洪水期钢栈桥横向稳定性分析_冯燕平

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从图 ３ 可看出 ： （ ） 离固定墩越远， 管桩屈曲变形的幅度越大。 １ （ ） 管桩发 生 侧 弯 屈 曲 破 坏 的 位 置 在 平 联 管 ２ 与管桩固 结 处 及 以 上 部 分 ， 进 而 导 致 全 桥 倾 覆。 该结果与 ２ ０ １ ０年７月２ ６ 日洪水期间倾覆的一联 栈桥管桩屈曲位置吻合 。 （ ） 结 构 最 小 临 界 荷 载 系 数 为０ 说明 ３ ． ０ ９ ８ ６， 当流水作用达到计算荷载的 １／ 管桩就会 １ ０ 左右 ， 发生失稳 ， 即当 水 位 高 于 贝 雷 梁 底 时 ， 管 桩 失 稳、 全桥倾覆的可能性会大大增加 。
市小龙门电航枢纽工程库区河段 ， 桥位法线方向与 。 施 工 水 位 为２ 流向的夹 角 为 １ 流速为 ３ ° ６ ９ ． ９ｍ， ／ ， 流速为 ０ ． ５ｍ ｓ ３ ０ 年一遇最高洪水位为２ ７ ３ ． ８ｍ， ／ 。 桥位处地 质 情 况 自 上 而 下 依 次 为 ： 卵石 ２ ． ０ｍ ｓ 土 － 强风化泥岩夹砂岩 － 弱风化泥岩夹砂岩 。
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０ 引言
随着我国交通事业的飞速发展 ， 各类跨越大江大河甚至跨海的桥梁工程不 断兴建 。 当项目工期较长 ， 水中墩较多时 ， 为了保证工程的顺利进行 ， 搭建稳定 可靠的栈桥作为施工通道成为大多数工程的首选 。 但由于冲刷或者过度采砂 ，
作者简介
—） ， 冯燕 平（ 男， １ ９ ８ ３ 甘 肃 人， 工 程 师， 主要 从事 公 路 工 程 施 工 与 管理工作 。
图 １ 栈桥横断面布置图
２ 理论分析
在施 工 过 程 中 ， Ｌ Ｚ Ｄ １ Ｋ ６＋８ ０ ３～Ｌ Ｚ Ｄ １ Ｋ ７＋ 导致桥位处河床 ０ ７ ９段 栈 桥 因 采 砂 船 过 度 开 采， ， 基岩裸露 ， 岩石芯 样 单 轴 抗 压 强 度 为７～３ ０ ＭＰ ａ 实际施工也证实 管 桩 入 土 困 难 。 使 用 Ｄ Ｚ ９ ０型振 动 锤 锤 击 至 贯 入 度 ＜１ｃ 锤击时间＞ ｍ／ ｍ ｉ ｎ、 时， 所有钢管桩入土深度均 ＜２ｍ， 入土最浅 ５ｍ ｉ ｎ 的管桩只有０ 立桩困难 。 选取具有代表性的 ． ２ｍ， Ｌ Ｚ Ｄ １ Ｋ ６＋９ ４ ０～Ｌ Ｚ Ｄ １ Ｋ ７＋０ ３ ７ 段 ６ 跨 １ 联 栈 桥， 建立力学模型 ， 分析其在最高洪水位偶然作用状 态下的横桥向稳定性 。
２ ． １ 建立分析模型 ＃ 全桥采用６ 跨连续梁结构进行处理， 墩为固 ２
定墩， 其他为活动墩。 由于裸岩地质条件下， 钢管桩 入土较浅， 所以在重力和水流尤其是洪水期水流偶
２ ０ １ ２年第６期 总第５ ９期 ５ １
然作用下， 该桥的整体稳定性是非常值得关注的问 题， 建模时， 桩底约束条件的 处 理 是 分 析 问 题 的 关 其模拟的真实程度对该桥的整体稳定性影响非 键， 因此采 常大。由于缺少桩土相互作用的实验数据， 用释放部分桩底自由度的方式减少约束条件 ， 进而 来模拟桩底裸岩地址条件下约束不足的情况。 结构采用 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ／ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ ２ ０ ０ ６ 有限元软件按照面 向对象的方法整体建模、 分析， 其中桥面系按照板单 贝雷梁按照桁架单元、 钢管桩按照梁单元进行模 元、 拟。桥面系与贝雷梁、 贝雷接头处、 三组贝雷梁间采 取固结； 上部结构和下部结构之间， 除固定墩顶采取 其它墩顶采取铰接约束； 除固定墩两根桩桩 固结外， 底固结外， 对同一排钢管桩， 采取一根桩底固结、 另 一桩底解除绕顺桥向轴的转动约束的方式进行简化 管桩长度按照实际施 工 取 值， 入土深度按照 处理， 管桩与平联、 下横梁之间的连接全部为刚 １ｍ考虑， 接。全桥建模如图２所示。
１ ． ３ 栈桥平面布置形式 栈桥设在桥位上游 ， 平行于桥轴线 ， 与左 线 间
距 为１ 里程分别为 ８ ． ０ ５ｍ。 栈 桥 拟 分 为 三 段 ， 、 Ｌ Ｚ Ｄ １ Ｋ ６＋０ ０ ８～Ｌ Ｚ Ｄ １ Ｋ ６＋１ ３ ４ Ｌ Ｚ Ｄ １ Ｋ ６＋２ ５ ２～ 、 ， 共 Ｌ Ｚ Ｄ １ Ｋ ６ ＋６ ０ ６ Ｌ Ｚ Ｄ １ Ｋ ６＋８ ０ ３～Ｌ Ｚ Ｄ １ Ｋ ７＋３ ３ ４ 长 １ ２ ４ ４ｍ。 主栈桥 桥 跨 布 置 为 ８ 跨） 宽６ｍ， 局 ８（ × １ ５ｍ， 部加宽至 ８ｍ作为汇车段 。
