桥梁环境屏障支撑立柱设计及强度计算

2020-07-01周玉杰丁振婷汤敏

科技创新导报 2020年13期

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。