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摘要：结合潭洲大桥栈桥工程实例对栈桥结构计算，采用有限元软件，结合结构影响线方法，确定栈桥最不利受力位置。通过该方法可方便、快捷、准确的计算出各杆件的受力大小，计算结果更接近于实际情况，从而可进一步进行整体结构的优化设计。计算结果与现场实测结果比较分析表明，该方法具有良好的工程实践可操作性和适用性。
关键词：栈桥；贝雷架；影响线；桁架；有限元
Abstract: combining the pool state of the approach bridge engineering examples, the bridge structure calculation, and finite element software, combined with the structure of influence line method, to determine the most unfavorable position stress approach. Through this method can be convenient, quick, accurate calculate the rod of a force size, the result is more close to the actual situation, thus further can be of the whole structure of the optimization design. The calculation results with the field measured results show that the method has good engineering practice feasibility and applicability.
Keywords: zhanqiao pier; BeiLei frame; Influence lines; Truss; Finite element
中圖分类号：U448.18 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
潭洲大桥位于佛山莲塘水闸下游的潭洲水道，水面宽约200m，主桥采用(75+125+75)m跨P.C.连续刚构，挂篮悬浇施工。因施工需要需搭设从潭洲大桥北河堤上右侧25#墩（河堤坡顶处）开始至右侧30#墩平台设置宽4米，长172.5米，连接30＃墩左右幅平台宽8米，长58米的汽车钢栈桥。采用直径63厘米、厚0.8厘米钢管作为基础桩，其上纵向铺设300×150厘米双拼贝雷片，贝雷片上横向铺设30A工字钢间距为70厘米工字钢上再纵向铺设25A槽钢，间距约4厘米。4米宽栈桥横断面两排钢管间距为300厘米，纵向600厘米，6米宽栈桥横断面三排钢管间距为250厘米，纵向也为600厘米。
本文从考虑栈桥贝雷架杆件的安全性出发，采用有限元法提出了贝雷架结构安全性验算的具体方法和过程，并对结构计算优化方法提出了合理建议。
2 栈桥贝雷架安全性验算
2.1 计算模型
本文以潭洲大桥工程为例进行分析计算，计算结构的具体参数为：栈桥分为4m宽和6m宽两种，均采用直径63cm、厚0.8cm钢管作为基础桩，其上纵向铺设300×150cm双拼贝雷片，贝雷片上横向铺设30A工字钢间距为70cm工字钢上再纵向铺设25A槽钢，间距约4cm。4m宽栈桥横断面两排钢管间距为300cm，纵向600cm，6m宽栈桥横断面三排钢管间距为250cm，纵向也为600cm。
为研究栈桥的贝雷架杆件受力状况，结构计算分析采用有限元法。为简化计算，根据结构的对称性，可不考虑栈桥桁架的实际空间作用，将其简化为平面结构，栈桥承重桁架通常不考虑端部封闭刚架的影响，忽略节点的刚度。分析易知，贝雷架为简支在钢管桩上的结构体系，且由于各孔跨受力状况相同，故可取其中的一个孔跨进行结构安全验算，其受力简图如图1所示。
图1 单片贝雷架的受力简图
2.2 控制杆件计算与选择
根据以上分析模型，可利用有限元分析出贝雷架各杆的轴力及受弯杆件的弯矩影响线，由于结构左右对称，故只做出左半边结构的影响线，如图2~8所示，另为零杆，其影响线未做出。
图2影响线 图3影响线
图4影响线 图5影响线
图6影响线 图7影响线
图8影响线
从以上影响线可知对于受压杆1-7、5-7在移动荷载作用下杆1-7首先屈服，对于受拉杆1-2、4-7则杆4-7首先屈服。而对于拉杆4-7和压杆1-7由于受力大小相同，故一般只需验算受压杆的安全性即可，即只考虑杆1-7。故以下只验算杆1-4、1-7、4-5的安全性。
2.3 4m宽栈桥贝雷架安全性验算
4m宽的栈桥要求能承受荷载为40T的汽车荷载，则必须满足在汽车荷载作用下各杆件的最大荷载效应满足规范要求。其中40T汽车荷载的轴位图如图9所示。
图9 40T汽车轴位图
2.3.1 轴压杆件安全性验算
对于轴心受压杆件需验算其强度、刚度、稳定性。根据《钢结构设计规范》轴心受力构件的强度按下式计算：
（1）
而刚度是以保证其长细比限值 来实现的，即：
（2）
整体稳定性的计算采用下列形式：
（3）
式中 ，可查规范附录表得知。
杆1-4荷载的最不利位置如图10所示，则单根杆件的轴力为：
