贝雷梁钢栈桥承载能力评定研究.pdf

桥|隧|工|程贝雷梁钢栈桥承载能力评定研究李欣然（广西交投科技有限公司，广西南宁53 0 0 2 2)摘要：文章以拟通行总重6 0 0 kN罐车的某贝雷梁钢栈桥为研究背景，通过对钢栈桥的基本资料进行核查及外观检查，结合有限元模型计算，分别对贝雷梁强度和挠度、承重横梁的强度和挠度、钢管桩的强度和稳定性等进行验算。结果表明，钢栈桥目前的承载能力可满足总重6 0 0 kN的罐车通行要求。关键词：贝雷梁；钢栈桥；承载能力验算中图分类号：U448.18文献标识码：ADOl：10.13 2 8 2/j.c n k i.Wc c s t.2 0 2 3.0 8.0 3 2文章编号:16 7 3-48 7 4(2 0 2 3)0 8-0 10 0-0 30引言(2)钢结构荷载作用下的变形评定如下 3：2资料核查和外观检查多年以来，贝雷梁钢栈桥作为公路桥梁施工跨越河道桥梁基本资料核查：收集该桥梁建设资料及图纸、和水上作业平台的临时结构，得到最为广泛的应用。作为建成时间、拟通行车辆及最大载荷，现场核查桥梁主要的临时结构通道，往往需要通行较特殊的车辆，对已经使用结构数据。根据现场核查，该钢栈桥的跨径组合为一定年限后的贝雷梁钢栈桥承载能力是否还满足通行要(10.5+6.0+3 9.0+7.5+3.0+7 9.0+3.0+4 求，需要做进一步的检测和评定 门。本文以某实际使用29.0)m，共设置2 个制动墩。横向设置3 组贝雷片，每组年后的贝雷梁钢栈桥为例，通过资料核查、外观检查和采2排，桥面板宽6.0 0 m。用MidasCivil软件对其结构进行验算 2，并系统评定其外观检查以目测为主，结合测量设备进行，并拍照各个部件承载能力是否满足总重6 0 t的罐车通行要求。记录。外观检查结果：该桥主要病害为锈蚀，大部分贝雷梁均出现涂层脱落、钢表面锈蚀，未脱漆的贝雷梁涂层老1工程概况化变色；贝雷片弦杆、斜杠、支撑花架、螺栓、连接销、保险该钢栈桥建成于2 0 2 0 年11月，全长17 1m，桥面宽销、贝雷组间联系、横向工字梁、承重横梁、钢管桩、剪刀度为6 m，其上构为3 2 1型装配式贝雷钢桥部件组建上撑、焊接节点板均存在大面积锈蚀状况。承型式钢栈桥，单层3 组贝雷梁结构。下构为钢管桩基3检算系数Z值的确定础焊接6 3 0 mm壁厚10 mm)的钢管立柱，立柱顶吊装I40b工字钢作为承重横梁，横梁上安装3 2 1型贝雷片，再铺设I20b工字钢，在I20b工字钢上铺设10 mm厚的花纹钢面板。桥梁后续需要通行最大6 0 t重的罐车。桥梁立面和横断面布置如图1、图2 所示。信都染1050,609_900,900,900,750,300900,900,900900,900900900300900,900,900图1钢栈桥立面图（cm）60010mm标准桥面花纹钢板横向分配梁12 0 b30cm321型贝雀染10槽钢承重梁2 140 h联系剪刀撑 2 0 a型钢钢管桩$630mm8mm口图2 钢栈桥横断面图（cm）作者简介：李欣然（19 8 8 一），工程师，研究方向：桥梁工程技术。根据公路桥梁承载能力检测评定规程（JTG/TJ21-2011)第7.4条钢结构承载能力评定规定：（1)钢结构桥梁结构构件强度、总体稳定性和疲劳强度验算应按现行公路桥涵设计规范执行，其应力限值取值为Z,。；瓦窖头900faZ.L门式中：门一容许变形值；Z,一一承载能力检算系数。检算系数Z，取值：根据外观检查结果，本桥钢结构锈蚀面积已超50%以上，根据公路桥梁承载能力检测评定规程（JTG/TJ21-2011),该桥的承载能力计算系数Z,取0.8 5，即其应力限值和钢管桩稳定性取值为0.85、结构变形限值为0.8 5 门。