桥梁水上钢栈桥、钢平台设计及有限元仿真分析

____________________________________________________________桥隧工程觀
桥梁水上钢栈桥、钢平台设计及有限元仿真
分析
耿嘉庆4"
（.广西路建工程集团有限公司，广西南宁53000 42南宁市筑路技术与筑路材料工程技术研究中心，广西南宁53000 4）
摘要：文章以某深水桥梁施工钢栈桥及钢平台为研究背景，依据水下桩基及水下承台施工业的要求进行钢栈桥及钢平台设计，并根据桥及钢平施工及承台施工过程中
同工况下的最不利状态,对桥梁平台结构进行了仿计算。

结果表明，该
桥及钢平受力性能用要求％
关键词：钢栈桥;钢平台;结构设计'
中图分类号：U442.5文献标识码：A DOI：10.13282/ki.wccst.2021.04.047
文章编号：673-4874（2021）04-0149-05
0引言
民的发展，跨越大江大河的桥梁多，而桥梁深础施工桥梁施工的和关键由于平台具有施工方便、材料可周转、安全适用等
点，已应用于桥梁深础的施工作业中。

桥梁桥及钢平台主要承受重型运输的移动荷载、起吊吊载、风荷载、动水压载的作用。

合考虑
施工作业需求和施工成本的前提下进行桥及钢平台的结构设计，并验算钢栈桥及钢
平同荷载组合下的强度、刚度及具有重要的意义％
1工程概况
大桥位于广西，全长940m,桥面宽13m。

该桥采用波形钢腹板预应力连续刚构桥结构，跨径布置为5X30m+100m+2xl85m+100m+7x30m。

其中主
桥结构为波板预应力连续刚构，长570m,孔为100m+2x185m+
100m；北岸桥为5x30m预应力混（后张）简支变连续T梁；南岸侧引桥为7X
30m预应力混（后张）简支变连续T梁。

桥位主要为郁江，桥梁段属西津库区，最大水深约为11m,江面宽约590m。

桥址区常水位为60.68m，遇最高水位为61.96m。

依据质勘察资
料和文资料，并结合实际工程需要，确桥及钢平台的顶面标高为67.17m。

基金项目：广西交通运输行业重点科技项目清单“设水平隔板的特大跨径波形钢腹板PC箱梁连续刚构桥研究及应用”（桂交便函〔2020/50号）
作者简介:耿嘉庆（1991―）助理工程师，硕士，主要从事道路与桥梁施工工作％
桥隧工程_____________________________________________________________________________________________ 2钢栈桥及钢平台结构设计
2.4钢栈桥结构设计
桥顺桥向的选，结合工程项目的应用案例,依据贝雷梁受点与和刚的最优组合，贝雷梁栈桥多采用12m跨设计2%综合本项目桥施工和使用的荷载组合以及工况考虑，确定本钢栈桥顺桥向标准节段的跨径为12m%
桥桥面宽6m,栈桥的结构从上至
别为10mmj板、间距为300mm的I16。

的工字梁、贝雷片、贝雷片花架、双拼I40a工字钢枕梁#60x10mm¥冈管桩、C20。

钢管桩斜撑。

其中，钢栈桥面面布置7片贝雷梁,钢管桩均采用板的，即利用多根C20。

相邻的四根钢管桩连成。

钢栈桥标准断面的横断面图如图1所示％
2.2钢平台结构设计
本桥共有3个主墩位于水中，且除桩长不同之，其他结构均相同。

拟利用钢平台进行桥梁下构、承台及墩柱施工，故三个钢平台的设计形式相同%
平台的设计过程中，因钢平台需要既能
桥梁下构施工过程中各施工阶段平台空间尺寸的，桥梁下构施工中不同工况下受力的合理性，并且合考虑施工成本％
为同施工阶段钢平台空间尺寸的要求，对应每个主墩的6根2.8m的施工，需平台预
水平支撑架
钢管桩0630x10mm栈桥桥面高程67.17
贝雷梁底面高程65.5
2140a工字钢一牛腿处钢管桩槽口高程65.1
0630x10mm钢管桩
钢栈桥标准断面横断面图(11)
图1
048mm护栏
[16工字钢间隔一-
10mm厚花纹钢板
[16工字钢分配梁@=300mm
2140a工字钢双拼横梁
直斜撑槽钢20a
施工孔洞％而施工完成后，下放承台钢套箱之前，需拆除已搭设钢平台的以预套的空间。

