报/8=11.观372kN航*m昂M鹊活车=2P治论×萝（隙1.8+1.类9+1.3/狂2裹）暮-P恒右×语（侮1.8+1.垂3/笼2丰）模-P洋研×1.3/2蜂=198.9来4kN*稻m卫M管x夺max转=M穴静牧+M肃活选=11.37暗2+198.命94=210蜘.312k档N*m循式中赞：加M随x讯max纸—袜—院x昨轴（强轴）截托面最大弯矩访，港童L咸—爬—带主梁计算跨径详。3）强度验算纯б鹿=搭M节x估max匹/矮W盗x慌=晋210.3败12×劳10背6轧/摸1慕090×赢10单3彩=192.9项47西N播/块mm同2活<秧[罪б疤]斧=215N鲜/怜mm窗2捏式中：溜W席x嚼—衔—盆x汪轴（强轴）截备面抵抗矩。鼻主梁强度满足越要求。抵（位3童）水I鞭40邮a铃工字钢主梁变掩形验算味主梁变形验算骗采用短期效应症组合，即取静益荷载标准值效他应与汽车荷温载胃(础不计冲击胜力牛)辟频遇值效应组尽合。1）荷载计算粘静荷载设计疼值拜Q=q=1.命002kN砌/m际活荷载设计堂值很P飘=库ψ覆p=0.7×描17.5=1孝2.25k朱N签式中肠：尊ψ—起—渗活荷载效应频瓣遇值系数，按观《桥规》汽车隙荷载渔取唇0.嘴7授。伴车辆荷载横向糠布置时主梁的群受力简图如愈图车5检所示：2）变形验算烤f悲静滩=5QL俊4蒸/384EI掌x没=5×1.0锄02×8.7活4暴×10歌12英/档384×2.氧1×辞10吼5氧×21720丝×层10砍4波=盘1.6mm顾f艘活秋=2P[1.澡9搬×贫（寒3×8.7宋2椅-4×1.9基2忧）叹+3.7辉×宇（柱3×8.7摇2牧-4×3.7家2税）第]/48EI鸣X轧=2×122哄50×104叹1.544×单10历9励/48×2.泪1×10归5旋×21720跪0×10涂4宗=治1.2mm承f=f底静呈+f柿活钩=1.6+1渗.2=匀2.8mm弯f/L=2.惯8/8700返=1/310颂7旷＜紫[f]=1建/1200凤式中惹：胶E棉—休—迟钢材弹性模量聪，方I痛x注—施—万x沿轴（强轴）惯革性矩，旨举f匆—粘—府主梁在荷载作慈用下的最大变白形量连，距[f坝]欢—掠—绿型钢容许变形橡量。创主梁变形满足倦要求。锣（元4粪）竖墨井艳I28螺a牺工字钢盘撑验支算通1若）等代均布土挖层厚半度开h粉继计算贸①易饭计爪算丹θ承（绘β区=0竖°版时，破坏棱体俯破裂面与竖直秤线间的夹角）假tan蚕θ拳=-ta列n培ω起+叛√链（粗cot考φ乎+ta拒n阅ω名）压（臣ta坡n锣ω沟-ta纺n椅α特）屠式中沈：斩ω疗=油α潮+皇δ防+抹φ散（此α典—制竖井墙背与竖外直面的夹角怜；拔δ晌—沉竖井墙背与填熊土间的摩擦角结；哭φ乘—烈土的内摩擦角睁。见舟图界6芝）。幸α铸=0种°锻，对于粉土堂取笋φ烂=20疫°庸，庄δ吉=游φ流/2=10愈°撑，则银，夹ω忠=30骂°滥。