张子辛
泛华建设集团有限公司 北京市 100053
摘要:由于钢便桥在生产中的使用频率越来越高。每座钢便桥的设计与施工不尽相同，给设计人员与施工人员带来了不少困扰。下面结合工程实例对上承式贝雷片钢便桥的施工与计算进行分析。提供一种成熟的钢便桥设计体系。降低设计人员与施工人员的时间成本。
关键词：上承式、贝雷片、钢便桥、计算实例
绪论
如今国内制造业蓬勃发展。随着国内发展与一带一路项目的需求牵引。有越来越多的，向工业用燃气轮机、压气机、太阳能板、风力发电设配、矿业设配这类的特种货物需要运输。布置这些设配的工厂需要设置在资源集中或交通枢纽地区。上述地区普遍距离城市较远，甚至在需要翻山越岭才能到达。构件能否安全运输决定着工厂是否能够投产。因此特种构件的运输便成为了急需解决的问题。
本文着重介绍上承式贝雷梁钢便桥的构造、施工工艺、计算方法。尝试为工程人员找到一种钢便桥的形式。该形式的钢便桥在计算上安全、施工难度低、能迅速投入使用。
1上承式贝雷梁钢便桥的构造
要想更好的总结钢便桥的计算首先需要了解其构造。如“图1”所示上承式贝雷梁钢便桥的上部结构包含贝雷片、支撑片、横向工字梁、纵向工字梁、桥面钢板、剪力钉和铺装桥面七个部分。贝雷片作为钢便桥桥跨方向的主纵梁、支撑片为贝雷片提供横向联系、工字梁将桥面的荷载分配给贝雷片。
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贝雷片长3米，高1.5米。上弦杆与下弦杆由10#双槽钢构成，净距80毫米。竖杆与斜杆由8#工字钢构成。需要注意的是，长度3米指的是阳头栓孔中心到阴头栓孔中心的距离；1.5米指的是贝雷片的净高，上弦杆到下弦杆的中心距离是1.4米。此处理解有误的话，在建模计算时会影响贝雷片的特性。进而导致计算有误。
支撑片的高度1180毫米，与贝雷片中支撑片栓孔的距离1180毫米对应。需要特别注意的是，支撑片的X形斜杆是两支槽型钢背靠背放置的。只有斜杆的两端与支撑片的框架焊接，而背靠背的斜杆并没有焊接。建模计算的时候要注意不要使用“交叉分割”的选项。若库存中的支撑片斜杆在交叉处已经焊接，则使用“共用节点”选项即可。横向工字梁与纵向工字梁的尺寸可视具体情况而定。本文中横向工字梁选用H28，纵向工字梁选用H16。桥面钢板与铺装桥面之间采用剪力钉连接。
2施工方案与边界条件
简单了解了上承式贝雷片钢便桥的构件组成之后。即可着手在计算软件中进行杆系模型的建立。杆系模型的建立只是建模计算的开始。如果想计算结果更真实。关键就在于边界条件的选取。
下面本文结合贝雷片钢便桥的施工过程，分析边界条件的选取。
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钢便桥的下部结构可选用钢结构或钢筋混凝土结构的排架墩。待下部结构形成强度后方可讨论贝雷片的安装方案。
这里先介绍顶推的方案。如“图2”所示，首先需要在桥墩处设置运营状态下使用的钢板支座与顶推过程中使用的以千斤顶为基础的滑动支座；并且在贝雷片的阳头安装钢导梁。具体顶推几榀贝雷片，需要根据顶推或牵引设配的功率和组装场地的面积确定。“图2”中以顶推两榀为例。在预组装至少两跨后可以开始顶推。首先，钢导梁引导贝雷片进入滑动支座的轨道。定位准确后，继续向下一跨的滑动支座前进。顶进的同时在组装场地同时组装后续桥跨处的贝雷片。重复上述步骤，直至贝雷片顶进先导端定位于最远处的桥台，方可拆除钢导梁，准备调节千斤顶。对于桥跨数量较少的钢便桥，千斤顶可使用人工控制。对于多跨一联的钢便桥，建议只用数控千斤顶，以保证一整联贝雷片下降速度一致，不出现不必要的次内力。当贝雷片的下弦杆与钢板支座接触并受力稳定后，可以拆除临时使用的千斤顶与滑动支座。此时一榀贝雷片桁架的推定便结束了。
对于跨度小，桥跨数量少的钢便桥，也可以不适用滑动支座与千斤顶。将钢板支座刨平并涂抹润滑油的条件下也可以直接顶推施工。
由于钢板支座往往不与贝雷片进行焊接。所以桥墩处的钢板支座需要设置侧移限制角钢，桥台处的钢板支座需要设置纵向位移限制角钢。桁架片处于有限制过跨连续状态。验算模型中钢板支座的边界条件选用滑动支座最合适。但有限元计算时不能出现机动体系。因此选桥台处的其中一个支座，设置为固定支座。约束其X、Y、Z方向位移，仅放松其Y轴转动约束。
3计算实例
下面本文结合实例，简单的展示有限元计算过程。
项目位于北京市通州文化旅游区交通市政配套工程九棵树中路位于通州文化旅游区中部。规划九棵树中路拟于2017年4月开工,由于现况九德路与规划九棵树中路局部共线且占用环球酒店施工用地,影响九棵树中路和环球酒店的施工，需要对现况九德路进行导改。
九德路万盛南街至京哈高速段为城市次干路，京哈高速至于家务乡为二级公路。九德路为万盛南街至京哈高速南北向主要通行道路，沟通通州核心区和台湖镇，交通量大，不具备断交施工条件。
