摘要 施工鋼平臺是涉水橋梁技術施工的重要臨時結構，這種結構形式需要與現(xiàn)場條件和平面總體布置相適應。為了對斜交條件下施工臨時平臺的合理結構形式進行研究，該文以某跨河組合橋梁為依托，對大斜交狀態(tài)下鋼平臺的結構設計和受力狀態(tài)進行了研究，設計出一種與鋼便橋斜交的施工鋼平臺結構，平臺分布在橋梁墩柱兩側，機械作業(yè)設置在主平臺一側，在斜交銳角區(qū)域設置單獨支撐的方式解決銳角區(qū)域的傳力問題，利用有限元分析對其受力特性進行了全面分析，保證了設計的斜交鋼平臺在施工過程具有良好的承載能力和穩(wěn)定性，研究成果可為類似工程提供參考。

關鍵詞 斜交鋼平臺；結構設計；有限元分析；受力特性

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0144-03

0 引言

橋梁工程是交通基礎設施的重要組成，在橋梁工程涉水施工的時候，需要通過鋼棧橋鋼平臺提供施工環(huán)境，完成橋梁樁基礎及墩柱的施工，是橋梁涉水施工的重要臨時構造。

目前學者對施工臨時鋼平臺的研究主要集中在鋼平臺結構形式選擇、結構設計、結構計算與鋼平臺受力分析方面[1-3]。如吳海川[4]對臨時水上鋼棧橋與平臺施工技術進行了研究，總結了鋼平臺的施工要點。裴浩浩[5]結合湛湄公河大橋的建設，對洪水過后鋼棧橋及鋼平臺的修復與糾偏相關技術進行了研究與總結，解決了鋼平臺的偏位修復問題。鄭戈等[6]人針對海上施工特點和施工環(huán)境，對鋼棧橋與鋼平臺一體化集成技術進行了研究，將鋼管樁施工平臺與導向系統(tǒng)相結合，提高了使用效率。盧振有等[7]人以欽州市靈山縣武利江大橋為例，對重載鋼棧橋及鋼平臺的受力特性進行了分析，分析了在不同荷載組合作用下的受力情況。也有學者對鋼平臺與鋼棧橋的聯(lián)合設計方法有所研究，對鋼平臺與鋼棧橋之間的結構頭灶進行了相關研究。

綜合現(xiàn)有的相關研究，該文主要針對不同的施工條件和不同的工程條件，對鋼棧橋的結構設計、施工相關技術進行研究。對于在大斜角狀態(tài)下鋼平臺的合理結構形式的研究很少，為了對大斜角狀態(tài)下鋼平臺的結構構造和受力性能進行深入研究，以某跨河橋梁為依托，開展斜交臨時施工鋼平臺設計與受力性能進行研究。

1 工程概況

1.1 總體概況與建設條件

該文以平正河大橋為依托開展鋼平臺研究，背景工程起點位于從江縣下江鎮(zhèn)東側都柳江右岸臘俄大橋橋頭，順接規(guī)劃G655從江至下江公路終點，項目終點止于宰便鎮(zhèn)，順接規(guī)劃G655從江宰便至光輝公路起點，路線全長35.782 km。平正河大橋全長152 m，大橋跨越平正河位置橋梁軸線與河道夾角50°，橋梁在第2、3、4孔上跨平正河。上部結構主橋采用裝配式預應力混凝土T梁，引橋采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁，大橋橋墩采用雙柱式橋墩，基礎為端承型灌注樁基礎，橋臺采用重力式U形橋臺，采用擴大基礎。

主橋T梁橋的跨徑布置為3×40 m，橋面總寬度為11.00 m。上部結構采用裝配式預應力混凝土T梁，先簡支后結構連續(xù)，T梁梁高2.5 m，橫橋向布置5片T梁，梁間距為2.15 m，預制T梁之間通過橫隔板連接為整體。

1.2 建設條件

大橋跨越的平正河為都柳江支流，橋位地處都柳江郎洞航電樞紐庫區(qū)范圍，庫區(qū)正常蓄水位為217.00 m，百年一遇洪水位為227.8 m，設計水位為227.8 m。結合現(xiàn)場實測的地面標高、水面標高、預計漲水水位標高，以及查閱相關水文資料，棧橋貝雷梁底以218.0 m為控制標高，可滿足行洪對凈空的要求。

