HD200型钢桥在老挝贝雷桥工程中的设计应用

　　摘要：HD200型钢桥是在一种新型的装配式桥梁，文章结合老挝贝雷桥工程中的设计应用实例，对其主要构造进行了介绍，分析了其结构特点、受力性能，希望对类似境外工程提供借鉴作用。
　　
　　1工程背景
　　老挝人民民主共和国地处中南半岛北部内陆、北面与中国云南相接，东面与越南为邻，西面、西南面分别与缅甸、泰国交界，南面与柬埔寨接壤。老挝全国共划分为16个省，一个直辖市，国土面积23.68万平方公里。
　　老挝工业落后、交通极不发达、基础设施建设缓慢，据统计，老挝公路密度在东盟十国中位居倒数第二，仅仅高于缅甸。近年来，为了促进城乡社会和经济的发展，特别是针对由于境内河流多，桥梁缺乏，严重阻碍交通通行的现状，老挝政府将桥梁建设工程作为近期发展交通基础设施的工作重点。
　　针对老挝改善交通环境的迫切需求，国际社会纷纷伸出援手。2010年6月，中国国家副主席习近平访问老挝期间，中国与老挝交通部签署了老挝贝雷桥及配套土建工程项目商务合同，项目主要工程内容为建设69座贝雷钢桁架桥梁，包括桥梁设计、供货、土建、安装以及连接道路的建设等。项目资金来源使用中方向老挝提供的优惠贷款，项目规定建设的桥梁遍布老挝17个省、直辖市，南北最大直线距离约1200公里。
　　由于老挝国内的基础设施建设水平及其落后，不仅缺乏水泥、钢材等施工原材料，而且基本无大中型桥梁的施工能力和维护条件，故其境内现有桥梁基本为简易的木结构和钢桁架结构。此外，本次项目的拟建设桥位大部分地区是热带山地丘陵，进场道路多为非铺装的简易路面，车辆通行条件较差，道路交通量也很小，因此对桥梁的使用要求也不是很高。
　　根据以上特点，合同规定拟建设桥梁的均按照单车道贝雷桁架梁桥建设，要求桥梁结构简单，便于维护。按照前期研究，桥梁结构决定采用HD200型装配式公路钢桥（以下简称HD200型钢桥），施工原材料特别是钢结构绝大部分从中国境内装运到老挝现场拼装。
　　2HD200型钢桥
　　2.1HD200型钢桥特点
　　目前在国内工程中使用的比较成熟的贝雷桁架式的钢结构装配式桥梁主要有321型钢桥和HD200型钢桥。321型钢桥是在原英国贝雷（BAILEY）桁架桥的基础上，由我国60年代研制并设计定型的一种装配式钢桥，问世45年来，其在交通基础建设、抢险救灾和国防战备等方面都发挥了重大作用。HD200型钢桥是在321型钢桥的基础上，由中交公路规划设计院开发的新一代钢桥，其桁架片的高度由原来的1.4m提高到2.134m，桥面宽由3.7m扩到4.2m，同时提高了横梁及连接构件的强度，因此在车行道宽度、承载能力、整体刚度和强度、构件疲劳强度等方面都比原321钢桥有较大的性能提高，具有更高的性能价格比。其主要特点是：构件简单、架设方便、标准化程度高，互换性强、承载能力大、适应性好，可作为永久和半永久性桥梁使用。
　　2.2HD200型钢桥基本结构
　　HD200型公路钢桥是一种拼装桁架式的下承式桥梁，主要构件包括桁架、横梁、桥板、连接销及各种连结系构件，基本结构由以下几个部分组成（见图1）：
　　
　　
　　图1HD200型钢桥基本结构示意图
　　
　　（1）桁架
　　桁架单元是桥梁承重的基本构件，所有的桥梁部件全部要通过桁架进行连接。主要采用10号、8号两种槽钢组焊而成，构造尺寸：长3.048m，高2.134m。
　　（2）横梁
　　横梁是桥面系承重梁，并对两侧主桁架的稳定起支撑作用。横梁采用400mm高的H型钢制作，单车道桥面净宽为4.2m，横梁长5.7m。
　　（3）桥面板
　　桥面板是桥面构件，用于直接承受履带式和轮式荷载作用。桥板长3.042m.宽0.84m，由5mm的花纹面板和4mm的钢板冷弯焊接而成。
　　（4）加强弦杆
　　加强弦杆用于加强桁架弦杆。加强弦杆的两端分别为阴头和阳头，中间有支撑架孔和弦杆螺栓孔。
　　（5）水平撑架和竖向撑架
　　水平撑架和竖向撑架用来连接同侧的多排桁架，使多排桁架形成整体结构，以便共同受力。
　　2.3HD200型钢桥受力性能
　　为了满足桥梁施工架设的需要，HD200型钢桥桁架按照横向片数布置有单排、双排、三排和四排四种形式；根据是否安装加强弦杆，可分为加强型和不加强型两种形式，此外为了充分利用桁架的抗剪能力，桁架有标准桁架和高剪力桁架之分，高剪力桁架共设计了3种类型。其具体的桁架组合容许内力的见下表（表1）：
　　表1桁架组合容许内力表
　　容许内力
　　 不加强桥 加强桥
　　 单排单层
　　SS 双排单层
　　DS 三排单层
　　TS 四排单层
　　QS 单排单层SSR 双排单层DSR 三排单层TSR 四排单层QSR
　　弯矩(KN.m) 1047.8 2053.7 3017.6 3981.6 2194.9 4302.0 6321.3 8340.6
