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        城市立交匝道小半徑曲線鋼混疊合梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

        2018-11-27 09:07:14王偉臣
        城市道橋與防洪 2018年11期
        關(guān)鍵詞:橋梁混凝土施工

        王偉臣

        (深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 深圳 518029)

        0 引言

        作為一種組合結(jié)構(gòu),隨著近年城市建設(shè)的高速發(fā)展,鋼混疊合梁橋在城市橋梁中的應(yīng)用越來越多,城市立交或高架橋跨越既有道(線)路、河流、大型構(gòu)筑物時(shí),鋼混疊合梁更能充分發(fā)揮其自重輕、剛度大、跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)高度矮、施工快速、節(jié)約工期,尤其是減少施工期間對(duì)下穿線路交通的影響,便于施工期間交通疏解的特點(diǎn)。

        1 工程概況

        1.1 總體設(shè)計(jì)

        深圳市皇崗-彩田立交彩田路北延段工程C匝道為彩田路北側(cè)轉(zhuǎn)向皇崗路西側(cè)的左轉(zhuǎn)匝道,其第二聯(lián)(C3#~C9#墩)上跨皇崗路,跨徑布置為(30+48+30)m,為關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)工程。綜合橋梁豎向線形、施工方案、交通疏解和凈空因素,采用鋼混疊合梁設(shè)計(jì)。橋梁總體布置如圖1所示。

        圖1 橋梁總體布置簡(jiǎn)圖(單位:m)

        1.2 工程特點(diǎn)

        C匝道橋平面線形是由直線、緩和曲線、圓曲線組成的復(fù)曲線,第二聯(lián)位于緩和曲線(Ls=60.167 m)和圓曲線段(L=47.783 m)上。工程特點(diǎn)主要體現(xiàn)在:

        (1)平面的曲率半徑小,僅為100 m。

        (2)對(duì)小半徑曲線梁橋而言,其跨度較大,設(shè)計(jì)跨度為48 m。

        (3)橋梁縱坡大,最大縱坡5.35%,最小縱坡4.8%。

        1.3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        (1)設(shè)計(jì)行車速度:40 km/h。

        (2)橋下凈空:不小于5 m。

        (3)橋梁寬度:0.85 m(防撞護(hù)欄)+8.0 m(車行道)+0.85 m(防撞護(hù)欄)=9.7 m。

        (4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期:100年。

        (5)汽車荷載:城-A級(jí)。

        (6)地震設(shè)防烈度為7度,地震動(dòng)峰值加速度0.1g。

        1.4 上部結(jié)構(gòu)

        匝道橋全寬9.7 m,主梁頂板全寬8.8 m,采用等高度連續(xù)梁,橋梁中線處梁高2.0 m,高跨比為2/48=1/24,其中鋼箱梁高度為1.65 m,混凝土橋面板高度為0.35 m。

        1.5 下部結(jié)構(gòu)

        下部結(jié)構(gòu)C3#、C6#墩為帶蓋梁的混凝土圓形雙柱墩,C4#、C5#墩為鋼管混凝土圓柱墩,橋墩基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁,嵌巖樁設(shè)計(jì)。C3#、C6#下部結(jié)構(gòu)為兩樁兩柱的單排樁柱式結(jié)構(gòu),橋墩直徑為1.2 m,樁基直徑為1.5 m;C4#、C5#墩橋墩均與主梁固結(jié),樁基均為4根直徑1.2 m的灌注樁,樁柱之間設(shè)置5.5 m×5.5 m×2.15 m的承臺(tái),其中C4#墩為2根直徑1.5 m的雙柱墩,C5#墩為直徑1.8 m的獨(dú)柱墩。

        2 計(jì)算分析

        2.1 計(jì)算模型

        結(jié)構(gòu)計(jì)算采用MIDAS/Civil軟件,應(yīng)用其內(nèi)置的聯(lián)合截面功能模擬主梁?jiǎn)卧舷虏拷Y(jié)構(gòu)離散為空間梁?jiǎn)卧?,橋墩偏保守地忽略了外包鋼管的作用,按混凝土材料?jì)算,邊界支承單元考慮永久支撐及施工臨時(shí)支撐的作用。計(jì)算模型如圖2所示。

        計(jì)算過程嚴(yán)格按照施工流程進(jìn)行模擬。鋼箱梁分為5個(gè)節(jié)段進(jìn)行安裝,橋梁主要施工流程為:搭設(shè)每段鋼箱梁接口處臨時(shí)支架→吊裝鋼箱梁各制作節(jié)段→完成鋼箱梁各制作節(jié)段的連接、墩梁固結(jié)并澆筑橫梁混凝土→澆筑邊墩配重及橋面板混凝土→張拉預(yù)應(yīng)力,孔道灌漿→拆除全部臨時(shí)支架→施工護(hù)欄及橋面鋪裝→成橋。

        2.2 材料力學(xué)性能及計(jì)算參數(shù)

        計(jì)算采用的材料力學(xué)性能及計(jì)算參數(shù)均按相應(yīng)規(guī)范取值。

        2.3 計(jì)算荷載及荷載組合

        (1)恒載:結(jié)構(gòu)自重、預(yù)加力、混凝土收縮及徐變。

        (2)活載:汽車,城-A級(jí)。

        (3)支座不均勻沉降:5 mm。

        (4)溫度荷載:整體升降溫±25℃,梯度溫度按規(guī)范計(jì)算。

        (5)荷載組合。根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60—2015),考慮以下組合:

