郝丽娟 王松海 戴云峰 黄达 中国建筑第二工程局有限公司
摘要：临时钢桥是一种通常由钢制成的临时桥梁，主要用于施工期间或其他需要跨越间隙的地方提供临时通道。临时钢桥通常采用贝雷梁、型钢和钢管组合建造。当受到场地条件和材料限制的影响时，应考虑采用其他钢材建造。本研究以全钢临时桥为例，对体系的承载力、强度、刚度和稳定性进行分析计算，并对全钢临时桥的可行性得出相应结论。
关键词：钢便桥；型钢截面；施工验算；
作者简介：郝丽娟(1991-)，女，河北石家庄人，工程师jtj025-86 公路桥涵钢结构及木结构设计规范，主要研究方向为工程管理、建设技术研究。;
工程中常见的钢便桥多采用贝雷梁、型钢、钢管组合施工，受场地条件、材料限制等影响，也可采用其他钢材施工。对钢便桥的强度、刚度、稳定性进行校核分析，为工程提供了可行的施工方案，也为其他类似便桥的施工支撑形式提供了借鉴。
1 项目概况
某钢便桥标准跨度为2.0m，桥面宽度为4.0m，纵高变化为5.0m，桥梁长度为20.0m。该便桥主要用于水泥罐车，总质量为45t，轴距为3 220mm+1 150mm，轴距为1 800mm。由于材料和现场条件的限制，便桥施工采用Q235钢材，根据JTJ 025-86《公路桥涵钢、木结构设计规范》的规定，Q235钢材的性能如表1所示。
表1 钢材性能下载原图
2 设计及布局规划
钢便桥竖向支撑采用双联I25工字钢，竖向间距2m，水平间距2m，竖向支撑上设置三联I25工字钢横梁，横梁上设置10根I25工字钢配梁。纵梁上设置I20工字钢配梁，间距40cm。双联I25工字钢立杆底部设置独立基础，尺寸为0.8m×0.8m×0.5m；下方设置条形基础，尺寸为1.0m×5.0m×0.5m。钢便桥整体立面如图1所示。
图1 钢便桥整体立面示意图下载原图
3 施工步骤
便桥的施工步骤主要从底部基础开始，在根据布置图确定基础位置后，按照设计尺寸进行基础浇筑，需要注意的是，浇筑前需要在基础上部预先放置好相应的竖向支撑预埋件，以方便基础与上部竖向支撑进行连接。
基础浇筑完成后，双铰I25工字钢垂直支撑需与预埋件可靠焊接，并用螺栓加固。安装垂直支撑时，应注意支撑的安放方向。
垂直支撑搭设后jtj025-86 公路桥涵钢结构及木结构设计规范，将三片I25工字钢横担可靠焊接在垂直支撑上，横担水平放置，在支撑位置增加16mm厚的加劲肋，增强截面强度。
I25工字钢纵梁与路线方向一致，呈倾斜状态，因此应注意纵梁与横担的夹角，夹角空白处应垫三角楔块，并焊接成整体连接在一起。
分布梁采用I20工字钢等间距布置，用U型卡与下部纵梁连接，连接前先用电焊固定。
最后铺设桥面。可在分布梁上部直接铺设钢板，还应注意两侧护栏的安装。
4 施工难点
此座便桥的主要施工难点在于竖向支撑的选择。大部分钢便桥下部支撑均选择钢管，因为钢管比型钢受力均匀，整体稳定性更好。最终选择的是双铰型钢。使用钢构件做竖向支撑时，要注意扣板、加劲肋的使用，确保使用过程中不发生弯曲，造成整体不稳定。
5 有限元仿真分析
钢便桥荷载主要由上部结构承受，并传递至下部结构。利用有限元软件midas Civil建立钢便桥支座主要上部结构有限元模型，模拟支座受力状态，采用许用应力法模拟支座，计算主要结构的强度、刚度及稳定性。模型按照连续梁建立，利用midas Civil建立的空间整体模型各构件均采用梁单元模拟，钢纵梁与三节I25工字钢横担连接采用弹性连接中的一般连接，以多点支承连续梁体系为整体计算图，钢便桥整体有限元模型如图2所示。
图2 钢便桥整体模型原图下载
本次计算主要考虑钢临时桥结构本身的重力荷载、45 t油罐车的车辆荷载以及油罐车引起的制动力，其中制动力按车辆重力的10%计算。
