宜賓金沙江公鐵兩用橋混凝土系桿拱現(xiàn)澆支架施工設(shè)計(jì)

杜鳳張小川鄒冠

(中鐵大橋局股份有限公司設(shè)計(jì)分公司武漢430050)

摘要宜賓金沙江公鐵兩用橋混凝土系桿拱現(xiàn)澆支架同時(shí)肩負(fù)著公路主梁以及拱肋和橫撐的澆筑，設(shè)計(jì)水位高，流速大，支架高。本支架的設(shè)計(jì)兼顧地形地質(zhì)條件和通航要求，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)的備料情況，采用有限元軟件直觀模擬了支架系統(tǒng)，明確受力狀態(tài)，整體模型真實(shí)地監(jiān)控了在不同工況下澆筑拱肋和橫撐時(shí)公路主梁的剛度變化，以及二次荷載下現(xiàn)澆支架的強(qiáng)度和穩(wěn)定情況，為二次混凝土安全澆筑提供了有利依據(jù)。

關(guān)鍵詞二次荷載流速大支架高現(xiàn)澆支架

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.012

收稿日期：2014-12-27

宜賓金沙江公鐵兩用長(zhǎng)江大橋是成貴鐵路跨越金沙江的重要通道，主橋跨徑布置為：116m+120m+336m+120m+116m=808m，其中116m和120m邊拱主梁采用縱橫梁結(jié)構(gòu)和雙向預(yù)應(yīng)力體系，邊主梁為箱形截面,上部拱肋通過向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)7°形成提籃拱橋，拱肋之間設(shè)有2道K撐和4道橫撐。公路主梁重12 076t，上部拱肋和橫撐重9 313t。該工程受內(nèi)昆鐵路、高壓線和翠柏大道防護(hù)的影響，最大施工水位+272.000m，流速2.5m/s，洪水位為+279.000m，流速3m/s，枯水位+262.000m，公路主梁梁底標(biāo)高為+320.915m，離沖刷線最高約77m，地質(zhì)覆蓋層和砂層較厚，地質(zhì)資料見表1。

表1　巖土設(shè)計(jì)參數(shù)值

1現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)

宜賓金沙江橋混凝土系桿拱采用先梁后拱的施工方法，公路主梁施工完成后，張拉橫向和部分縱向預(yù)應(yīng)力，然后在公路主梁的邊主梁和中橫梁位置搭設(shè)鋼管支架澆筑拱肋和橫撐。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)意見，兼顧工期，現(xiàn)澆支架采用的結(jié)構(gòu)形式為：鉆孔樁+鋼管柱+砂筒+柱頂分配梁+貝雷梁+橫向分配梁+腳手架和模板，上下游對(duì)稱布置。

KeyTechnologyoftheFabricationandErectionofSteel-concrete

CompositeGirderonIntegralSpanofHongKong-Zhuhai-MacaoBridge

Wang Yanfeng, Pan Jun

(ChinaRailwayMajorBridgeEngineeringGroupCo.,Ltd.,Wuhan,China)

Abstract：The non-navigable bridge in the shallow water area of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge is made of steel-concrete composite structure in the form of continuous box girder structure. This article expounded the technology of integral fabrication and erection on box girder from fabrication of the precast concrete bridge deck, fabrication of integral span on box girder, combined with steel box girder and bridge deck, transport and erection on composite girder, stress system transformation on composite girder. It shows the advanced construction concept which is "large-scale, industrialized, standardized and assembled" in the marine construction.