　　剪力(KN) 223.6 438.2 643.9 849.6 223.6 438.2 643.9 849.6
　　高剪力(KN) 320.7 628.6 923.6 1218.7 320.7 628.6 923.6 1218.7
　　超高剪力(KN) 384.6 753.7 1107.5 1461.3 384.6 753.7 1107.5 1461.3
　　特高剪力(KN) 448.8 879.7 1292.6 1705.5 448.8 879.7 1292.6 1705.5
　　根据桥跨相应的计算荷载，对应桁架内力表，HD200钢桥的组合跨径可由9m～76m，适用荷载标准可为中国荷载标准公路I级，公路II级，也适用于美国荷载标准HS15、HS20、HS25等。
　　3 典型桥梁设计方案
　　3.1主要技术标准计参数
　　（1）设计行车速度：按25公里/小时设计。
　　（2）设计荷载：受历史影响，老挝境内桥梁设计荷载沿用了欧美的设计标准。对于老挝国道、省道桥梁车辆荷载按AASHTO标准（美国公路和运输官员协会标准）HS-20设计，农村地区桥梁的车辆荷载按AASHTO标准HS-15设计。
　　（3）桥梁宽度：桥面净宽4.2m，单车道。
　　3.2桁架组合形式
　　拟建设桥梁分布于老挝国道、省道、地区道路、城镇道路、农村道路上，根据桥梁建设清单，本次工程为适应不同桥位的桥跨布置及荷载的变化，HD200的桁架组合选用了单排单层DS、双排单层加强DSR、四排单层加强TSR共三种组合，其桁架组合形式及适用跨度按照下表布置：
　　表2桁架组合及适用跨度组合表
　　荷载类型
　　适用跨度（m） HS-15 HS-20
　　15 DS DS
　　18 DS DS
　　21 DS DS
　　24 DS DS
　　27 DS DSR
　　30 DSR DSR
　　33 DSR DSR
　　36 DSR DSR
　　39 DSR DSR
　　42 DSR TSR
　　45 DSR TSR
　　48 TSR TSR
　　备注：
　　1) DS表示双排单层不加强桁架组合布置；
　　2) DSR表示双排单层加强桁架组合布置；
　　3) TSR表示三排单层加强桁架组合布置；
　　3.3简支单跨-三排单层TSR型HD200钢桥
　　根据表2可见，简支单跨-三排单层TSR型HD200钢桥可应用于跨径48m以下的单跨简支桥梁。
　　典型桥梁位于老挝Champasak省SaNaSomBoum县VangVorn村附近，跨越KaPher河，设计荷载为HS-20。桥址处河段河道顺直，两侧河岸较高较陡，河宽稳定。
　　经对桥位现场调查，结合河道洪水位情况和两岸道路标高等综合因素，该桥设计为单跨简支结构，桥梁跨径45.720m，桥梁结构由15片TSR型HD200桁架（15*3.048m）拼装组成。
　　桥型布置见下图（图6）：
　　
　　
　　图2简支单跨TSR型HD200钢桥桥型布置图
　　
　　
　　图3TSR型桁架断面图
　　3.4连续多跨-双排单层DSR型HD200钢桥
　　本工程的多跨桥梁均采用连续结构，单孔跨径长度和桁架组合按照表2的要求设计。在中跨的连续节点处设计非标准的槽型钢托梁构造，托梁的作用首先是作为施工时的架梁轨道槽，其次作为成桥后的中支点的连续支撑构件。
　　典型桥梁位于Xaignbouli省肯涛县Phakkam村（右岸）附近，桥位处在村庄中间地带，河道两岸坡度较陡，河道宽度约50m，设计荷载为HS-20。
　　经对桥位现场调查，结合河道洪水位情况和河道两岸道路标高等综合因素，该桥设计为三跨连续结构，桥梁跨径30.480m+30.480m+30.480m，桥梁结构由30片DSR型HD200桁架（30*3.048m）拼装组成。
　　桥型布置见下图（图6）：
　　
　　
　　图4连续多跨DSR型HD200钢桥桥型布置图
　　
　　图5DSR型桁架断面图
　　4结语
　　（1）老挝是典型东南亚的发展中国家，境内遍布山地雨林，河流众多，当地建筑材料严重匮乏，施工力量薄弱，全年受雨季影响，河流水位涨落很大，一年中只有半年是有效施工周期。
　　因此构件简单、架设方便、承载能力大的HD200钢桥，可以在相对较短的时间内解决该国的基本交通保障问题，对于促进其国家基础设施发展具有较好的经济性和实用性。
　　（2）HD200型钢桥是一种新型的装配式公路钢桥，本项目是其首次在境外工程中大规模的设计应用，因此是也一个学习和积累经验的过程。目前该工程设计已经完成，进入施工建设期，希望能对类似境外工程提供一定的借鉴作用。
　　
　　参考文献：
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