6.1 上部结构检查
本研究采用许用应力法对钢便桥上部结构进行强度和刚度校核，并根据钢便桥的设计标准和施工功能确定荷载组合进行计算。除便桥结构自重外，还需考虑油罐车自身的冲击，油罐车的冲击系数应按1.05考虑。因此，便桥考虑的2种荷载组合如下。
（1）1.0×结构自重+1.05（冲击系数）×油罐车移动载荷（偏心载荷）。
（2）1.0×结构自重+1.05（冲击系数）×油罐车移动载荷（中等载荷）。
6.1.1钢便桥上部结构强度校核
钢结构的强度指标由其应力值决定，包括组合应力和剪应力。限于篇幅，本研究仅展示钢便桥在油罐车荷载作用下的组合应力图像，其余结果以表格形式展示。油罐车中等荷载作用下整座便桥的组合应力如图3所示。不同荷载作用下便桥各位置的最大应力如表2所示。
图3 罐车中等荷载作用下钢便桥整体组合应力原始图
表2 钢临时桥梁支座各位置最大应力统计下载原图
结果表明:支架各位置强度设计满足要求,可充分利用构件的承载能力。
6.1.2 钢便桥上部结构刚度验算
钢结构对变形尤为敏感，变形的控制极为重要。根据GB 50017-2017《钢结构设计标准》，大跨度钢结构的最大挠度值不应大于结构跨度的1/400。在油罐车加载中等荷载时，变形仅以图像形式显示，其他结果以表格形式显示。在油罐车作用下，便桥整体变形如图4所示。不同荷载作用下便桥各位置的最大变形如表3所示。
图4 罐车中等荷载作用下钢便桥整体位移原始图
表3 钢临时桥梁支座各位置最大位移统计下载原图
结果表明:各位置构件的变形均不超过l/400,满足规范的要求,支架整体刚度满足要求。
6.2 子结构检查
便桥下部结构采用双铰I25工字钢梁组成，对于竖向支撑，除应验算其弯曲刚度外，还需验算竖向拉杆的压缩弯曲。
垂直支撑除承受三片式I25工字钢横担传递的垂直载荷外，还承受油罐车制动引起的水平载荷，其制动力为车重的10%，油罐车制动引起的制动力与垂直支撑的最大高度有关，可用垂直支撑的最大弯矩计算。
根据以上数值中最不利位置强度应力及GB50017-2003《钢结构设计规范》的规定，按下式计算。
式中：N为压弯构件所受竖向轴力；A为压弯构件的实际截面面积；M为压弯构件所受弯矩；r为稳定系数；W为截面抗力。双铰I25工字钢竖向支撑最不利位置强度应力为93MPa，其强度和稳定性均满足规范要求。
7 结论
通过对钢便桥进行有限元模拟，对支撑上部结构及下部竖向支撑的强度、刚度和稳定性进行了校核计算，得到以下结论。
（1）钢便桥在受到偏心荷载或油罐车中等荷载作用时，能保持良好的稳定性。
（2）钢便桥在施工过程中满足各项强度和刚度要求。
(3)采用全钢构筑便钢桥的设计是可行的，成功地为本工程的建设提供了解决方案。
(4)该全型钢便桥的设计计算可为同类钢便桥的设计提供参考。
参考
[1]周水星,何兆义,邹逸松.道路桥梁施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2001.
[2] 中交公路规划设计院有限公司.公路桥涵设计通用规范[M].北京:人民交通出版社有限公司,2015.
[3] 中交公路规划设计院有限公司.公路桥涵基础及下部结构设计规范[M].北京:人民交通出版社,2007.
[4]钢结构设计标准：GB 50017—2017[S]。
[5] 钢结构设计规范：GB 50017—2003[S]。
[6]张文军.装配式公路钢便桥施工技术应用研究[J].工程技术研究,2023,8(9):78-80.
[7]王毅,刘仁刚,王昌林,等.复杂工况下装配式公路钢便桥施工技术[J].四川建筑,2021,41(3):183–185.
