橋梁環(huán)境屏障支撐立柱設(shè)計及強(qiáng)度計算

周玉杰 丁振婷 湯敏

摘 ? 要：環(huán)境屏障通過支撐立柱安裝在公路橋梁防撞墻的上表面或側(cè)面，用以減小車輛對周邊環(huán)境的影響。目前在防撞墻上表面安裝的技術(shù)成熟，但在防撞墻側(cè)面安裝的工程應(yīng)用較少。針對防撞墻側(cè)面安裝的情況，本文設(shè)計了一種新型的支撐立柱結(jié)構(gòu)，并對其強(qiáng)度進(jìn)行了校核。結(jié)果表明，此種支撐立柱的結(jié)構(gòu)形式穩(wěn)定可靠，可以很好的滿足安裝和強(qiáng)度要求。

關(guān)鍵詞：環(huán)境屏障 ?支撐立柱

中圖分類號：TU528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）05（a）-0040-02

隨著社會的不斷發(fā)展，高架橋梁或公路橋梁越來越多，橋梁上行駛的車輛對周邊環(huán)境造成了聲、電磁等干擾，相應(yīng)的聲屏障、電磁屏障等環(huán)境屏障對改善特定區(qū)域內(nèi)的環(huán)境起到了重要作用。橋梁環(huán)境屏障通過支撐立柱安裝在橋梁兩側(cè)防撞墻的上表面或側(cè)面。支撐立柱位于防撞墻上表面技術(shù)成熟;但支撐立柱安裝于防撞墻側(cè)面的結(jié)構(gòu)形式相對復(fù)雜，工程經(jīng)驗較少。

某一環(huán)境屏障工程，因其特殊要求，需要將環(huán)境屏障的支撐立柱安裝于防撞墻側(cè)面，本文為此設(shè)計了一種支撐立柱側(cè)面安裝的結(jié)構(gòu)形式，并針對環(huán)境屏障所受荷載（主要為環(huán)境屏障自身重力和風(fēng)荷載），對支撐立柱及安裝螺栓強(qiáng)度進(jìn)行分析。

1 ?環(huán)境屏障支撐立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計

環(huán)境屏障主要由支撐立柱和屏障單元兩部分組成，支撐立柱安裝在防撞墻側(cè)面，屏障單元安裝在支撐立柱上，支撐立柱對整個環(huán)境屏障起到支撐固定作用。單塊屏障單元寬度為2000mm，高度為1200mm。高度方向3塊屏障單元疊加安裝，寬度方向根據(jù)所需屏蔽區(qū)域進(jìn)行兩側(cè)延伸。

支撐立柱分為支撐桿和托架兩部分組成，支撐桿底部焊接固定底座，側(cè)面焊接有扶正固定件;托架主要分為上安裝板、側(cè)安裝板和加強(qiáng)筋三部分，選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼板進(jìn)行焊接成形。托架安裝在防撞墻側(cè)面，支撐桿底部與托架連接，側(cè)面通過扶正固定件進(jìn)行扶正。支撐桿與托架的連接選用M20高強(qiáng)度螺栓，支撐立柱與防撞墻連接均選用M24高強(qiáng)度螺栓。

2 ?環(huán)境屏障支撐立柱強(qiáng)度計算

環(huán)境屏障工程架設(shè)地點位于云南，結(jié)構(gòu)承受的主要荷載為環(huán)境屏障自重和自然風(fēng)荷載。環(huán)境屏障結(jié)構(gòu)自重取決于實際使用的材料。支撐立柱所受風(fēng)載荷：

式中，ω風(fēng)：風(fēng)壓;V：風(fēng)速;K1：建筑物常數(shù)（高速公路的大中型橋為1）;K2：風(fēng)荷載體型系數(shù)，取1.3;K3：風(fēng)壓高度常數(shù)，取1.13;K4：地形特征系數(shù)，取1.2。A：迎風(fēng)面積。查詢設(shè)計規(guī)范[1]，K3取1.13，K4取1.2。。

通過查詢相關(guān)設(shè)計規(guī)范[2]，當(dāng)?shù)匕倌暌挥龅淖畲箫L(fēng)速為26.3m/s，高度3.4m，間距2m計算，迎風(fēng)面積為6.8m2。單根立柱上所受的風(fēng)荷載為：F=5181.6N。

用ANSYS軟件建立模型，并在相應(yīng)位置施加風(fēng)荷載和自身重力。結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，支撐立柱最大位移出現(xiàn)在立柱頂端，最大應(yīng)力出現(xiàn)在支撐立柱扶正處。

支撐立柱的最大位移（變形量）;支撐立柱的最大應(yīng)力，;鋼材的許用應(yīng)力，。

可以看出：此種情況下，在風(fēng)速26.3m/s時，支撐立柱安全。

3 ?支撐立柱安裝螺栓強(qiáng)度驗算[3]

鋼與混凝土摩擦面的抗滑移系數(shù)為0.45，鋼與鋼摩擦面的抗滑移系數(shù)為0.35。8.8級M20的高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力P為125kN，M24的高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力P為175kN[4]。

單根螺栓受拉力：;單根螺栓受剪力：;

單根螺栓受拉承載力：;單根螺栓受剪承載力：。

M：彎矩;n：螺栓數(shù)量;nf：傳力摩擦面數(shù)量;L：作用力臂;μ：抗滑移系數(shù)。

4 ?結(jié)語

針對環(huán)境屏障在防撞墻側(cè)面的安裝情況，本文對支撐立柱的結(jié)構(gòu)形式、計算校核做了詳細(xì)的闡述與分析。結(jié)果表明：此種結(jié)構(gòu)形式設(shè)計新穎、簡單、可靠，能夠在保證強(qiáng)度的情況下兼顧安裝的可操作性。此種設(shè)計已在實際工程中得到了應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50009-2012，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[S].30-57.

[2] JTG D60-2004，《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》[S].38-53.

[3] 顏堅，王乾鎖，韋勇.高速鐵路插板式聲屏障抗彎能力有限元分析[J].環(huán)境工程，2012（30）：75-78.

[4] GB50017-2003，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[S].76-77.