橋位區(qū)地質覆蓋層為第四系殘坡積含碎石粉質黏土，鉆探揭示厚度1.7～3.0 m，普通土Ⅱ級，以及第四系沖洪積卵石土，鉆探揭示厚度3.4 m，硬土Ⅲ級；下伏基巖為上板溪群番招組（Ptbnbf）灰、灰黃色薄至中厚層變余粉砂巖，下伏地層穩(wěn)定，巖性單一，無其他不良地質情況。

2 斜交鋼平臺設計

平正河大橋樁基及其系梁施工采用型鋼搭設平臺進行，平臺一側與有鋼便橋斜接，作為機械設備通道，平臺與鋼便橋斜交布置。因此鋼平臺設計的時候需要充分考慮斜交結構的特點，實現(xiàn)斜交平臺與鋼便橋之間的良好斜接。

經過分析與比較，施工過平臺鋼的平臺綜合考慮橋墩立柱的位置和鋼便橋的位置關系。鋼平臺的平面布置如圖1所示，鋼管樁垂直布置5排，每排由4根組成，鋼管樁間距為4.4 m，兩排鋼管樁之間間距為7 m+8.5 m+8.5 m+6.68 m。并沿著鋼便橋的方向設置一排邊樁，邊樁與鋼便橋平行，對斜邊進行支撐，解決與鋼便橋的斜接。邊樁與鄰近的中間鋼管樁形成三角形區(qū)域，支撐斜交平臺的三角范圍，三角形范圍的剛度較其他正常范圍的剛度更大，以緩解不規(guī)則支撐區(qū)域的應力水平。

鋼平臺基礎采用Φ630 mm（δ=8 mm）螺旋鋼管，橫橋向布置3根，鋼管樁的橫向間距為4.4 m，縱橋向單排，鋼管樁之間由平聯(lián)連接，平聯(lián)采用Φ426 mm鋼管。鋼管樁頂設I56a作為支撐橫梁。在支撐橫梁上布置I56a型鋼作為承載縱梁，承載縱梁的間距為1.1 m，承載縱梁的間距布置避開樁基對應位置。在工字鋼縱梁上布置間距為0.75 m的I22b工字鋼作為分配橫梁。在分配橫梁上布置間距為0.3 m的I12.6分配縱梁與8 mm厚度的鋼板組成操作平臺面板系統(tǒng)，鋼平臺的標準斷面圖如圖2所示。

在與平臺三角區(qū)域斜接位置除了多設置一排鋼管支撐外，還通過在型鋼端部焊接圈梁連成整體的方法改善端部受力。在間距3.46 m的兩根縱向主梁斜向端部利用I25b工字鋼連接在一起，頂面與I56a的頂面齊平，為分配橫梁斜邊端部提供支撐。在斜邊端部，將作用分配橫梁的斜端利用I22型鋼焊接在一起，為分配縱梁提供支撐。鋼平臺的標準斷面如圖2所示，其中主縱梁的標準間距為1.1 m，在橋墩兩側主縱梁的間距為3.46 m。第一道縱梁距離平臺邊緣間距為0.4 m，在平臺端部設置臨邊護欄。

3 鋼箱梁頂推施工

3.1 計算方法與計算模型

為了對設計的斜交鋼平臺在橋梁施工過程臨時荷載作用下的受力性能進行分析，確保新型鋼平臺結構具有良好的承載能力。利用有限元軟件midas civil建立空間桿系有限元模型，對鋼平臺的受力狀態(tài)進行分析?？紤]支架結構的承載特點，在計算時將橋面板體系以外的構件均進行建模，選取包含一個制動墩的6跨結構進行計算，結構離散后共4 053個節(jié)點，4 532個單元。模型如圖3所示。