综合考虑施工成本，为避免施工完成后,拆除已搭设钢平台的后再进行二次搭设，经设计优化，本钢平以通过钢平构件的合理实现避免二次搭设钢平台，艮施工完成后，只需要拆除平台就可进行承台钢套施工%
平构件的钢材型号与钢栈桥相同,钢平台的平面图如图2所示,正立面图如图3所示％基施工完成后，拆除平后用于承套
放的钢平台平面图如图4所示％
桥梁上钢桥、钢台设计及限分析！
10mm厚花纹钢板
116工字钢分配梁@=300mm
贝雷梁
水平支撑架
21迪工圭钢岁折横梁
直斜撑槽钢［20a
钢管桩0630X10
图3钢平台正立面图（11）
0 0 0寸Z
22000
69006900
3200-]3200-3000-「220030003000”300030002200]30003200-|3200
36200
钢栈桥
图4钢平台拆除部分后平面图（11）
用Midas Civil软件进行计算分析，采用空间桁架单
3钢栈桥及钢平台计算分析元模拟贝雷片的横向支撑架及水平支撑架，利用空间
梁单元模拟其他型钢构件，钢面板采用4节点板单元3.1计，钢管桩深入设置节点连接，并在3.11建立管设接。

钢栈桥标准节段模型如下页
本钢栈桥以标准节段3m+12m+3m+12m F图5所示。

桥隧工程___________________________________________________________________________________________________
图5钢栈桥标准节段模型示意图
3.12施工荷载工况
施工过程中,作用于桥的荷载包括桥结
构自重、混或吊车移动荷载、人载、风
荷载以及压载。

其中，混重量为
35t,履带吊车为50t。

工况1：1.2x结构自重+14x混凝土车移动荷
载+14x人群荷载+14x风荷载+14x动水压力
载，混行桥桥面
工况2：.2x结构自重+.4x混移动
载+.4x人载+.4x风载+.4x动压
载，混行桥桥面正中
工况3：.2x结构自重+.4x混移动
载+.4x人载+.4x风载+.4x动压
载,混行桥桥面%
工况4：.2x结构自重+.4x吊移动
载+.4x人载+.4x风载+.4x动压
载,吊行桥桥面%
3-1■3计算纟吉果
（1）钢栈桥构件应力和位移（见表1、表2）
表1各荷载工况下钢栈桥构件最大应力计算结果表
载工I 况组合最大压应最大应力设计值
（M Pa# (MPa)(M Pa#
雷片226.656.7305工况1
构件56.667.825
雷片90.949.4305工况2
构49.476.325
雷片225.855.4305工况3
构54.368.425
雷片243.242.8305工况4
构65.63.225
从表1可以看出，在不同工况下,钢栈桥贝雷片组件的最大压应力为243.2MPa,最大拉应力为142.8MPa,均小于贝雷片钢材的设计值305MPa钢栈桥构件的最大压应力为156.6MPa最大拉应力为76.3MPa均小于其他型构件的设计值215MPa。

桥所有构件的应力均小于钢材的设计值,。

表2各荷载工况下钢栈桥整体最大位移计算结果表（11）载工况组合D p D y D'D y
工况.6 3.02-9.99.26
工况2.53 3.5-9.209.23
工况3.59 3.02-9.209.26
工况4 2.4.50-9.59.25
从表2可以看出，钢栈桥同荷载组合的作用，变形以竖向位移为主。

