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大载重量施工便桥的设计

搭设施工便桥是工程施工中常用的交通疏导手段，随着城市建设的快速发展，大载重量施工便桥的使用也越来越多。然而，由于设计方案不严谨、计算不科学而造成安全事故的情况时有发生。设计方案的安全性、适用性和计算的科学性是大载重量施工便桥设计时应遵循的主要原则。

1案例概况

某热力暗挖隧道4#竖井位于城市十字路口，竖井平面净尺寸为8.1×8.1m，深12m，竖井中心位于道路永中偏2m。东西和南北方向道路均为双向6车道，道路宽26m。其中，机动车道为双向4车道，每车道宽4m；非机动车道为双向2车道，每车道宽5m。见图1。

由于4#竖井所在位置交通流量大，且时常有40吨以上的重型车辆通行，为了最大限度地保证车辆的正常通行，计划在进行逆做法施工的竖井上方搭设便桥，将竖井向对交通影响相对较小的南侧延伸，延伸部分作为竖井施工的通道。交通解决方案见图2。

2便桥设计方案

考虑到地面通行的重型车辆较多，且施工工期较长等因素，该便桥按公路—Ⅰ级汽车荷载（2辆重力标准值为550kN的汽车同时通过）设计。便桥主梁采用热轧普通I40a工字钢，主梁沿竖井东西方向放置，I40a工字钢密排（中心间距142mm）；主梁压在竖井混凝土锁口圈梁上0.6m并伸出圈梁外1.0m，在主梁下部两端垫放50mm厚木板；在主梁上垂直于主梁方向放置150×150×4000mm方木（相邻方木接头错开2m），方木密排；方木上铺设20mm厚钢板作为桥面板，钢板四周伸出I40a工字钢0.5m，与现况路面搭接，钢板块间焊接牢固，在钢板上焊φ10钢筋作防滑条。

为了抵抗竖井逆做法施工过程中不断增大的自重土压力和汽车荷载引起的土压力，从锁口圈梁下部开始设盘撑，每隔1榀钢格栅设一道，间距1.2m。盘撑采用I28a工字钢。便桥设计方案见图3。

3设计方案计算

（1）计算分析

由于主梁和方木均为密排，且与四周结构固定，故不计算方木、钢板受力及结构的整体稳定，计算重点是I40a工字钢主梁和竖井I28a工字钢盘撑。根据《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）》（以下简称《桥规》），桥梁结构的局部加载和挡土墙土压力的计算采用车辆荷载。

I40a工字钢主梁验算时按最不利的公路—Ⅰ级车辆荷载横向布置（即2辆车同时相对通过）考虑，且采用最大的后轴重140kN作为重力标准值。考虑到钢板和密排方木对荷载的分散作用，按每个轮压由4根I40

竖井I28a工字钢盘撑承受的荷载由土自重引起的土压力和汽车荷载引起的土压力组成。根据《桥规》，汽车荷载引起的土压力可按竖井墙后破坏棱体上的车辆荷载换算为等代均布土层厚度来计算。

（2）I40a工字钢主梁强度验算

1）荷载计算

①静荷载：20mm厚钢板重 q1=78.5×0.142×0.02=0.223kN/m

150×150mm方木重q2=0.15×0.142×5.5=0.117kN/m

I40a工字钢重q3

静荷载标准值q=q1＋q2＋q3=0.223＋0.117＋0.662=1.002kN/m

②活荷载：将公路—Ⅰ级车辆荷载和汽车冲击力作为可变荷载。每根主梁所受每个轮压为140/4×2=17.5kN，主梁的冲击系数μ按《桥规》取0.45(结构基频经计算为24.1Hz，计算过程略)，则集中活荷载标准值为p=（1+μ）×17.5=（1+0.45）×17.5=25.375kN

③静荷载设计值Q=1.2q=1.2×1.002=1.202kN/m

活荷载设计值P=1.4p=1.4×25.375=35.525kN

车辆荷载横向布置时主梁的受力简图如图4所示：

2）内力计算

M静=QL2/8=1.202×8.72/8=11.372kN*m

M活=2P×（1.8+1.9+1.3/2）-P×（1.8+1.3/2）-P×1.3/2=198.94kN*m

Mxmax=M静+M活=11.372+198.94=210.312kN*m

式中：Mxmax——x轴（强轴）截面最大弯矩，L——主梁计算跨径。

3）强度验算

б=Mxmax/Wx=210.312×106/1090×103=192.947N/mm2[б]=215N/mm2

式中：Wx——x轴（强轴）截面抵抗矩。

主梁强度满足要求。

（3）I40a工字钢主梁变形验算

主梁变形验算采用短期效应组合，即取静荷载标准值效应与汽车荷载(不计冲击力)频遇值效应组合。

1）荷载计算

静荷载设计值Q=q=1.002kN/m

活荷载设计值P=ψp=0.7×17.5=12.25kN

式中：ψ——活荷载效应频遇值系数，按《桥规》汽车荷载取0.7。

车辆荷载横向布置时主梁的受力简图如图5所示：

2）变