在計算過程中考慮的主要荷載內容包括：（1）結構自重荷載：結構立柱、橫梁、分配梁等主要承重結構的自重均按照結構的實際尺寸計算重量。（2）材料堆放：平臺頂面臨時材料堆放按照3 kN/m2考慮，堆放位置為滿布布置。（3）施工機械荷載：按照施工要求考慮。（4）通行人群荷載：人行荷載取值為2.5 kN/m2，平臺四周臨邊人行道寬度各設置1.5 m。（5）風荷載：考慮靜風壓荷載，按照規(guī)范取值，橋位處風壓荷載按照0.50 kPa計算（橋位地區(qū)）。（6）水流荷載：考慮的水流設計流速V=3 m/s，計算的流水沿著立柱的線荷載集度為2.1 kN/m。（7）漂浮物沖擊荷載：考慮的水流流速V=3 m/s，漂浮物的重物按照1 t計算，撞擊力為3 kN。

根據項目施工的總體計劃，該項目的施工平臺上需要在施工過程中需要考慮三種不同的機械設備作用。分別設置三種不同計算工況，工況一考慮55 t標準車在平臺上施工作業(yè)，車輛最大軸重為14 t。工況二考慮混凝土運輸車輛在鋼平臺上作業(yè)，混凝土罐車總重55 t，最大軸重為17.3 t。工況三為35 t履帶式反旋挖鉆機作業(yè)。上述三種工況的計算過程機械設備的作用范圍為永久墩的一側，另外因此為臨時堆放材料和作業(yè)人員通行使用。

3.2 主要計算結果

以55 t標準車作用狀態(tài)為例，在荷載基本組合下縱向分配梁的最大正應力分布情況如圖4所示，縱向分配梁出現(xiàn)的最大正應力為109.3 MPa，出現(xiàn)在三角區(qū)域斜邊支撐較弱位置，應力均小于材料的設計強度190 MPa，滿足正截面強度驗算的要求。支撐縱梁出現(xiàn)的最大剪應力為39.9 MPa，均小于材料的設計強度110 MPa，滿足抗剪設計強度的要求。

支撐橫梁出現(xiàn)的最大正應力為115.7 MPa，應力均小于材料的設計強度190 MPa，最大剪應力為46.9 MPa，均小于材料的設計強度110 MPa。平臺鋼管立柱最終采用直徑為630 mm，壁厚8 mm的鋼管立柱，鋼管立柱的穩(wěn)定性計算時候偏保守的不考慮立柱之間的縱向聯(lián)系，出土高度的計算特征值μ=2，計算自由長度按照17.8 m進行計算，則鋼管立柱出現(xiàn)的長細比λ=80.94，受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.73，考慮立柱材料為Q235鋼材，則考慮穩(wěn)定折減后的允許應力[σ]=137 MPa，計算所得的最大應力小于74.7 MPa，可滿足支架的穩(wěn)定性要求[7]。

采用同樣的方法，計算了鋼平臺在混凝土罐車、旋挖鉆履帶車作用下的受力情況。分析結果表明，對于該施工平臺55 t混凝土罐車通行是該橋的控制荷載。鋼平臺的剛度滿足要求，具有良好的剛度，最大變形不大于跨度的1/500。鋼平臺出現(xiàn)的最大應力為163.9 MPa，最大剪應力為102.0 MPa，鋼平臺的強度驗算均滿足要求。鋼管支架體系的強度驗算和穩(wěn)定性驗算均滿足要求。外側鋼管立柱入土深度20.7 m，內側鋼管立柱入土深度10.0 m，鋼管樁的承載能力即可滿足要求。

4 結束語

為對斜交條件下橋梁技術施工臨時鋼平臺的合理結構形式進行研究，以某跨河道橋梁施工為依托對斜交鋼平臺合理結構形式進行了研究，得到了以下結論：

（1）結合基礎施工條件和現(xiàn)場環(huán)境，設計了一種與鋼便橋斜交的施工鋼平臺結構，平臺分布在橋梁墩柱兩側，機械作業(yè)設置在主平臺一側。

（2）通過對斜交銳角區(qū)域設置單獨支撐的方式解決銳角區(qū)域的傳力問題，保證了斜交結構的平順過渡。

（3）利用有限元軟件建立了空間桿系模型對鋼平臺在施工過程中的受力特性進行了全面分析，保證了設計的斜交鋼平臺在施工過程具有良好的承載能力和穩(wěn)定性，可為類似工程提供參考。

參考文獻

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收稿日期：2024-04-16

作者簡介：周惠泉（1978—），男，本科，工程師，研究方向：鄉(xiāng)村公路建設管理。