桥在最不利荷载工况用下的最大位移为9.26mm,并且对应贝雷片跨中处，最大位移处的容许位移M=12000/400= 30mm。

最大位移小于容许值,桥刚度满足。

3.1.4桥
钢栈桥验算和验算的前提
需进行。

考桥结构的钢管桩，利用C20a连成的板，可利用Midas Civil L组板最不利荷载下进行屈曲。

中，对应四种工况，钢管承受最大反力的工况为工况4,此时钢管承受的最大反力为36.4t。

出于安全考虑，可理解为在最不利工况下，每根钢管承受由栈桥结构施加的竖向荷载为36.4t o桥的下部结构中的一组板凳桩单独取出，进行：
载组合=1•2x载+1.4x活荷载；
载=结构自重；
载=桥结构对钢管桩施加的竖向+风压+压%
桥结构屈曲稳定性验算结果如图6所%
由验算结知，在荷载组合的作用下,钢栈桥
结构的屈曲系数为5.308,〉4,因|栈桥的。

3.2钢平台计析
3.2.1建立模型
本钢平台以实际尺寸1：1利用Midas Civil软件
桥梁 上钢 桥、钢 台设计及 限 分析！
MODE 1
MID AS/Civil POST-PROCESSOR "buklingmooe
H
1.20798e-0031.09816e-0039.88345e-004 —8.78529e-004 —7.68713e-004 —6.58897e-004 — 5.49081e-004 —4.39265e-0043.29448e-004 —I
2.19632e-0041.09816e-0040.00000e+000
图6钢栈桥下部结构屈曲稳定性分析云图
图7钢平台模型示意图
建立 并进行计算 ，各构件的
及边界
条件与 桥 本相同。

钢平
如图7
所示。

3.2.2 施工荷载工况
施工过程中,作用于钢平台的荷载包括钢平台结
构自重、混 或 吊车移动荷载、汽车吊 业荷载、人 载、风荷载以及 压
载。

其中，
混
重量为35 t,履带吊车为50 t 履带吊车。

在
平 吊
业过程中，包括吊 笼、吊
首节钢护筒、吊 节钢套箱等。

经验算,最大吊
载为利用50 t 履带吊吊 ，其中首节 的最大重量为24. 6 t o
工况1 $. 2 x 结构自重+ 1 . 4 x 混凝土车移动荷
载+ 1 . 4X 人群荷载+ 1 . 4X 风荷载+ 1 . 4X 动水压力
载，混 行 平 线处。