则相应应力 ，小于设计值的 ，满足设计要求。
杆1-7荷载的最不利位置如图11所示，则单根杆件的轴力为：
同理杆1-7也满足要求。
图10杆1-4荷载最不利位置图 图11 杆1-7荷载最不利位置图
2.3.2 压弯构件的安全性验算
对于压弯杆件需验算其强度、刚度、稳定性。根据《钢结构设计规范》压弯构件的强度按下式计算：
（4）
刚度验算按前式（2）。
整体稳定验算分两种：
1）弯矩作用平面内的稳定计算采用：
（5）
2）弯矩作用平面外的稳定计算采用：
（6）
杆4-5荷载的最不利位置分两种：
1）使轴力 达到最大，此时汽车两重轮位于轴力影响线最大竖标附近，如图12所示。
则单根杆件的轴力为：
故截面抗弯压满足要求。
2）使弯矩 达到最大，此时汽车一重轮位于弯矩影响线最大竖标附近，如图13所示。
则单根杆件的轴力为：
同理，杆4-5也满足要求。
图12 杆4-5轴力最大时荷载最不利位置图图13 杆4-5弯矩最大时荷载最不利位置图
因此，4米宽栈桥的贝雷架结构在受到荷载作用下其安全性是满足要求的。
2.4 6m宽栈桥安全性验算
与4m宽栈桥相比验算的内容是一样的，只是作用在其上的荷载大小不一样。要满足50T起吊车能安全起吊，最不利的情况为起吊车单轴作用在栈桥上，此时单轴重为500kN。
采用相同方法，6米宽栈桥桁架结构在设计荷载作用下其安全性能满足要求。
3 结论
（1）本文在验算栈桥结构的安全性上以考虑贝雷架的抗压，抗压弯来进行考虑，通过此方法，使栈桥上部结构的验算更加接近工程实际情况，在栈桥的实际受力中，是由贝雷架上的工字梁和槽钢传递到贝雷架上再转递到钢管桩基础的，因此贝雷架在此环节上具有非常重要的作用，而目前的研究往往忽略了这一细节。
（2）利用有限元绘制、分析栈桥贝雷架结构的影响线从而计算出栈桥结构贝雷架的最不利荷载，通过验算表明：贝雷架结构的抗弯，轴心抗压，压弯稳定性符合实际栈桥工程需要，并且满足规范要求，通过这种方法为栈桥结构计算和结构布置及其优化提供了更加合理的依据和方法。
（3）本文的方法概念明确，便以理解，但要应用与工程实际中，还需进去步的研究和探讨，因为，在参数及各中贝雷架结构的尺寸选取上还需要在实际运用中进一步研究验证。
参考文献：
[1] 戴国欣.钢结构[M].武汉：武汉理工大学出版社，2000.
[2] 公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025—86[S].北京：人民交通出版社，1987.
[3] 王永旗，田兴善.风陵渡黄河大桥施工栈桥设计[J].铁道建筑，1999(1.0)
[4] 中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用 规范TJGD60一2004[S].北京:人民交通出版社，2004
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：栈桥；贝雷架；影响线；桁架；有限元
Abstract: combining the pool state of the approach bridge engineering examples, the bridge structure calculation, and finite element software, combined with the structure of influence line method, to determine the most unfavorable position stress approach. Through this method can be convenient, quick, accurate calculate the rod of a force size, the result is more close to the actual situation, thus further can be of the whole structure of the optimization design. The calculation results with the field measured results show that the method has good engineering practice feasibility and applicability.
Keywords: zhanqiao pier; BeiLei frame; Influence lines; Truss; Finite element
中圖分类号：U448.18 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
潭洲大桥位于佛山莲塘水闸下游的潭洲水道，水面宽约200m，主桥采用(75+125+75)m跨P.C.连续刚构，挂篮悬浇施工。因施工需要需搭设从潭洲大桥北河堤上右侧25#墩（河堤坡顶处）开始至右侧30#墩平台设置宽4米，长172.5米，连接30＃墩左右幅平台宽8米，长58米的汽车钢栈桥。采用直径63厘米、厚0.8厘米钢管作为基础桩，其上纵向铺设300×150厘米双拼贝雷片，贝雷片上横向铺设30A工字钢间距为70厘米工字钢上再纵向铺设25A槽钢，间距约4厘米。4米宽栈桥横断面两排钢管间距为300厘米，纵向600厘米，6米宽栈桥横断面三排钢管间距为250厘米，纵向也为600厘米。
