某臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)便道橋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算與分析研究

祝孝成 劉晉華

（河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司， 河南 鄭州 450006）

1 工程概況

某臨時(shí)鋼便橋跨徑組合為（1.5+10×8+1.5）m，寬度為5m，橋面面積450m2，該便道橋基礎(chǔ)為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)共11處，每處基礎(chǔ)長、寬、高分別為6m、2m、0.6m，每個(gè)基礎(chǔ)上預(yù)埋3塊0.85m×0.85m的鋼板，鋼板上焊接直徑0.4米、高2米的鋼柱3根，每個(gè)條形基礎(chǔ)的3根鋼柱頂安裝2H500×200×8×10型鋼做支撐梁；在支撐梁上沿便橋長的方向安裝6根H500×200×8×10型鋼，做便橋支撐梁，上鋪10mm厚的鋼板做橋面；橋面兩側(cè)設(shè)置1.28m高的直擋鋼欄桿。為加強(qiáng)鋼柱的穩(wěn)定性，縱向每隔2跨用L125×80×8的角鋼成十字形連接相鄰鋼柱，增加鋼柱強(qiáng)度。

2 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算依據(jù)及內(nèi)容

主要依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）、《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 025-86），并結(jié)合該橋?qū)嶋H情況，主要對(duì)該橋進(jìn)行了強(qiáng)度驗(yàn)算（包括抗彎強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度）和下部鋼柱的剛度驗(yàn)算。

3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算模型及荷載

3.1 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算模型建立

計(jì)算采用MIDAS/Civil有限元軟件建立模型。鋼主梁采用H型截面梁單元，橫向鋼支撐梁采用鋼箱型截面梁單元，鋼柱采用管型截面梁單元，柱間斜向支撐采用角鋼型截面桁架單元，鋼橋面板采用板單元；主梁與橫向支撐梁、橫向支撐梁與鋼柱之間的連接均采用彈性連接中的剛性模擬，鋼柱底部采用一般支承模擬。模型劃分為856個(gè)梁單元、32個(gè)桁架單元、742個(gè)板單元，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型見圖3.1。汽車荷載按1車道最不利情況進(jìn)行影響線加載?？紤]到鋼柱底部銹蝕較嚴(yán)重，最下端50cm其壁厚取用6mm。

圖3 .1 結(jié)構(gòu)分析有限元模型

3.2 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算作用荷載及組合

3.2.1 永久荷載

上部結(jié)構(gòu)的鋼材采用容重78.5kN/m3；橋面鋪裝為10mm厚鋼板，其自重計(jì)算采用容重78.5kN/m3；鋼欄桿單側(cè)取值0.42kN/m。

3.2.2 可變荷載

客車荷載，其型號(hào)為EQ6800LHT1，產(chǎn)品商標(biāo)為東風(fēng)超龍，車長8040mm，寬2480mm，高3160mm，軸距3800mm，最大質(zhì)量為10150kg；人群荷載為20×85=1700 kg；溫度荷載：體系升溫20℃，體系降溫-15℃。

3.2.3 荷載組合

依據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 025-86）第1.2.10條與《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021-89）第2.1.2條的規(guī)定，結(jié)合橋梁實(shí)際狀況，該橋驗(yàn)算采用如下荷載組合I：橋梁自重+可變荷載+溫度影響力。

3.2.4 規(guī)范容許值

鋼結(jié)構(gòu)參照《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 025-86）中的規(guī)定，容許應(yīng)力如下取值：軸向應(yīng)力[σ ]=200MPa，彎曲應(yīng)力[σw]=210MPa，剪應(yīng)力[τ ]=120 MPa。該橋?yàn)榕R時(shí)性結(jié)構(gòu)，計(jì)算時(shí)采用荷載組合I，因此容許應(yīng)力提高系數(shù)為1.4。依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）第7.7.2條的規(guī)定，結(jié)合該橋現(xiàn)場實(shí)際狀況，確定該橋驗(yàn)算承載能力檢算系數(shù)為0.85。

4 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果分析

強(qiáng)度驗(yàn)算主要包括抗彎強(qiáng)度（彎曲應(yīng)力）和抗剪強(qiáng)度（剪應(yīng)力）計(jì)算

（1）抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

在荷載組合I下橋梁彎曲應(yīng)力如圖4.1所示。

圖4 .1 組合I 作用下橋梁彎曲應(yīng)力（MPa）

由圖4.1可知，在組合I作用下橋梁彎曲應(yīng)力為-240.8MPa～227.2MPa，小于容許應(yīng)力0.85×1.4×210=249.9MPa，則組合II作用下橋梁抗彎強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，但是安全儲(chǔ)備較低。

（2）抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

在荷載組合I作用下橋梁剪應(yīng)力如圖4.2所示。

圖4 .2 組合I 作用下橋梁剪應(yīng)力（MPa）

由圖4.2知，在組合I作用橋梁剪應(yīng)力：-36.4MPa～36.2MPa，小于容許應(yīng)力0.85×1.4×120=142.8MPa，則組合I作用下橋梁抗剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

（3）鋼柱剛度驗(yàn)算

下部鋼柱的回轉(zhuǎn)半徑：

D、d分別為鋼柱的外徑和內(nèi)徑大小分別為426mm、410mm；

因鋼柱上部與橫向支撐梁固結(jié)，鋼柱下部與基礎(chǔ)固結(jié)，故鋼柱可視為兩端固結(jié)的結(jié)構(gòu)，長度系數(shù) μ=0.5。

則鋼柱的壓桿柔度λ：

因此下部鋼柱的剛度驗(yàn)算滿足要求。

5 結(jié)論

通過對(duì)該鋼便橋進(jìn)行驗(yàn)算分析，得出以下結(jié)論：

（1）在本次驗(yàn)算荷載組合下，橋梁抗彎強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，但是安全儲(chǔ)備較低，下部鋼柱的剛度驗(yàn)算滿足要求。

（2）但該橋在焊縫病害未處理及未增加H型鋼主梁之間橫向聯(lián)系狀態(tài)下，20座客車在核載人數(shù)情況下（每次一輛，限速5km/h，勻速居中行駛）通過該橋時(shí)，存在安全隱患。

（3）該橋在焊縫病害處理完好及增加H型鋼主梁之間橫向聯(lián)系狀態(tài)下，能確保20座客車在核載人數(shù)情況下（每次一輛，限速5km/h，勻速居中行駛）安全通過該橋，但是安全儲(chǔ)備較低。