黃萬龍

(中鐵五局集團路橋工程有限責任公司，廣東廣州 511400)

中鐵龍里生態(tài)城干溝大橋0#段托架方案與受力計算

黃萬龍

(中鐵五局集團路橋工程有限責任公司，廣東廣州 511400)

結合實際工程介紹三角形托架在中鐵龍里生態(tài)城干溝大橋0#段施工中的應用。特別是托架布置成橢圓輻射狀的布局有效地解決了0#塊箱梁斜腹板四周大面積懸空的難題。同時,采用軟件midas對托架結構進行精確計算分析,保證了托架受力的安全。

0#塊;托架;牛腿;貝雷梁

0 引言

干溝大橋墩身結構斷面形式為橢圓花瓣空心墩形式,0#塊縱向長度達14 m,橫向?qū)挒?5 m斜腹板大懸臂形式,0#段混凝土方量為1 207 m3,托架布置最長達11 m。在墩身處預埋托架為橢圓輻射狀,有效地解決了0#段四面大懸臂懸空的難題;在托架預埋牛腿處采用布置兩層精扎螺紋鋼施加預應力,有效地解決了橢圓花瓣形薄壁空心墩墩身箍筋在0#段施工中手拉斷裂的難題?？偠灾?該橋0#段與墩身結構形式是全國少有的結構形式之一,此次托架方案在同類橋梁施工中是值得推薦與應用的托架體系之一。

1 工程概況

中鐵大道干溝大橋位于中鐵貴州國際生態(tài)城,是中鐵大道上關鍵控制性工程。橋梁結構形式為97.5 m+97.5 m獨塔矮塔式斜拉橋梁。橋梁全長285 m,其中主橋長185 m,引橋長90 m。2#主塔下塔柱高87 m,上塔柱高41 m，0#段梁高9 m。下塔柱中:55 m長的一段,其截面為橢圓空心薄壁墩;10 m長的一段,其截面從橢圓漸變至橢圓花瓣形狀;22 m長的一段,其截面為橢圓花瓣形狀薄壁空心墩。整個塔柱為蘆笙形狀。0#段箱梁為斜腹板三箱室形式,0#段至邊跨現(xiàn)澆段底板寬為10 m～15.772 m,箱梁頂板寬為25 m。0#段全長14 m,混凝土標號為C50,0#段混凝土方量達1 207 m3。

2 0#塊托架設計方案概述

0#塊托架采用三角形形式,沿外橢圓花瓣空心截面布置成輻射狀,共計16個托架。其中4#、6#、12#、14#托架為雙拼截面。托架桿件采用63c工字鋼加工成三角形托架,托架上牛腿處預埋型鋼,下牛腿支撐處預埋牛腿鋼板盒。托架與托架之間用10［連接成剪刀撐狀。托架上方用雷梁、工鋼與方木鋪裝平臺,0#塊箱梁底板采用支架作受力支撐。

3 0#托架施工方案

3.1 托架的結構組成(見圖1)

圖1 托架平面布置圖

托架共計16個,托架采用63 c工字鋼加工,其中4#、6#、12#和14#托架為雙拼截面形式,其余均為單拼工字鋼截面。1#和9#托架結構尺寸為5.18 m×2.60 m,其余托架為10.52 m×5.94 m。預埋在空心段內(nèi)型鋼長度為2.9 m,工字鋼翼板兩邊采用12 mmQ345鋼板補強,預埋型鋼根據(jù)墩身豎向φ32主筋與橫向φ20箍筋的位置機械成孔。安裝時，其墩身鋼筋穿過型鋼,預埋型鋼空缺處采用10［錨固加強,其尾端采用錨固鋼板錨固。下牛腿在1.2 m長型鋼段切割掉兩邊翼板,采用20 mmQ345鋼板補強,在墩身對應其位置預埋鋼板盒子。圖2為托架結構圖。

托架上方布置雙拼和三拼矩形形狀貝雷梁,貝雷梁上分別布置20工字鋼、10×10方木和竹膠板鋪裝成平臺,箱梁底與平臺之間采用支架作受力系統(tǒng)(見圖3)。

圖2 為托架結構圖

圖3 托架貝雷梁布置圖

3.2 托架的難點

在托架預埋牛腿處加厚墩身壁厚,在托架上牛腿處采用φ32精扎螺紋鋼布置雙層預應力筋,預埋張拉槽口并張拉40%的預應力,有效地解決了橢圓花瓣形薄壁空心墩墩身箍筋在0#段施工中受拉斷裂導致墩身自錨開裂的問題,圖4、圖5分別為其點面和平面布置圖。

圖4 托架上牛腿處預應力立面布置圖

圖5 托架上牛腿處預應力平面布置圖

3.3 托架的預埋與拼裝

托架預埋段與加工部分先通過φ50的40 cr工作銷軸暫時連接,然后在連接板上下焊接鋼板形成剛性連接。其中2.2 m為預埋在墩身內(nèi),0.7 m為墩身之外部分,20 mm的Q345連接鋼板提前焊接在預拼裝的托架水平桿件上。所有托架在模板廠家加工成型運至現(xiàn)場吊裝,托架在規(guī)定臨建場地區(qū)域采用塔吊配合手拉葫蘆安裝。