桐tan帅θ匙=-tan摇30°+阻√昆（躲cot古20°+t件an30抗°垂）择（呢tan30°语-tan0扰°优）啄=0.808微θ回=38.9°膝②辰洒计算等代均布拾土层厚送度供h躺l语0逼=H咳tan返θ毁=12×ta谊n38.9°践=化9.7m极h塔=复Σ冤G/B莲l念0葛γ筝=2×520邻/8.1×9断.7×21=勿0.63m式l津0痛—扇竖井墙体后填线土的破坏棱体禽长度；喂H终—圆竖井墙体高度揉；锁Σ枣G税—立布置根在意B×柜l戚0洒面积内的车轮抽的总重力，按获车辆荷载横向默布置时的中轴翁和后轴重计算住；尘B下—塔竖井墙体宽度横；鹊γ掌—很土的重力密度侄（博kN/m鹅3僵）。裙2有）盘撑荷载计秤算华车辆荷载作用辽下的计算简图充见唯图吊7斩。丘作用在竖井深凡度西X交处的土压力强晃度茄Qx锤=鼓μ柏γ更（启h+加X厦）颗式中跟：梁μ繁为主动土压力搞系数净，累μ挂=tan薄2槐（奉45°缩-唐φ饥/闹2肯）够=0.4感9蓄。愚位于竖井最底根部的盘撑所受到土压力强度最美大，假定其承境担竖井底部以酒上榜1.2m活（盘撑间距）将高度范围的土骗压力，且假定刃盘撑支撑在该次部分土压力的盛作用点处。标Q惧10.8景=拘μ呜γ冒（孝h+10.盼8甲）纳=0.49×景21×(0.俯63+10.磨8)=117条.61kN阀/m西2诞Q够12荐=罚μ集γ找（弓h+1窗2璃）纹=0.49×坛21×(0.际63+12)鼓=129.9欧6kN/m木2芬则，作用在盘窜撑上的土压力匪标准值樱为牧q=(Q蜂10.8地+Q汗12努)×1.2/冬2=148.言54kN/膝m眠3袄）盘撑强度验箭算俩为简化计算，齐取最大鼠跨异2舟m族按简支梁计算农。内力计算狭M蛛x渐max狼=1.2猴qL燃2泪/8=1.2躺×148.5终4×2秘2循/8=89.窄124kN闷*m强度验算远б淹=薯M稼x榴max萍/捉W钞x型=翻89.12背4×坚10裤6针/508.1担5×目10王3房=175.3识9聪N只/佳mm章2誉<磨[因б茂]耗=215N怎/声mm默2碑式中：唤W吨x潮—舰—冈x份轴（强轴）截哪面抵抗矩。她盘撑强度满足着要求。完4垦）盘撑变形验殊算华f=5q翻L瘦4也/384EI村x疼=5×148蹦.54×2大4硬×10壁12仇/结384×2.滩1×欣10食5溜×7114.肿14×神10达4袍=竟2.07mm笛f/L=2.滑07/200方0=1/96掌6佣＜逼[f]=1晌/400港式中医：节E逝—和—贺钢材弹性模量嫌，惊I同x指—跨—长x汁轴（强轴）惯服性矩，夺朴f架—宴—羊盘撑在荷载作逃用下的最大变芬形量秤，时[f决]竞—警—唤型钢容许变形框量。跪盘撑变形满足锡要求。正5直）盘撑整体稳密定性验算域M支x透max刃遥/走φ蒜b紧W伤x头=套89.12愚4×岂10妥6羊/2.1×5刃08.15×苹10屠3楼=83.52括N楼/田mm叫2告<资[恒б会]疫=215N遗/臂mm悲2装式中只：棵φ裕b拼—寸—呈梁的整体稳定借系数。宣盘撑整体稳定头性满足要求。结语救经过近一年使母用期的检验，跌该便桥的使用蜓功能和竖井结践构变形始终处断于受控状态。旅从本方案的有吐效实施中得到类以下几点启示辫：普大载重量便桥探设计时要本着星安全第一的原咸则，结合现场恩实际情况、经铃济能力等请因素确定便桥妈的结构形式；炒计