人行貝雷橋

張振宇+陳德偉

摘要：貝雷橋是一種裝配武鋼橋，早期的貝雷橋主要應(yīng)用于軍事上，現(xiàn)在貝雷橋已經(jīng)廣泛應(yīng)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)、交通工程、市政水利工程等方面。在技術(shù)上，貝雷橋目前已比較成熟，它的主梁是標(biāo)準(zhǔn)貝雷片，幾何尺寸及材料固定。若直接將標(biāo)準(zhǔn)貝雷片用于農(nóng)村人行便橋建設(shè)，則必將造成材料的浪費(fèi)。麻池村無(wú)止橋是第一座由學(xué)生自主設(shè)計(jì)和施工的輕型貝雷橋，本文從設(shè)計(jì)和施工兩方面對(duì)輕型貝雷橋進(jìn)行介紹，這對(duì)于以后的農(nóng)村便橋建設(shè)具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：輕型貝雷片；人行便橋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；施工

0項(xiàng)目背景與概述

重慶市麻池村無(wú)止橋項(xiàng)目是同濟(jì)大學(xué)、重慶交通大學(xué)和香港科技大學(xué)學(xué)生自主完成設(shè)計(jì)、組織和施工的一個(gè)農(nóng)村人行便橋項(xiàng)目。

麻池村位于重慶市彭水縣西南角，緊靠芙蓉江，區(qū)域內(nèi)最高海拔1150米，最低海拔200米，相對(duì)海拔落差達(dá)950米。在2015年2月調(diào)研時(shí)了解到，村民原有過(guò)河的木橋木頭損壞較嚴(yán)重，部分木頭已斷裂，過(guò)橋時(shí)橋身晃動(dòng)明顯，且橋下水位較深，水流湍急，有很大的安全隱患。

1方案比選

首先，麻池村無(wú)止橋作為一個(gè)學(xué)生項(xiàng)目，力求盡可能增加志愿者的建設(shè)參與度，而參與的志愿者與村民都不是專業(yè)的施工人員，應(yīng)盡可能降低人工施工難度。其次，由于村落位于山區(qū)，進(jìn)村道路和橋位處道路崎嶇，大型施工機(jī)械無(wú)法進(jìn)場(chǎng)，在方案設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮非專業(yè)施工和人力施工的可行性。初步擬定橋梁總長(zhǎng)16m，人行寬度1.25m，因此，裝配式鋼橋成為該橋的首選結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)貝雷橋標(biāo)準(zhǔn)化程度高，常用規(guī)格為1 5m×3.0m，豎桿采用H型鋼，上下弦桿各采用兩根槽鋼，斜腹板采用單根槽鋼，單片重量265kg。貝雷片拼裝方便，加工精度較高，適合志愿者操作，但傳統(tǒng)貝雷片重量較大。無(wú)止橋均為農(nóng)村里的人行便橋，荷載較小，故考慮采用非標(biāo)準(zhǔn)輕型貝雷片結(jié)構(gòu)。

輕型貝雷片結(jié)構(gòu)以標(biāo)準(zhǔn)貝雷片為基礎(chǔ)，通過(guò)減小桿件尺寸和改變桿件連接方式來(lái)減輕施工重量，增加志愿者的參與程度。貝雷橋堅(jiān)實(shí)的外形給人一種安全感。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該橋采用輕型貝雷架體系，貝雷片采用Q235型鋼，考慮橋位處河流寬度，橋梁總長(zhǎng)定為15.2m，人行寬度1.25m，單節(jié)貝雷片長(zhǎng)1.9m，全橋共8段貝雷片。貝雷片上下弦桿為C6.3槽鋼，直腹桿及斜腹桿采用C5槽鋼，橫梁采用I10工字鋼，抗風(fēng)拉桿采用L5角鋼。橋面板橫向分為兩塊，每塊長(zhǎng)1.89m，為4mm波紋鋼板焊接5em高加勁肋。

該貝雷橋?yàn)殚_(kāi)口桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)側(cè)向穩(wěn)定性問(wèn)題突出，為提高貝雷片側(cè)向穩(wěn)定性，設(shè)置長(zhǎng)橫梁，在橫梁端部與上弦之間連接一根斜撐，作為上弦桿的側(cè)向支撐。

所有構(gòu)件均采用螺栓連接，避免現(xiàn)場(chǎng)焊接工作。

3結(jié)構(gòu)分析

3.1計(jì)算模型

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用Midas civil軟件進(jìn)行空間有限元分析?？紤]農(nóng)村人行便橋通行人群密度較小，設(shè)計(jì)人群荷載采用3.0kN/m²。桿件均采用梁?jiǎn)卧?，全橋模型共?06個(gè)節(jié)點(diǎn)，337個(gè)單元。

3.2強(qiáng)度驗(yàn)算

由計(jì)算得，最大組合拉應(yīng)力為51.63Mpa，最大組合壓應(yīng)力為75.7Mpa，最大剪應(yīng)力為43.19Mpa，位于兩端陰陽(yáng)頭節(jié)點(diǎn)處。根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（下簡(jiǎn)稱《鋼橋規(guī)范》）規(guī)定，Q235鋼材抗拉壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度取190Mpa，抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度取110MPa，可滿足所有構(gòu)件強(qiáng)度安全系數(shù)>2的設(shè)計(jì)要求。

3.3剛度驗(yàn)算

在活載與恒載組合作用下結(jié)構(gòu)最大撓度為12.39mm，撓跨比1/1227，小于《鋼橋規(guī)范》所規(guī)定的1/500，結(jié)構(gòu)剛度合理。

3.4穩(wěn)定性驗(yàn)算

（一）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

該貝雷橋上弦所受壓應(yīng)力較大，必須進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，面外約束作用較小，計(jì)算長(zhǎng)度偏大，導(dǎo)致平面外長(zhǎng)細(xì)比很大，所以驗(yàn)算上弦受壓構(gòu)件平面外穩(wěn)定至關(guān)重要?？紤]該橋?yàn)槿诵斜銟蚯椅挥谵r(nóng)村，人群密度較小，極限荷載系數(shù)可放寬要求。計(jì)算得此結(jié)構(gòu)在滿載下極限荷載系數(shù)分為3.918，接近4，滿足要求。

（二）上弦桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

上弦桿按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算，計(jì)算依據(jù)《鋼橋規(guī)范》的規(guī)定。本設(shè)計(jì)中所有桿件（弦桿、腹桿、橫梁均沒(méi)有因螺栓打孔引起的截面削弱，因此有效截面可按其毛截面直接計(jì)算：

上弦桿應(yīng)視為由兩塊槽鋼對(duì)接而成的格構(gòu)式構(gòu)件，偏安全的，構(gòu)件按照兩邊簡(jiǎn)支計(jì)算（l₀=l）。其繞實(shí)軸失穩(wěn)的長(zhǎng)細(xì)比為：

其繞虛軸失穩(wěn)的長(zhǎng)細(xì)比為

由此可得：

構(gòu)件滿足穩(wěn)定性要求。

4結(jié)語(yǔ)

該橋在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到農(nóng)村人行便橋人群通行密度較低的情況，設(shè)計(jì)時(shí)取較小的人群荷載，在滿足使用需求的同時(shí)盡量減輕結(jié)構(gòu)自重，降低造價(jià)。該輕型貝雷橋很好地結(jié)合了橋位所處環(huán)境，滿足施工場(chǎng)地和人力施工的要求，對(duì)于類似條件下的農(nóng)村人行便橋的建設(shè)具有借鑒意義。