工况2 ： 1.2 x 结构自重+ 1 . 4 x 混凝土车移动荷 载+ .4x 人 载+ .4x 风 载+ .4x 动 压载，混 行 平台孔口 处。

工况3： .2x 结构自 重+ .4x 混 移动
载+ .4x 人
载+ .4x 风 载+ .4x 动 压
载，混 行 平台孔口与 线中间。

工 况 4 ： .2x 结构 自 重 + .4x 吊 移 动载+ .4x 人 载+ .4x 风 载+ .4x 动 压
载，履带吊车行 平 线处。

工 况 5 ： .2x 结构 自 重 + .4x 吊 移 动载+ .4x 人 载+ .4x 风 载+ .4x 动 压载，履带吊车行 平台孔口 处。

工况6： .2x 结构自 重+ .4x 吊 移动载+ .4x 人 载+ .4x 风 载+ .4x 动 压
载，履带吊车行 平台孔口与 线中间。

工 况 7 ： .2x 结构 自 重 + .4x 吊 移 动载+ .4x 人 载+ .4x 风 载+ .4x 动 压
载+ .4x
吊 吊 载。

3.2.3计算结果
（1 ）钢平
构件应力和位移（见表3、表4）
表3各荷载工况下钢平台构件最大应力计算结果表
载工 最大压应 最大应
设计值
况组合
(MPa)(MPa #(MPa #
雷片
75.962.4
305
工况1
构件
5 .473.62 5雷片
89.8
29.7
305
工况2
构
49.35.02 5雷片
98.4
5 .9305
工况3
构
74.336.6
2 5雷片
227.8.305
工况4
构52.440.42 5雷片
47.082.9305
工况5
构55.939.6
2 5雷片
2 8.5
07.8
305
工况6
构50.939.42 5雷片
56.275.4
305
工况7
构
56.5
4 .42 5
从表3可以看出，在不同工况下，钢平台贝雷片组 件的最大压应力为227. 1
最大拉应力为1 5.9 MPa ，
（下转第205页）
ppp模式在速公路中的分析！
资本方需要共同，加强自身的契约％合同谈判阶段设置合理的退出机制，设的约束条，采取必要的应略，合理规避政府承：兑的风险。

5.2优化机构设置，提高管理效
根据项目实际情况合理安排机构设置，把总承包为施工现场管理主体，：管理层级的目的。

同时，可运用先进的管理手段，借助先进高效的络管理平台，精简管理层级及指令程序，实现办公管理、网络化，提高管理％
5.3明确各方责任，增质量
方需建立合理的规章制度，明确和资本与总承包商的职责范围，实方角色的转变，各负其责，：项目管理的高效运转％同时,在工程建设阶段要建立考核机制并明确落实责任制，加强企业信用，充分发挥监理作用。

总承包商要严格执行施工，：使工程质量最优化。

6结语
随着ppp模式在公路建设领域的大力推广，项目实施过程中既了PPP的优点，同时：了项目管理及后期执行过程中的。

国家及行业主管应完善相套制度，明确并理顺各方职责和关系。

各参与方必须约，严格执行合同条款,承担并履行各自的责任和义务。

PPP模式太行山等高速公路包（二）项目中的实施，不充分利用了PPP的优势，也为今后高速公路PPP项目的实施提供了参考。

够
参考文献
［门王奕霖.ppp模式在河北太行山高速公路项目应用研究［D）成都:西南交通大学,2017.
［2］胡旭辉，杜国平,孙立东，等.基于PPP的BOT+EPC模式重庆高速公路建设中的应用［J）公路交通技术,2015（3）：141-144
［3］续耀喜.广西百靖高速公路PPP模式探析山西建筑, 2015（11）：239-240.
收稿日期：2020-12-07
（上接第153页）
均小于贝雷片钢材的设计值305MPa；钢平构件的最大压应力为74.3MPa,最大拉应力为73.6MPa,均小于构件的设计值215MPa。

钢平台所有构件的应力均小于钢材强度的设计值"。

表4各荷载工况下钢栈桥整体最大位移计算结果表（1）荷载工况组合6666P Q 工况1 1.65 1.21-4.73 4.83
工况2 1.62 1.11-4.60 4.61
工况3 2.60-0.89-3.72 4.04
工况4-2.11-0.54-4.13 4.24
工况5-2.12-0.56-4.25 4.26
工况6 1.210.50-4.15
&.16工况7 1.270.55-3.48 3.56
从表4可：看出，钢平同荷载组合的作用，变形：竖向位移为主。

钢平最不利荷载工况用下的最大位移为4.83mm,且对应贝雷片跨中处，最大位移处的容许位移M=6000/400= 15mm,最大位移小于容许值，钢平
3. 2.4钢平说明
相较于钢栈桥，钢平台为群桩基础，且钢平台中钢管的密于桥钢管的密度，结合施工经验，故此不再进行钢平台的稳定性分析。

4&结语
深水桥梁施工桥及钢平于大型临时结构物,钢栈桥、钢平台的、刚度和直接关系施工的安全。

本文结合实体工程方案设计,施工需求及成本控制的前提下,桥、钢平台进行了合理的结构设计，并利用有馬
Midas Civil:桥、钢平同工况下进行了仿。

从计算结：看出，钢栈桥、钢平台的强、刚度及均能满足
参考文献
［1］戴李春.高速公路桥梁深水桩基及水中承台施工要点分析［D）西安:长安大学,202
［2］黄绍金北公路钢桥多用途手册［M）北京:人民交通出版社,2001
收稿日期=2021-02-27。