ZB-200型裝配式鋼橋在水電站砂石加工系統(tǒng)中的應(yīng)用

譚滿江，劉朝暉

（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 前 言

ZB-200型裝配式公路鋼橋是我國(guó)新型交通戰(zhàn)備器材。在戰(zhàn)時(shí)國(guó)防交通中，用于快速架設(shè)臨時(shí)性梁，保障重型武器裝備和車輛迅速克服江河、斷橋、溝谷等障礙；在平時(shí)搶險(xiǎn)救災(zāi)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，除用于架設(shè)臨時(shí)性橋梁外，還可用于構(gòu)筑施工塔架、支承架等多種裝配式鋼結(jié)構(gòu)。ZB-200型鋼橋與我國(guó)原“321”裝配式鋼橋相比，橋梁構(gòu)件簡(jiǎn)單、架設(shè)方便、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、結(jié)構(gòu)形式多樣、承載能力強(qiáng)、適應(yīng)性好，可以保障履帶式荷載50t、輪式軸壓力13t以下的各種車輛通行。

ZB-200型鋼橋標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)挿譃閱诬嚨?.2m和雙車道7.56m兩種，基本結(jié)構(gòu)構(gòu)造根據(jù)一排桁架的片數(shù)和上下弦桿的加強(qiáng)類型區(qū)分，分為單排單層（SS、SSR型）、雙排單層（DS、DSR1、DSR2型）、三排單層（TS、TSR2、TSR3型）、四排單層（QS、QSR3、QSR4型）。當(dāng)設(shè)計(jì)荷載較大或者橋跨較大時(shí)，為進(jìn)一步提高桁架的抗彎能力，可將基本結(jié)構(gòu)構(gòu)造組合成雙層結(jié)構(gòu)。由于靠近支座的位置剪力較大，為提高桁架的抗剪能力，可將支座附近的桁架單元替換為高抗剪桁架單元，高抗剪桁架單元的腹桿采用方鋼替換標(biāo)準(zhǔn)桁架單元的槽鋼，將提供更高的抗剪承載力［1］。

ZB-200型鋼橋在公路交通的工程應(yīng)用中較多，一般無需計(jì)算，直接通過查表的方式即能確定設(shè)計(jì)方案。ZB-200型鋼橋用于承載水電站砂石過江系統(tǒng)的應(yīng)用較少，需要對(duì)該類型橋梁進(jìn)行計(jì)算研究后才能確定合適的設(shè)計(jì)方案。

1 工程背景

某水電站主體砂石系統(tǒng)皮帶機(jī)橋是該水電站下游約450m處的一座跨江橋。該水電站的主體砂石加工系統(tǒng)左岸成品砂及混合料通過過江橋上的帶式膠帶機(jī)輸送到右岸系統(tǒng)，該棧橋帶式膠帶機(jī)帶寬1200mm，帶速為2.5m／s，輸送能力為1700t／h。

橋位處覆蓋層以Qpal沖洪積物為主，厚度為3～5m，主要組成為塊石、礫石夾砂及粉質(zhì)黏土。巖層以灰綠色細(xì)粒至中粒狀片理化輝長(zhǎng)巖為主。

橋位處枯水時(shí)江面寬約57m，皮帶機(jī)系統(tǒng)底面設(shè)計(jì)高程距江面約20m，左岸側(cè)33m處為皮帶機(jī)系統(tǒng)左岸銜接點(diǎn)，右岸側(cè)30m處為皮帶機(jī)系統(tǒng)右岸銜接點(diǎn)。

由于該橋是水電站砂石系統(tǒng)過江的重要通道，為不影響水電站建設(shè)進(jìn)度，需要快速在汛期來臨前建成該橋。考慮到該橋?yàn)榕R時(shí)橋梁，使用年限不超過5年，經(jīng)充分研究，最終采用3孔ZB-200型裝配式鋼橋方案。

2 設(shè)計(jì)方案

本橋?yàn)樯笆?200mm帶式輸送機(jī)過江橋；設(shè)計(jì)荷載9kN／m（含沖擊力）；橋面寬度為凈-3.15m；通航標(biāo)準(zhǔn)為橋下非等級(jí)航道；設(shè)計(jì)洪水頻率為2%；設(shè)計(jì)使用年限為5年。

橋型方案采用（33.528＋57.912＋30.480）mZB-200型裝配式桁架連續(xù)梁橋，橋梁全長(zhǎng)121.920m。橋面凈寬為3.15m。橋型立面布置如圖1所示。

圖1 橋型立面（單位：mm）

下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了加快施工進(jìn)度，避免施工中裝拆模板的耗時(shí)，考慮到本項(xiàng)目橋墩高為18m，故橋墩采用鋼管混泥土柱的形式。

0、3號(hào)橋墩采用雙柱式墩，Φ1.016m鋼管混凝土柱＋Φ1m鋼筋混凝土嵌巖樁，鋼管中為鋼筋混凝土柱，柱間平聯(lián)采用Φ610mm×12mm鋼管。

1、2號(hào)橋墩采用雙柱式墩，Φ1.524m鋼管混凝土柱＋Φ1.6m鋼筋混凝土嵌巖樁，鋼管中為鋼筋混凝土柱，柱間平聯(lián)采用Φ914mm×12mm鋼管。