墩身澆筑至預埋牛腿處時精確預埋型鋼部分與下牛腿處鋼板盒子(見圖6),待墩身混凝土強度達到設計要求后開始拼裝托架,手拉葫蘆配合塔吊將預拼段連接板與預埋段外露部分重疊插上工作銷軸,四面圍焊接連接處鋼板轉(zhuǎn)化剛結點受力體系,下牛腿精確插入預埋鋼板盒子內(nèi),托架安裝完后連接托架與托架之間剪刀撐,托架預壓完后方可鋪裝平面竹膠板(見圖7)。

圖6 墩身預埋段型鋼示意圖

圖7 托架拼裝完后整體示意圖

3.4 托架施工控制要點

(1)根據(jù)在主墩上的設計尺寸位置精確預埋型鋼與下牛腿鋼板盒子,以便保證托架的精確安裝。

(2)托架加工完應對焊縫進行探傷試驗,滿足規(guī)范與設計要求后方可使用;托架的整體穩(wěn)定性應通過預壓滿足設計安全系數(shù)。

(3)上牛腿處精扎螺紋鋼筋應張拉至設計強度的40%,以保證牛腿處墩身砼受力安全。

(4)托架結構焊縫應打坡口焊接,計算焊縫厚度為設計焊縫厚度的0.7倍。

(5)貝雷梁應根據(jù)設計尺寸在臨建場地拼裝好后采用塔吊吊裝,貝雷梁豎桿與托架交叉點錯開時應采用型鋼加強。貝雷梁螺栓與銷軸的連接應滿足設計規(guī)范,必要時應進行螺栓的抗滑移實驗。

(6)吊車、塔吊和手拉葫蘆配合安裝托架系統(tǒng)時應安排專人統(tǒng)一指揮,以保證托架安裝安全。

4 托架結構計算

4.1 荷載取值

0#塊高11 m、頂板寬25 m、縱向長14 m、底板寬8 m,所設計托架按一次澆筑成型計算考慮。

(1)鋼筋混凝土重取26 kN/ m3;(2)安全系數(shù)K=1.2；(3)模板自重取80 t;(4)超灌系數(shù)取1.05; (5)施工人員、混凝土振搗和施工機械荷載取4.5 kN/m2。

4.2 計算原則

該托架體系計算的順序為從上往下,其順序方式為:方木→工字鋼→貝雷梁→托架→墩身,根據(jù)專家評審合格的《干溝大橋0#段托架施工方案》里的計算內(nèi)容得到4#、6#、12#、14#托架受力為最不利托架,故選取其托架進行力學驗算。

以上內(nèi)容得出4#托架為受力最不利托架,選其進行力學驗算。

4.3 4#托架力學模型的建立

4#托架為雙拼63 c工鋼截面,建立力學模型如圖8所示。

圖8 托架力學計算模型

4.4 4#托架midas力學計算

4.4.1 反力計算(見圖9、圖10)

圖9 托架荷載模型

圖10 托架反力圖

4.4.2 強度驗算(見圖11～圖13)

圖11 托架彎矩圖

圖12 托架剪力圖

圖13 托架位移圖

托架上牛腿處采用4塊20 mm厚q345鋼板正體補強,故:

4.5 槽鋼錨固與焊縫計算

預埋段錨固型鋼在預埋前對應墩身箍筋位置提前機械成孔,安裝時箍筋穿過型鋼;箍筋之間型鋼處采用10［錨固(見圖14)。

圖14 托架預埋段錨固圖

根據(jù)托架反力計算得出4#托架上牛腿對外反力2 038.9 kN,故需要對預埋段錨固槽鋼進行抗剪與槽鋼與工鋼之間焊縫計算。槽鋼與工鋼之間焊接采用四面雙面圍焊。

槽鋼抗剪切計算:

錨固槽鋼焊縫計算:

10［焊縫為厚度為:hf=10 mm。

計算焊縫厚度為:he=0.7×10=7(mm)。

焊縫計算長度為:lw=20×40=800(cm)。

4.6 托架連接板焊縫計算

托架連接板為20 mmq345鋼,共計雙拼4#托架采用4塊鋼板,工作銷軸安裝結束后對連接鋼板焊接。連接板尺寸詳見圖2。

hf=17 mm he=0.7×hf=0.7×17=12(mm)

正面角焊縫計算長度lw=140×2×4=1 120(cm);側(cè)面角焊縫計算長度lw=57×2×4=456(cm)。

應力換算:

5 結語

該橋為矮塔式斜拉橋(見圖15),墩身為貴州本地民族風情的蘆笙狀結構形式，在國內(nèi)乃至國際上屬于少見墩身截面形式。0#塊四面大懸臂形式造成了0#塊托架設計、計算與施工的難度。托架采用橢圓輻射狀布置形式,以及對墩身托架牛腿預埋處墩壁混凝土加厚與布置水平向預應力成功有效地解決了托架上牛腿處產(chǎn)生較大拉應力對墩壁混凝土造成破壞的難題?？偠灾?該橋托架的成功應用在以后同類橋梁中是值得推薦的托架體系之一。

U445

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1009-7716(2015)03-0112-04

2014-11-25

黃萬龍(1980-),男,貴州普安人,工程師,從事橋梁工程施工方案設計與現(xiàn)場管理工作。

圖15 干溝大橋成橋后之效果圖