新型钢管式栈桥结构的设计方法与施工工艺文献学习体会

文献概况与工程背景

本文出自合肥工业大学土木与水利工程学院罗天洋、潘艳颜、高树清、牛忠荣四位学者，发表于2016年《钢结构》第31卷第8期。研究以滁州大山风电场—古河110kV输电线路工程的钢管式栈桥结构为工程背景，系统研究了钢管式栈桥在水域中修建时的设计标准和荷载计算方法，并采用有限元法进行力学性能分析，同时介绍了该类栈桥的适用范围及施工工艺。栈桥结构是跨水域施工的重要临时设施，其安全性和经济性直接影响工程的整体进度和成本。

设计标准的确定与荷载计算

栈桥设计标准的特殊性

栈桥作为临时性结构，其设计标准与永久性结构有所不同。栈桥的设计需要考虑以下特殊因素：

• 使用期限：栈桥通常为临时性结构，使用期限一般为1-3年，设计荷载可以适当降低，但仍需满足安全要求。
• 水域环境：栈桥位于水域中，需要考虑水流冲击、波浪作用、水位变化等环境荷载。
• 施工荷载：栈桥在施工期间需要承受施工设备、材料和人员的荷载，荷载组合与永久结构不同。
• 腐蚀环境：水域环境对钢管结构的腐蚀影响显著，需要采取有效的防腐措施。

荷载计算方法

作者对栈桥结构的荷载计算方法进行了系统研究，主要荷载类型包括：

有限元分析

结构模型建立

作者采用有限元法对钢管式栈桥结构进行力学性能分析。有限元模型的关键在于准确反映结构的实际受力状态和边界条件。对于栈桥结构，需要考虑以下建模要点：

• 单元选择：钢管采用梁单元或壳单元，连接节点采用刚域或弹簧单元模拟。
• 材料本构：钢管采用弹性本构，考虑屈服后的弹塑性行为。
• 边界条件：桩基与基础的连接采用弹性支座或铰接约束模拟。
• 荷载施加：根据设计工况施加相应的荷载组合。

分析结果与结构优化

有限元分析可以揭示栈桥结构在多种荷载组合下的应力分布和变形特征，为结构优化提供依据。通过调整钢管截面尺寸、桩基布置和连接方式，可以在满足安全要求的前提下优化结构经济性。

施工工艺与适用范围

钢管式栈桥的施工工艺流程

钢管式栈桥的施工通常包括以下主要工序：

1. 测量放线：确定栈桥中心线和桩位坐标。
2. 桩基施工：钢管桩的制造、运输、打设或振动沉桩。
3. 承台施工：桩顶承台的混凝土浇筑或钢承台安装。
4. 主梁安装：钢管主梁的吊装和连接。
5. 桥面系施工：桥面铺装的施工。
6. 防腐处理：钢管表面的防腐涂装。

适用范围

钢管式栈桥适用于以下工程条件：

• 水深适中，可采用打桩方式施工。
• 地质条件允许钢管桩作为基础。
• 施工工期要求紧凑，需要快速架设。
• 运输条件允许大型钢管构件的运输。

工程实践中的质量控制要点

钢管桩的制造与打设质量

钢管桩是栈桥结构的基础构件，其制造和打设质量直接影响栈桥的安全性和耐久性。从焊接和制造角度而言，需要关注：

连接节点的质量控制

栈桥结构的连接节点是结构传力的关键部位。钢管之间的连接通常采用法兰连接、焊接连接或栓接连接。对于焊接连接，需要严格控制焊接质量和焊接残余应力。特别是在水下或近水区域焊接时，需要采取特殊的防护措施，如干燥箱焊接或水下焊接工艺。

学习心得与启示

本文以实际工程为背景，系统研究了钢管式栈桥的设计方法和施工工艺，为同类工程提供了有价值的参考。栈桥作为临时性结构，其设计需要在安全性和经济性之间取得平衡。有限元分析为结构优化提供了有效的技术手段，但设计人员需要充分理解有限元模型的假设和局限性，避免过度依赖计算结果。从施工工艺角度看，钢管式栈桥的施工效率较高，适合工期紧张的工程。然而，水域环境下的焊接质量和防腐处理是确保栈桥耐久性的关键环节，需要给予充分重视。对于从事临时结构设计的技术人员而言，理解栈桥结构在复杂水域环境下的受力特点和施工要点，是确保工程安全顺利实施的基础。