上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主梁為三跨連續(xù)梁體系，采用ZB-200型桁架作為主梁，為下承式結(jié)構(gòu)，中跨編組為雙排雙層加強(qiáng)DDSR型，邊跨為雙排單層加強(qiáng)DSR2型。由標(biāo)準(zhǔn)桁架單元（標(biāo)準(zhǔn)桁片）、高抗剪桁架單元（高抗剪桁片）、桁架銷子、端柱、加強(qiáng)弦桿、桁架螺栓、弦桿螺栓等構(gòu)成。支座附近剪力較大部位采用高抗剪桁片，0號(hào)墩大樁號(hào)側(cè)1節(jié)，1號(hào)墩小樁號(hào)側(cè)1節(jié)、大樁號(hào)側(cè)2節(jié)，2號(hào)墩小樁號(hào)側(cè)2節(jié)、大樁號(hào)側(cè)1節(jié)，3號(hào)墩小樁號(hào)側(cè)1節(jié)采用高抗剪桁片，其他部位采用普通桁片。

根據(jù)砂石系統(tǒng)過江橋面凈寬的要求，橋面凈寬為3.15m，橫梁由標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的6m縮短為4.7m，采用H400×200×8×13型鋼，橋面板為ZB200-202-000標(biāo)準(zhǔn)橋板，橫橋向三片布置。橫梁和橋面板中的構(gòu)件除花紋橋面板采用Q235鋼，其他都采用Q355鋼。

欄桿采用1.5m高鋼絲網(wǎng)架，網(wǎng)孔為60mm×60mm，鋼絲直徑4mm。標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖2。

圖2 鋼橋橫斷面（單位：mm）

3 計(jì)算分析

3.1 恒 載（見表1）

表1 中跨57.912m跨恒載合計(jì)（雙層4片梁）

3.2 砂石系統(tǒng)皮帶機(jī)荷載

荷載在兩側(cè)桁架的分配系數(shù)k1采用杠桿法進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

式中：e為荷載橫向偏心值；B為橋梁橫斷面中兩側(cè)桁架重心距。計(jì)算得：

荷載在單側(cè)兩片桁片間的分配系數(shù)k2根據(jù)《ZB-200型裝備式公路鋼橋使用維護(hù)說明書》彎矩計(jì)算時(shí)取1.1，剪力計(jì)算時(shí)取1.2［1-2］。

綜上，彎矩計(jì)算時(shí)qk1＝k1×k2×q0＝1.15×1.1×9＝11.4kN／m；剪力計(jì)算時(shí)qk2＝k1×k2×q0＝1.15×1.2×9＝12.5kN／m。

3.3 荷載組合

根據(jù)JTG D60—2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》，按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，荷載按基本組合考慮。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0取1.1。主梁承載力驗(yàn)算采用基本組合

3.4 計(jì)算結(jié)果（見表2）

表2 主梁承載力驗(yàn)算

4 ZB-200型裝配式鋼橋架設(shè)方案

由于本項(xiàng)目在汛期前的工期較短，枯水期不能準(zhǔn)確判斷，水位因素對(duì)棧橋施工影響很大，針對(duì)水位漲幅情況，橋梁架設(shè)擬定2種施工方案，以保證跨江棧橋施工進(jìn)度［3］。

方案一：在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工完成后，若水位上漲，橋墩附近的筑島被水位淹沒，汽車吊無法架設(shè)在主墩附近，不具備吊裝施工條件，則采用頂推法施工，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引及千斤頂頂推安裝棧橋主梁。架設(shè)流程為：①在一側(cè)岸邊墩臺(tái)間搭設(shè)施工平臺(tái)用于桁架片拼裝；②在施工平臺(tái)上拼裝邊跨桁架片就位；③采用卷?yè)P(yáng)機(jī)或千斤頂頂推桁架片，邊頂推邊拼接后面的桁架片并采用壓重措施；④將桁架片頂推至對(duì)岸墩臺(tái)；⑤安裝橋面系及附屬工程。

方案二：在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工完成后，若水位未上漲，橋墩附近的筑島未被水位淹沒，現(xiàn)場(chǎng)具備吊裝施工條件，則采用吊裝法施工，用汽車吊安裝棧橋主梁。架設(shè)流程為：①在兩側(cè)岸上拼裝邊跨整孔桁架片；②采用汽車吊吊裝兩側(cè)邊跨整孔桁架片至墩臺(tái)上；③在兩側(cè)岸上拼裝中跨半孔桁架片；④汽車吊架設(shè)在主墩筑島附近；⑤邊跨桁架片上采取壓重措施；⑥采用汽車吊吊裝兩側(cè)中跨半孔桁架片至墩臺(tái)上，并在墩頂將其與邊跨桁架片連接為整體；⑦中跨合龍；⑧安裝橋面系及附屬工程。

5 結(jié) 語(yǔ)

ZB-200型裝配式鋼橋具有快速化建造、可重復(fù)利用、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)符合國(guó)家大力發(fā)展裝配化建筑以及化解鋼材過剩產(chǎn)能的產(chǎn)業(yè)政策。在水電站砂石加工系統(tǒng)及其他需要緊急修建的臨時(shí)橋梁中有較大的應(yīng)用空間及價(jià)值。

目前，ZB-200型裝配式鋼橋選型計(jì)算按行業(yè)習(xí)慣考慮偏安全，雖能確保安全但也存在一定浪費(fèi)，期待后續(xù)類似項(xiàng)目在應(yīng)用此類結(jié)構(gòu)受力體系橋梁時(shí)，通過成橋試驗(yàn)等數(shù)據(jù)反饋，定量分析由于銷與孔之間存在設(shè)計(jì)間隙而導(dǎo)致“錯(cuò)孔撓度”效應(yīng)的影響，做到精細(xì)化設(shè)計(jì)。