２ ． ２ 作用计算与组集 ２ ． ２ ． １ 水流力计算
上游侧迎水 桩 水 流 作 用 力 、 下游桩水流力乘 以相应系数后进行折减 。 作用于墩顶以下 １／ ３高 度处 。
２ Ｆｗ ＝Ｃｗ ｖ Ａ／ ２ ρ
桥位处往往会出现没有覆盖层或覆盖层很薄的情况 ， 即在裸岩地质条件下 ， 如 何保证洪水期间流水压力作用下的钢栈桥稳定 ， 就成为了水中桥梁施工首先要 面对的问题 。 目前 ， 此类问题一般是通过一些构造措施来解决 ， 如减少跨径长度 、 打双排 桩、 增强管桩间的横向连接 、 打斜桩 、 桩内灌砂降低结构重心 、 桩周抛砂回填等 。洪水期钢栈桥横向稳定性分析
冯燕平 ， 鲍军岗 ， 杨 辉
（ ） 中交一公局第四工程有限公司 ， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ３ １
摘 要： 文章依托兰渝铁路南充嘉陵江特大桥钢栈桥工程实例 ， 利用有限元模型对 洪水期流水压力作用下的钢栈桥横向稳 定 性 进 行 了 模 拟 分 析 ， 并基于此提出了相 应的结构优化方案及构造措施 。 关键词 ： 洪水期 ； 钢栈桥 ； 横向稳定性 ； 分析 中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ８ ． １ ８ Ａ 文献标识码 ：
Ｂ
Ｒ Ｉ ＤＧＥ ＡＮＤ ＴＵＮＮＥ Ｌ ＥＮＧ Ｉ ＮＥＥＲ Ｉ ＮＧ
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桥 隧 工 程
西部交通科技
（ ） 文章编号 ： １ ６ ７ ３ － ４ ８ ７ ４ ２ ０ １ ２ ６ － ０ ０ ５ ０ － ０ ０ ４
１ ． ４ 栈桥构造 桥跨结构为三组单层双排国产 ３ ２ １ 贝雷粱纵向
拼装而成， 下设 ＨＮ ６ ０ ０ × ２ ０ ０ｍ ｍＨ钢横向垫梁与桥 墩桩基联结， 其上铺 ２ ２ ａ＠ ７ ５ ０ｍ ｍ横向工钢分配梁， Ⅰ 满铺 ［ 栈桥两侧设栏杆（ 高 ３ ２ ａ 槽 钢 作 为 桥 面， 。栈桥采用排架桩基， 度为 为直径 １ ． ０ｍ） ６ ３ ０ｍ ｍ、 壁厚 每４ ９ｍ ｍ的钢管桩。栈桥为 １ ５ｍ一跨， ６ 跨作 ～
上部结构被漂 浮 物 严 重 堵 塞 ， 实际挡水面积与上 构轮廓面积比值μ 将大大增加 ， 水流阻力系数 Ｃｗ 的取值要视堵塞程度 而 定 ， 本 例 按 μ＝０ ． ３， Ｃｗ ＝ １ ． ９ ９ 取值 。 ２ ． ２ ． ２ 自重作用 在建模时 ， 材料截面特性输入实际重量因子 ， 分析处理时加载该工况即可 。
１ ． ２ 使用要求 （ ） 栈 桥 承 载 力 要 满 足： １ ５ ０ ０ｋ Ｎ履 带 吊 吊 重
２ ０ ０ｋ Ｎ在桥面行走要求 ， ４ ０ ０ｋ Ｎ混凝土罐车行走要 ／ 。 设计行车速度为 求， １ ５ｋ ｍ ｈ （ ） 栈桥的平面位置不得妨碍钻孔平台及围 ２ 堰、 承台施工 ， 能够满足整个施工期间的要求 。
普通墩为单排 ２ 根桩， 覆盖层较浅时设板凳 为一联， 桩， 施工平台的起止桩基与栈桥共用一根桩 。 桩长 承载力变化而变化， 但入土深度 ≮ 使 根据河床、 ２ｍ， 位置根据施工 用 ４ ２ ６ × ６ｍ ｍ钢管横向联结钢管桩， 水位确定。栈桥横断面如图１所示。
１ 工程实例
１ ． １ 工程概况 兰渝铁路南充嘉陵江特大桥钢栈桥位于南充
２ ． ３ 分析结果 在淹没桥面 的 洪 水 压 力 和 自 重 工 况 下 ， 对模
型加载 ， 进行全桥屈曲模态分析 ， 取一阶模态特征 值， 得出结构最小 临 界 荷 载 系 数 为０ ． ０ ９ ８ ６≈０ ． １， 如图 ３ 所示 。
图 ３ 一阶特征值下的管桩屈曲变形图 图 ２ 全桥模型图
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Ｗ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ 西部交通科技 Ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
以上措施往往单独或综合使用 。 出于临建工程考 虑， 采取这些措施往往凭借经验 ， 缺乏理论依据 ， 有 而且不一 时不可避免的造成材料浪费和工期延误 ， 定能起到预期的效果 。 本文结合兰渝铁路南充嘉 陵江特大桥钢栈桥设计 、 施工实例 ， 提出了科学合 理的解决 该 问 题 的 思 路 ， 以期起到抛砖引玉的作 用。