Keywords:steel-concretecompositegirder;steelgirder;theprecastconcretebridgedeck;thefabricationanderectiononintegralspanboxgirder

(1) 0～2號(hào)墩支架鋼管柱縱向每6m一組，3～5號(hào)墩每9m一組，其最大跨度為18m。墩旁鋼管柱直接支撐在承臺(tái)上，跨中采用鉆孔樁。鋼管柱用法蘭盤連接，連接系采用螺栓連接，保證支架的整體穩(wěn)定，且方便倒用，同時(shí)滿足通航的要求。

(2) 砂筒相對(duì)楔塊具有承受荷載大，缷落簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

(3) 分配梁采用箱型截面，分段螺栓連接，方便倒用和水中吊裝。3～4號(hào)墩支架間設(shè)置有2層分配梁，用于調(diào)整安裝鋼管柱引起的柱頂偏位。

(4) 0～2號(hào)墩支架采用雙層貝雷梁，3～5號(hào)墩采用上下層弦桿加強(qiáng)貝雷梁，標(biāo)準(zhǔn)貝雷梁方便安裝和拆除，雙層和上下層弦桿加強(qiáng)單層貝雷梁的設(shè)計(jì)，能滿足跨度的要求，同時(shí)兼顧水上吊裝時(shí)設(shè)備的限制。

(5) 鋼護(hù)筒需打入巖石，護(hù)筒的偏位通過頂部連接鋼管樁之間的墊塊調(diào)整。

2現(xiàn)澆支架計(jì)算

2.1　計(jì)算荷載

現(xiàn)澆支架自重。公路主梁混凝土自重，按26.5kN/m3取值。公路主梁中橫梁、端橫梁和部分縱向預(yù)應(yīng)力。

拱肋及橫撐現(xiàn)澆支架自重、拱肋及橫撐混凝土自重，按26.5kN/m3取值。

振搗荷載2.0kN/m2,施工人員和運(yùn)輸工具荷載2.5 kN/m2[1]。

水流力。施工水位時(shí)線荷載：P=Cwρv2d=0.73×1×2.52×1.2=5.5 kN/m，洪水位時(shí)其線荷載：P=Cwρv2d=0.73×1×3.02×1.2=7.9 kN/m[2]。

風(fēng)荷載。貝雷梁上的風(fēng)荷載為

1.22 kN/m2。

2.2計(jì)算原理

利用MIDAS建立主梁支架的整體模型和公路主梁傳力模型，支架結(jié)構(gòu)截面按實(shí)際剛度考慮，程序自動(dòng)產(chǎn)生自重荷載，公路主梁混凝土自重荷載、振搗荷載、施工荷載按一定的安全系數(shù)加載到貝雷梁上，風(fēng)荷載和水流力分不同工況加載到鋼管和貝雷梁上，模型在鉆孔樁底固結(jié)。

拱肋和橫撐澆筑時(shí)，公路主梁模擬為梁?jiǎn)卧?，離散為邊主梁、中橫梁、端橫梁3部分，模型中拱肋和橫撐自重、縱橫向預(yù)應(yīng)力的布置和加載方式均按主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件中的實(shí)際輸入，在現(xiàn)澆支架鋼管處對(duì)應(yīng)位置模擬為彈性連接作為邊界條件，拱肋和橫撐自重及公路主梁預(yù)應(yīng)力荷載主要通過鋼管之上有限長(zhǎng)度的貝雷梁傳遞，二次澆筑拱肋和橫撐的荷載，將在第一次澆筑公路主梁的基礎(chǔ)上，把增加的荷載直接加載到現(xiàn)澆支架鋼管柱對(duì)應(yīng)的位置。

2.3　計(jì)算結(jié)果

(1) 公路主梁只在橫向預(yù)應(yīng)力張拉階段產(chǎn)生拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力為0.6MPa(小于ft=1.89 MPa)，其他各階段最大壓應(yīng)力為18.3 MPa(小于fc=23.1 MP)[3]。見圖1。

圖1　拱肋及橫撐澆筑之后公路主梁應(yīng)力圖(單位： MPa)

(2) 拱肋和橫撐澆筑后，公路主梁最大變形為3.2mm，見圖2；現(xiàn)澆支架的最大豎向變形為53.5mm，施工水位時(shí)最大橫向變形為50.6mm，洪水位時(shí)最大橫向變形為62.4mm。見圖3。