4承载能力计算4.1建立有限元模型4.1.1材料根据桥梁资料及参考装配式公路钢桥制造（JT/T728-2008）、装配式公路钢桥多用途使用手册等资料，并依据公路钢结构桥梁设计规范（JTGD64一2 0 15）钢(1)100西部交通科技VemiemncinsCommunications Science&Technology贝雷梁钢栈桥承载能力评定研究/李欣然材的设计强度指标，考虑到装配式公路钢桥为限制荷载的临时性桥梁，其容许应力可提高1.3 倍 4，该桥的材料特性如表1所示。表1材料特性表抗压拉弯抗剪弯强构件截面钢号名称型式贝雷片Q3452.06E+11 7.70E+04弦杆贝雷片斜杠贝雷片支7 55 Q235 2.06E+11 7.70E+04撑花架横向LobQ2352.06E+11 7.70E+04分配梁承重2L.ob横梁贝雷组1Q235 2.06E+11 7.70E+04间联系钢管桩6308 Q235 2.06E+11 7.70E+04钢管桩间20a剪刀撑注：表中强度设计值已包含了提高系数1.34.1.2有限元模型贝雷片弦杆、斜杆、支撑花架、横向分配梁、承重横梁、贝雷组间联系、钢管桩和剪刀撑均用梁单元模拟，花纹钢面板用板单元模拟，纵向贝雷片之间的节点释放梁端约束(即释放3 个方向的转动约束)。根据跨径大小和最不利原则，本次建模为第15跨。有限元模型如图3所示。图3 钢栈桥第1 5跨有限元模型图4.2定义荷载组合该桥拟通行混凝土罐车总重为6 0 0 kN，考虑桥梁自重、活载及冲击系数、温度影响，荷载组合如下：（1)结构强度、钢管桩稳定性按承载能力极限状态进行计算：工况一：1.2 自重+1.3 1.4罐车活载。工况二：1.2 自重+1.3 1.4罐车活载+1.0 5温升20。工况三：1.2 自重+1.3 1.4罐车活载+1.0 5温降15。(2)结构挠度按正常使用极限状态进行计算：弹性模量容重强度设计值度设计值(N/)(N/)(N/mm)(N/mm)357.5208Q345 2.06E+11 7.70E+04357.5247247Q2352.06E+11 7.70E+04247247247Q2352.06E+11 7.70E+04247工况四：自重+罐车活载。工况五：自重+罐车活载+温升2 0。工况六：自重+罐车活载+温降15。4.3各构件计算结果（1)根据计算系数乙，值和荷载工况组合，贝雷梁强208度和挠度计算结果如表2、表3 所示。表2 贝雷梁强度计算结果表143折减后拉压弯构件荷载拉压弯应力应力计算值名称工况容许值143(N/mm2)24.23143贝雷片二弦杆143三24.0321.04143贝雷片斜杠三21.01143表3贝雷梁挠度计算结果表跨径荷载贝雷片位置(m)第1跨10.5第2 跨6第3 跨9第4跨9第5跨9注：表中折减后挠度容许值=0.8 5（L/500),L表示计算跨径由表2、表3 可知，贝雷梁拉压弯应力、剪应力和挠度计算值均小于折减后的容许值，满足要求。(2)根据计算系数Z，值和荷载工况组合，承重横梁强度和挠度计算结果如下页表4、表5所示。折减后剪应力剪应力计算值容许值(N/mm2)(N/mm2)303.88141.8925.04303.88303.88303.8821.23303.88303.88挠度工况计算值(mm)四7.07五4.08六9.34四3.73五0.71六5.99四5.39五2.36六7.65四5.45五2.43六7.72四5.63五2.60六7.89(N/mm)176.8141.86176.8141.92176.82.42176.82.43176.82.45176.8折减后挠度容许值（mm)17.8517.8517.8510.210.210.215.315.315.315.315.315.315.315.315.32023年第8 期总第19 3 期10 1桥隧工程表4承重横梁强度计算结果表折减后拉压弯构件荷载拉压弯应力应力计算值计算值名称工况容许值(N/mm2)(N/mm2)14.23209.95承重14.07横梁三14.75表5承重横梁挠度计算结果表承重跨径荷载横梁(m)0#台处横梁4.41#墩处横梁4.42#墩处横梁4.43#墩处横梁4.44#墩处横梁4.45#墩处横梁4.4注：表中折减后挠度容许值=0.8 5（L/500)，L表示计算跨径由表45计算结果可知，承重横梁拉压弯应力、剪应力和挠度计算值均小于折减后的容许值，满足要求。