销轴连接在装配式钢箱梁桥中的应用

销轴连接在装配式钢箱梁桥中的应用

甘颜荣

大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司 辽宁省 大连市 116023

摘要：目前，对于快速拼装的桥梁，较多的都采用了贝雷梁，而贝雷梁有安装构件繁多，耐久性差，不适用于永久性桥梁的自身缺点。本文基于销轴连接方式，提出一种可快速施工的钢桥、钢—混组合梁桥。桥梁采用钢箱梁承重，钢箱梁分段预制，销轴拼接，型钢横梁连接箱梁形成整体。

关键词：钢箱梁桥；钢—混组合结构；销轴连接；快速拼装

1、引言

现如今人工成本在工程总造价中比重越来越高，在一些人工费用较高的国家和地区，人工成本甚至起到控制桥梁结构方案的作用。而桥梁技术发展了这么多年，钢桥及钢-混组合梁桥已经实现了桥梁结构快速施工。尽管如此，施工现场还是会有焊接、锚栓连接等大量的工作。本文基于销轴连接方式，提出一种可快速施工的钢桥、钢混组合梁桥。桥梁采用钢箱梁承重，钢箱梁分段预制，销轴拼接，型钢横梁连接箱梁形成整体，可进一步降低了施工难度及施工工期。

本文以一跨28.5m跨径桥梁为例，详细介绍该桥计算过程，验证本方案的可行性。

2、主梁结构设计

桥梁全长28.5m。主梁梁高1.45m，桥面宽度为5m，横桥向采用两榀主梁，主梁间距为3.2m，纵梁之间采用型钢横梁连接，横梁间距为2.85m。主梁纵向由3段箱梁拼接形成，节段箱梁长度分别为11.4（端梁）、5.7（中梁） 、11.4m（端梁）。箱梁宽1.1m，高1.45m，顶底板厚度均为22mm，腹板厚度均为14mm。箱梁在工厂预制，运送至施工现场后，在现场拼装连接后吊装就位，采用型钢横梁连接纵梁，使桥梁形成整体。

3、结构计算分析

采用有限元软件Midas Civil 2019进行总体建模计算，采用梁单元模拟，车道荷载偏载加载。分别对主梁支点截面、跨中截面、拼接节点处在承载能力极限状态下进行强度验算，在正常使用状态下进行挠度验算。并提取连接节点处主梁最大弯矩。

经过计算，支点处最大剪应力为65 MPa，跨中顶板最大压应力为157MPa ，底板最大压应力为165MPa，均小于Q355钢材弯曲容许应力270 MPa及容许剪应力155 MPa，满足规范要求。主梁在活载作用下，竖向挠度为51mm，小于L/500，满足规范要求。根据计算，拼接节点处主梁最大弯矩为6350kN·m。

4、销轴连接节点设计及应力状态分析

为了实现快速安装，本技术方案标准梁采用销轴连接，端梁右端及中梁两端均设置耳板构造。耳板设置在箱梁两侧腹板处。施工时，将销轴锚入销轴孔，拧紧螺栓，完成主梁纵向拼装连接。

根据总体计算，在拼装节点处主梁最大弯矩为6350kN·m，箱梁梁高为1.45m，根据计算，单个销轴耳板所受最大拉力为4380/2=2190kN。取耳板两侧边缘与销轴孔边缘距离b=160mm，顺受力方向，销轴孔边距边缘距离为a=160mm。耳板厚度为80mm，销轴孔径为120mm进行验算。采用机械吊装规范及实体单元模型分别计算，得到以下结果：

在《起重运输机金属结构》中，首先根据销孔拉板承受的最大拉力求出危险截面中的水平截面b-b及垂直截面a-a上的内力，然后用弹性曲梁法计算相应截面的应力，并进行强度校核。

a.销孔壁承压应力验算：

，合格。

—耳板厚度， ； —上吊耳销孔直径， 。

b.用弹性曲梁公式校核吊梁上耳板危险截面的应力。

危险截面为a-a截面和b-b截面。

_{与计算截面形状有关的系数}

a-a截面内侧应力

a-a截面外侧应力

b-b截面内侧应力

b-b截面外侧应力

均小于许用应力219.6MPa，合格。

采用Midas FEA软件对连接节点进行实体建模。

从计算结果可以得到，耳板与纵梁底板连接角隅处有较大应力集中，应力达到378MPa；其他绝大部分位置最大应力小于219.6MPa。考虑到钢材的良好塑性性能，局部一点的应力集中可由塑性内力重分布解决，可以认为其满足要求。

5、应用

本方案箱梁桥可作为应急桥梁使用，箱梁安装快捷方便，可在短时间内恢复交通，保障救援及民众通行。在应急通车后，可在对交通不造成明显影响的情况下，通过少量的工作，将应急桥改造成长期使用的桥梁。

为了寻求更广的应用市场，箱梁外形尺寸及节段长度结合海运集装箱的内部尺寸设计，使成品梁段的应用市场延伸到世界各地。标准梁均采用箱型截面，箱梁的梁高均为1.45m，宽度均为1.1m，箱梁长度采用11.4m、5.7m两种。

标准梁适用的桥梁类型，跨径如下：

考虑到桥梁使用性能，本方案箱梁在顶板增加剪力钉后，可作为钢—混组合结构使用。

6、结语

本方案中钢箱梁等所有构件均在工厂制作，箱梁标准化，模块化，产品化生产，经试拼合格后运往现场进行吊装安装，采用销轴的方式对分段的主梁进行连接形成纵向整体，进一步降低了钢箱梁施工难度及施工工期。

传统的桥梁建设流程先后有序，当项目确定后才进行施工图设计，并且一座桥梁对应一套施工图纸，而桥梁的施工是在施工图设计全部完成后才开始进行。这一套流程消耗时间较多。本方案箱梁可根据不同的荷载规格提前设计生产，业主可根据桥梁的具体功能（人行桥、汽车桥、矿车桥）；桥梁的长度及跨度；桥梁的宽度，直接订购适合的箱梁类型。将一部分设计和施工的工作提前，减少设计和施工的周期。

通过有限元对结构各状态下结构的计算，本文提出的桥梁具有可行性。

参考文献：

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