本文从考虑栈桥贝雷架杆件的安全性出发，采用有限元法提出了贝雷架结构安全性验算的具体方法和过程，并对结构计算优化方法提出了合理建议。
2 栈桥贝雷架安全性验算
2.1 计算模型
本文以潭洲大桥工程为例进行分析计算，计算结构的具体参数为：栈桥分为4m宽和6m宽两种，均采用直径63cm、厚0.8cm钢管作为基础桩，其上纵向铺设300×150cm双拼贝雷片，贝雷片上横向铺设30A工字钢间距为70cm工字钢上再纵向铺设25A槽钢，间距约4cm。4m宽栈桥横断面两排钢管间距为300cm，纵向600cm，6m宽栈桥横断面三排钢管间距为250cm，纵向也为600cm。
为研究栈桥的贝雷架杆件受力状况，结构计算分析采用有限元法。为简化计算，根据结构的对称性，可不考虑栈桥桁架的实际空间作用，将其简化为平面结构，栈桥承重桁架通常不考虑端部封闭刚架的影响，忽略节点的刚度。分析易知，贝雷架为简支在钢管桩上的结构体系，且由于各孔跨受力状况相同，故可取其中的一个孔跨进行结构安全验算，其受力简图如图1所示。
图1 单片贝雷架的受力简图
2.2 控制杆件计算与选择
根据以上分析模型，可利用有限元分析出贝雷架各杆的轴力及受弯杆件的弯矩影响线，由于结构左右对称，故只做出左半边结构的影响线，如图2~8所示，另为零杆，其影响线未做出。
图2影响线 图3影响线
图4影响线 图5影响线
图6影响线 图7影响线
图8影响线
从以上影响线可知对于受压杆1-7、5-7在移动荷载作用下杆1-7首先屈服，对于受拉杆1-2、4-7则杆4-7首先屈服。而对于拉杆4-7和压杆1-7由于受力大小相同，故一般只需验算受压杆的安全性即可，即只考虑杆1-7。故以下只验算杆1-4、1-7、4-5的安全性。
2.3 4m宽栈桥贝雷架安全性验算
4m宽的栈桥要求能承受荷载为40T的汽车荷载，则必须满足在汽车荷载作用下各杆件的最大荷载效应满足规范要求。其中40T汽车荷载的轴位图如图9所示。
图9 40T汽车轴位图
2.3.1 轴压杆件安全性验算
对于轴心受压杆件需验算其强度、刚度、稳定性。根据《钢结构设计规范》轴心受力构件的强度按下式计算：
（1）
而刚度是以保证其长细比限值 来实现的，即：
（2）
整体稳定性的计算采用下列形式：
（3）
式中 ，可查规范附录表得知。
杆1-4荷载的最不利位置如图10所示，则单根杆件的轴力为：
则相应应力 ，小于设计值的 ，满足设计要求。
杆1-7荷载的最不利位置如图11所示，则单根杆件的轴力为：
同理杆1-7也满足要求。
图10杆1-4荷载最不利位置图 图11 杆1-7荷载最不利位置图
2.3.2 压弯构件的安全性验算
对于压弯杆件需验算其强度、刚度、稳定性。根据《钢结构设计规范》压弯构件的强度按下式计算：
（4）
刚度验算按前式（2）。
整体稳定验算分两种：
1）弯矩作用平面内的稳定计算采用：
（5）
2）弯矩作用平面外的稳定计算采用：
（6）
杆4-5荷载的最不利位置分两种：
1）使轴力 达到最大，此时汽车两重轮位于轴力影响线最大竖标附近，如图12所示。
则单根杆件的轴力为：
故截面抗弯压满足要求。
2）使弯矩 达到最大，此时汽车一重轮位于弯矩影响线最大竖标附近，如图13所示。
则单根杆件的轴力为：
同理，杆4-5也满足要求。
图12 杆4-5轴力最大时荷载最不利位置图图13 杆4-5弯矩最大时荷载最不利位置图
因此，4米宽栈桥的贝雷架结构在受到荷载作用下其安全性是满足要求的。
2.4 6m宽栈桥安全性验算
与4m宽栈桥相比验算的内容是一样的，只是作用在其上的荷载大小不一样。要满足50T起吊车能安全起吊，最不利的情况为起吊车单轴作用在栈桥上，此时单轴重为500kN。
采用相同方法，6米宽栈桥桁架结构在设计荷载作用下其安全性能满足要求。
3 结论
（1）本文在验算栈桥结构的安全性上以考虑贝雷架的抗压，抗压弯来进行考虑，通过此方法，使栈桥上部结构的验算更加接近工程实际情况，在栈桥的实际受力中，是由贝雷架上的工字梁和槽钢传递到贝雷架上再转递到钢管桩基础的，因此贝雷架在此环节上具有非常重要的作用，而目前的研究往往忽略了这一细节。
（2）利用有限元绘制、分析栈桥贝雷架结构的影响线从而计算出栈桥结构贝雷架的最不利荷载，通过验算表明：贝雷架结构的抗弯，轴心抗压，压弯稳定性符合实际栈桥工程需要，并且满足规范要求，通过这种方法为栈桥结构计算和结构布置及其优化提供了更加合理的依据和方法。
（3）本文的方法概念明确，便以理解，但要应用与工程实际中，还需进去步的研究和探讨，因为，在参数及各中贝雷架结构的尺寸选取上还需要在实际运用中进一步研究验证。
参考文献：
[1] 戴国欣.钢结构[M].武汉：武汉理工大学出版社，2000.
[2] 公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025—86[S].北京：人民交通出版社，1987.
[3] 王永旗，田兴善.风陵渡黄河大桥施工栈桥设计[J].铁道建筑，1999(1.0)
[4] 中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用 规范TJGD60一2004[S].北京:人民交通出版社，2004
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。