圖2拱肋及橫撐澆筑之后公路主梁變形圖(單位：mm)

a)豎向變形b)施工水位橫向變形c)洪水位橫向變形

圖3支架變形圖(單位：mm)

(3) 鉆孔樁入巖(微風(fēng)化砂巖)3.1m，經(jīng)計(jì)算，鉆孔樁底軸力為4 306kN，樁底軸力為6 451kN,均滿足要求[4]。

(4) 支撐在承臺(tái)上的直徑×壁厚=800mm×12mm斜鋼管穩(wěn)定應(yīng)力為137.8MPa(小于170MPa),水中樁直徑×壁厚=1 200mm×14mm的穩(wěn)定應(yīng)力為131.7MPa(小于170MPa)，連接系直徑×壁厚=219mm×6mm的應(yīng)力為156.6MPa(小于170MPa)，法蘭盤螺栓的最大拉力為85kN(小于[NVb]=100 kN)，滿足要求[5]。見圖4。

a) φ800mm組合應(yīng)力b)φ 1 200mm組合應(yīng)力c)φ 219mm組合應(yīng)力

圖4組合應(yīng)力(單位：MPa)

(5) 分配梁材質(zhì)均采用Q345B，組合應(yīng)力為σmax=190.6MPa<[σ]=240MPa，剪應(yīng)力為τmax=135.6MPa<ρ[σ]=144MPa,翼緣螺栓抗剪NVmax=63kN<[Nvb]=161 kN<[Ncb]=216 kN， 腹板抗剪NV=77 kN<[Ncb]=144 kN<[Nvb]=161 kN，均滿足要求。見圖5。

a)分配梁組合應(yīng)力b)分配梁剪應(yīng)力

圖5分配梁應(yīng)力(單位：MPa)

(6) 雙層貝雷梁和上下弦桿加強(qiáng)單層貝雷梁在墩頂處其豎桿均加強(qiáng)，弦桿軸力為：-246.4～256.2kN<[N]=560kN，豎桿軸力-205.3～70.0kN<[N]=210kN,斜桿軸力-146.4～19.2kN<[N]=170kN，均滿足要求。見圖6。

圖6　貝雷梁內(nèi)力圖(單位： kN)

3結(jié)語

(1) 計(jì)算結(jié)果表明，公路主梁澆筑完成之后，

其本身不產(chǎn)生應(yīng)力，張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)，也只在橫向預(yù)應(yīng)力張拉階段產(chǎn)生拉應(yīng)力，且在整個(gè)澆筑過程中公路主梁變形較小，因此公路主梁自身的剛度能滿足拱肋和橫撐澆筑施工的要求。

(2) 公路主梁在橫向和部分縱向預(yù)應(yīng)力張拉之后，其剛度比現(xiàn)澆支架中貝雷梁的剛度大，因此拱肋和橫撐的自重將主要通過公路主梁傳遞，貝雷梁僅起輔助作用。

(3) 水流力和風(fēng)荷載引起支架橫向變形很大，因此公路主梁以及拱肋和橫撐澆筑均只能在施工水位時(shí)進(jìn)行，在安裝現(xiàn)澆支架時(shí)，應(yīng)根據(jù)變形情況，設(shè)置適當(dāng)?shù)念A(yù)拱度，以保證拱肋和橫撐澆筑完成后的線形。

現(xiàn)澆支架作為橋梁施工的重要工藝之一，憑借其經(jīng)濟(jì)方便適用和施工流程固定，在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。金沙江主跨邊拱現(xiàn)澆支架依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件優(yōu)化了臨時(shí)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的型號(hào)和布置，輔助完成公路主梁以及拱肋和橫撐的順利澆筑，并能指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)有效作業(yè)，降低了工程造價(jià)，縮短了工期。

參考文獻(xiàn)

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