现状大稿沟为北向南流向的雨污合流的沟渠，下游明渠流经北京环球主题公园项目用地后排入萧太后河，目前环球项目已完成上市供地并启动土方填垫工作。为顺利推进环球项目，大稿沟改移随本项目同步实施。新建导改路不降低道路等级、道路标准、通行能力；同时需要满足施工载具与园区建设载具通行。
3.1 技术标准
(1) 所在道路等级：施工临时路。
(2) 设计时速：20公里/小时。
(3) 设计荷载：城-A级，人群荷载4.0kPa。
(4) 结构设计寿命：2年。
(5) 设计环境类别：Ⅱ类。
(6) 地震基本烈度8度，对应地震动峰值加速度为0.20g，抗震防设类别为丁类，对应桥梁抗震设计方法选用B类。
主梁采用贝雷桁架，横桥向布置单层双排贝雷桁架，间距为1.8m。
I28工字和I16工字钢焊接形成桥面支撑体系，I28工字钢焊接在贝雷梁上弦杆，钢板与I28工字钢通过U形螺栓或者焊接连接，其中行车道采用1.2cm厚Q235C钢板，以上铺设10cm C40钢筋混凝土+6cm AC-20C+4cm AC-13C；人行道采用1cm的防滑钢板。桥面上焊接人行栏杆和防撞栏杆。
贝雷梁桥中墩基础采用钢管桩+钢管柱形式，钢管直径为63cm，壁厚为8mm，材质为Q235钢材。钢管柱就位后，采用沙砾填实。钢管柱上设置HW400×400型钢横梁与主梁相接。
边墩采用C25片石混凝土扩大基础，基础垫层为10cm厚混凝土垫层，上接MU30级浆砌块石桥台，桥台顶面为C25混凝土现浇帽梁，厚0.25m，基础承载力要求大于150kPa。
3.2.设计参数
3.2.1 永久荷载
一期恒载为结构自重，以实际断面计重量，钢材容重取78.5kN/m3。
二期恒载为道路铺装层。一片贝雷片(3x1.5m)自重270kg=2.7kN。
一片贝雷片支撑架(1.26x0.53m)自重21kg=0.21kN。
3.2.2 可变荷载
城—A级，横向布置3车道。由Midas Civil计算结构自振频率。
3.2.3 边界条件
(1) 核算单跨1-9米：主梁为简支支承。0#轴为固定支座，1#轴为滑动支座。
(2) 核算七跨7-9米：主梁为连续支承。3#轴为固定支座，0、1、2、4、5、6、7#轴为滑动支座。
3.3 计算原理
结构计算分析采用空间杆系有限元方法，以主梁轴线为基准划分结构离散图，按施工步骤划分为施工阶段和运营阶段计算。根据作用组合要求的内容进行梁的内力、应力及裂缝宽度计算。采用Midas Civil进行计算。
(1)分别以单杆系与桁架结构对上部结构核算(考虑每一榀桁架独立承担一条车道荷载)。(2)以单杆系结构对下部结构核算(考虑车道荷载由桥跨处的桁架共同承担，并下传至桥墩)。
3.4. 上部结构单杆系核算结果
3.4.1 单跨1-9米核算结果
单杆系1-9米梁最大弯矩Mmax=1218.8kN·m＜[M0]=1950kN·m
单杆系1-9米梁最大剪力Qmax=623.7 kN＜[Q0]=1326 kN
单杆系1-9米梁强度满足设计要求。
3.4.2 七跨7-9米核算结果
单杆系7-9米梁最大正弯矩Mmax985.3kN·m＜[M0]=1950kN·m
单杆系7-9米梁最大负弯矩Mmax635.6kN·m＜[M0]=1950kN·m
单杆系7-9米梁最大剪力Qmax=660.4 kN＜[Q0]=1326 kN
单杆系7-9米梁强度满足设计要求。
3.5上部结构桁架体系核算结果
3.5.1单跨1-9米核算结果
桁架结构1-9米梁最大压力Nmax=375.9 kN＜[N0]=663 kN
桁架结构1-9米梁强度满足设计要求。
桁架结构1-9米梁最大竖向位移fmax=10.425 mm＜[f0]=18 mm
桁架结构1-9米梁挠度满足设计要求。
3.5.2七跨7-9米核算结果
桁架结构7-9米梁最大压力Nmax=353.5 kN＜[N0]=663 kN
桁架结构7-9米梁强度满足设计要求。
桁架结构7-9米梁最大竖向位移fmax=9.026 mm＜[f0]=18 mm
桁架结构7-9米梁挠度满足设计要求。
4 结论
上文中的有限元模型之所以可以采用桁架模型验算，而不会出现计算模型不收敛的问题。是因为桁架模型建模时默认了竖杆的起始端就是上下弦杆的起始端。桥墩处采用双竖杆建模。如果建模更加精细，需要模拟出每个栓孔与竖杆、上下弦杆与栓孔的相对位置。则必须使用梁单元进行建模。
上部结构的承重体系为贝雷片、支撑片、横向工字钢。纵向工字钢、桥面钢板与桥面铺装产生的刚度均作为安全储备。由于贝雷片手册中给出了一片贝雷片的力学特性。因此上文中的计算过程中首先将手册中的力学特输入了杆系模型中进行计算，之后采用桁架模型进行有限元计算。最后将两种计算方法的结果进行比较，可以看出两种方法的各个指标均非常接近。两种方法均安全可靠。
上述计算过程只展示了钢便桥运营状态的验算。在顶推过程中，还有一步非常关键。就是顶推先导端即将于滑动支座接触时。此时先导端处于最长悬臂状态。第一个受力滑动支座处的贝雷片受到的负弯矩最大。这一步有时会影响钢便桥的跨度设置。或在顶推过程中补充加强弦杆。