(3)根据计算系数Z,值和荷载工况组合，钢管桩强度计算结果如表6 所示。表6 钢管桩强度计算结果表拉压弯折减后构件荷载拉压弯应力应力计算值计算值名称工况容许值(N/mm)(N/mm2)12.01209.95钢管桩二13.01三12.23由表6 计算结果可知，钢管桩拉压弯应力计算值、剪应力计算值均小于折减后的容许值，满足要求。(4)钢管桩稳定性计算结果。依据钢结构设计标准（GB50017-2017)整体稳定性计算：钢管桩采用一端固结一端铰接，计算长度系数为=0.7,钢管桩高度h=11.2m,钢管桩面积A=折减后1.563104mm,惯性矩I=7.86110mm4,惯性半径剪应力剪应力容许值(N/mm)(N/mm)38.79121.55209.9538.76209.9538.77挠度折减后挠度工况计算值(mm)容许值(mm)四2.86五0.18六4.87四3.08五0.40六5.09四2.79五0.12六4.81四3.02五0.34六5.03四3.09五0.41六5.10四3.56五0.88六5.57剪应力折减后剪应力容许值(N/mm2)(N/mm2)4.03121.55209.953.88209.954.14i=224.264mm，长细比入=h/i=34.959，满足钢结构设计标准(GB50017-2017)第7.4.6 条轴心受压柱容许长细比150 的要求。查钢结构设计标准（GB50017-2017)表D.0.2,钢管桩稳定系数=0.9 18,考虑121.55计算系数乙，后的轴心受压稳定性计算公式为：121.55N/(A)Z,Lo表7 钢管桩稳定性计算结果表构件荷载7.48名称工况计算值(N)7.482.96E+057.48钢管桩二3.50E+057.48三3.49E+057.487.487.487.487.487.487.487.487.487.487.487.487.487.48121.55121.55(2)折减后拉压轴力N/(A)(N/mm)20.6024.3724.32局部稳定性计算：轴心受压构件要求不出现局部失稳，圆管压杆的外径与壁厚之比不应超过10 0（2 3 5/f,）。考虑检算系数Z,后的计算结果为：钢管桩外径与壁厚之比=6 3 0/8=7 8.7 5,0.8 510 0（2 3 5/f,）=8 5,满足要求。如表7 计算结果所示，钢管桩整体和局部稳定性均满足要求。5结语随着我国桥梁施工技术的蓬勃发展，钢栈桥作为常用的临时结构被广泛应用。本文以某旧钢栈桥拟通行总重6 0 0 kN罐车为研究背景，对该桥进行承载能力评定。通过对该桥基本资料核查、外观检查，运用Midas Civi软件对钢栈桥贝雷梁、承重横梁和钢管桩进行强度、挠度和稳定性计算，计算结果与折减后容许值进行比较，判定钢栈桥承载能力是否满足通行总重6 0 0 kN罐车的要求。结果表明：该钢栈桥各构件的强度、挠度和稳定性都满足要求，桥梁可通行总重6 0 0 kN罐车。因此，该方法可以为其他相似临时结构桥梁的承载能力评定提供参考。参考文献1王琳琳.基于有限元方案的水上钢栈桥设计 J.黑龙江交通科技,2 0 2 2(7):8 5-8 7.2黄海彬，廖海峰，朱磊.大跨度连续桥梁承载能力评估及病害分析 J.北京交通,2 0 2 2(1):9-12.3陈开荣，许志雄.在役桥梁承载能力综合评估方法研究J.中国住宅设施，2 0 2 1(12)：13 1-13 3.4吴正凡.公路桥梁承载能力评定的应用 J.建筑技术开发,2 0 2 2(10):12 1 12 3.收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 0弯应力容许值(N/mm)209.95209.95209.95102西部交通科技 wesem.cinsCommunications Science&Technology