周玉杰 丁振婷 汤敏
摘 要:环境屏障通过支撑立柱安装在公路桥梁防撞墙的上表面或侧面,用以减小车辆对周边环境的影响。目前在防撞墙上表面安装的技术成熟,但在防撞墙侧面安装的工程应用较少。针对防撞墙侧面安装的情况,本文设计了一种新型的支撑立柱结构,并对其强度进行了校核。结果表明,此种支撑立柱的结构形式稳定可靠,可以很好的满足安装和强度要求。
关键词:环境屏障 支撑立柱
中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2020)05(a)-0040-02
随着社会的不断发展,高架桥梁或公路桥梁越來越多,桥梁上行驶的车辆对周边环境造成了声、电磁等干扰,相应的声屏障、电磁屏障等环境屏障对改善特定区域内的环境起到了重要作用。桥梁环境屏障通过支撑立柱安装在桥梁两侧防撞墙的上表面或侧面。支撑立柱位于防撞墙上表面技术成熟;但支撑立柱安装于防撞墙侧面的结构形式相对复杂,工程经验较少。
某一环境屏障工程,因其特殊要求,需要将环境屏障的支撑立柱安装于防撞墙侧面,本文为此设计了一种支撑立柱侧面安装的结构形式,并针对环境屏障所受荷载(主要为环境屏障自身重力和风荷载),对支撑立柱及安装螺栓强度进行分析。
1 环境屏障支撑立柱结构设计
环境屏障主要由支撑立柱和屏障单元两部分组成,支撑立柱安装在防撞墙侧面,屏障单元安装在支撑立柱上,支撑立柱对整个环境屏障起到支撑固定作用。单块屏障单元宽度为2000mm,高度为1200mm。高度方向3块屏障单元叠加安装,宽度方向根据所需屏蔽区域进行两侧延伸。
支撑立柱分为支撑杆和托架两部分组成,支撑杆底部焊接固定底座,侧面焊接有扶正固定件;托架主要分为上安装板、侧安装板和加强筋三部分,选用优质碳素钢板进行焊接成形。托架安装在防撞墙侧面,支撑杆底部与托架连接,侧面通过扶正固定件进行扶正。支撑杆与托架的连接选用M20高强度螺栓,支撑立柱与防撞墙连接均选用M24高强度螺栓。
2 环境屏障支撑立柱强度计算
环境屏障工程架设地点位于云南,结构承受的主要荷载为环境屏障自重和自然风荷载。环境屏障结构自重取决于实际使用的材料。支撑立柱所受风载荷:
式中,ω风:风压;V:风速;K1:建筑物常数(高速公路的大中型桥为1);K2:风荷载体型系数,取1.3;K3:风压高度常数,取1.13;K4:地形特征系数,取1.2。A:迎风面积。查询设计规范[1],K3取1.13,K4取1.2。。
通过查询相关设计规范[2],当地百年一遇的最大风速为26.3m/s,高度3.4m,间距2m计算,迎风面积为6.8m2。单根立柱上所受的风荷载为:F=5181.6N。
用ANSYS软件建立模型,并在相应位置施加风荷载和自身重力。结果如图3所示。结果表明,支撑立柱最大位移出现在立柱顶端,最大应力出现在支撑立柱扶正处。
支撑立柱的最大位移(变形量);支撑立柱的最大应力,;钢材的许用应力,。
可以看出:此种情况下,在风速26.3m/s时,支撑立柱安全。
3 支撑立柱安装螺栓强度验算[3]
钢与混凝土摩擦面的抗滑移系数为0.45,钢与钢摩擦面的抗滑移系数为0.35。8.8级M20的高强度螺栓预拉力P为125kN,M24的高强度螺栓预拉力P为175kN[4]。
单根螺栓受拉力:;单根螺栓受剪力:;
单根螺栓受拉承载力:;单根螺栓受剪承载力:。
M:弯矩;n:螺栓数量;nf:传力摩擦面数量;L:作用力臂;μ:抗滑移系数。
4 结语
针对环境屏障在防撞墙侧面的安装情况,本文对支撑立柱的结构形式、计算校核做了详细的阐述与分析。结果表明:此种结构形式设计新颖、简单、可靠,能够在保证强度的情况下兼顾安装的可操作性。此种设计已在实际工程中得到了应用。
参考文献
[1] GB50009-2012,《建筑结构荷载规范》[S].30-57.
[2] JTG D60-2004,《公路桥涵设计通用规范》[S].38-53.
[3] 颜坚,王乾锁,韦勇.高速铁路插板式声屏障抗弯能力有限元分析[J].环境工程,2012(30):75-78.
[4] GB50017-2003,《钢结构设计规范》[S].76-77.