        組合1:恒載。

        組合2:恒載+汽車荷載。

        組合3:恒載+支座不均勻沉降+汽車。

        組合4:荷載恒載+汽車荷載+溫度荷載。

        組合5:恒載+汽車荷載+支座不均勻沉降+溫度荷載。

        3 設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

        3.1 材料選擇

        鋼箱梁采用Q345qC級(jí)鋼; 橋面板采用C50補(bǔ)償收縮混凝土。

        橋面板與鋼箱梁的連接采用ML15鉚螺鋼,長(zhǎng)度為150mm,均在工廠焊接完成。

        主梁頂板縱向預(yù)應(yīng)力鋼朿采用fpk=1 860 MPa、直徑為15.2 mm的鋼絞線,錨固采用群錨錨具,波紋管采用鍍鋅金屬波紋管。

        3.2 鋼箱梁構(gòu)造

        鋼箱梁在順橋向分為5個(gè)制作節(jié)段,各節(jié)段長(zhǎng)度分別為 21.5 m、17 m、31 m、17 m、21.5 m,節(jié)段吊裝最大重量為80.2 t。

        鋼箱梁橋梁中線處梁高1.65 m,采用單箱雙室開口斷面,箱梁底板寬5.04 m,箱室凈寬2.466 m。鋼箱梁上翼緣板厚20 mm,底板厚25 mm,腹板厚16 mm,頂板、底板、腹板厚度全橋一致。

        鋼箱梁縱向每隔4 m左右設(shè)置一道橫隔板,對(duì)腹板起側(cè)向支撐作用。橫隔板上翼緣板厚20 mm,腹板厚16 mm。鋼梁底板每個(gè)箱室設(shè)置4道縱向加勁肋,間距為500 mm;腹板每隔1 m設(shè)置一道豎向加勁肋,并在距離梁底0.7 m處設(shè)置一道縱向加勁肋。

        橋面板厚度全橋縱向保持一致,橫向?yàn)樽兒穸冉孛?,懸臂端?.2 m,腹板支撐處厚0.35 m,板跨中厚0.28 m。

        主梁一般橫斷面(有無橫隔板各示出一半)如圖3所示。

        圖3 主梁一般橫斷面(單位:mm)

        3.3 鋼模板

        為降低橋面板混凝土濕重階段對(duì)鋼箱梁應(yīng)力的影響,減輕結(jié)構(gòu)的附加重量,采用4 mm厚的壓型鋼板作為橋面板混凝土澆筑的模板,橫向焊接在鋼箱梁上翼緣,并作為鋼箱梁的一部分不再拆除。

        3.4 橫向支撐桿件

        鋼箱梁每隔0.35 m設(shè)置一道8#槽鋼作為鋼箱梁的橫向支撐桿件并兼作鋼模板的支撐,槽鋼與鋼模板點(diǎn)焊連接,共同承擔(dān)橋面板施工荷載的作用,提高鋼箱梁施工時(shí)抗扭剛度的同時(shí)也防止混凝土澆筑過程中產(chǎn)生豎向變形導(dǎo)致開裂。

        3.5 支點(diǎn)底板加強(qiáng)構(gòu)造

        為避免支點(diǎn)位置鋼箱梁底板受壓局部屈曲,提高支點(diǎn)兩側(cè)底板的局部穩(wěn)定性,分散局部應(yīng)力,同時(shí)增加橫梁的強(qiáng)度和剛度,距端支點(diǎn)1.5 m范圍、中支點(diǎn)左右各1.5 m范圍箱室內(nèi)滿灌C50無收縮混凝土,另在中支點(diǎn)左右兩側(cè)各4.5 m(含橫梁范圍)箱梁底板上澆筑0.2 m厚的C50補(bǔ)償收縮混凝土。

        3.6 橋面橫坡

        對(duì)于疊合梁而言,由于鋼箱梁腹板很薄,設(shè)計(jì)應(yīng)使腹板保持豎直,防止失穩(wěn)。該橋橋面超高橫坡為2.0%,如通過調(diào)整橋面板厚度來實(shí)現(xiàn)橫坡,勢(shì)必增加主梁結(jié)構(gòu)自重,設(shè)計(jì)中采用調(diào)整內(nèi)外側(cè)腹板高度的方法來實(shí)現(xiàn)橋面橫坡。

        3.7 補(bǔ)償收縮混凝土

        橋面板、端橫梁、中橫梁采用C50補(bǔ)償收縮混凝土,以減少混凝土收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。補(bǔ)償收縮混凝土采用UEA混凝土膨脹劑,摻量為8%,并不宜過大,防止過大膨脹率造成副作用。

        3.8 連接件

        連接件主要承受鋼梁與橋面板結(jié)合面的剪力,在一定情況下還要考慮抗拉作用,是疊合梁受力的關(guān)鍵部件。設(shè)計(jì)選用圓柱頭焊釘連接件,其抗剪性能不受剪力方向影響,抗拉性能好,具有結(jié)合良好、方便施工、易于焊接的優(yōu)點(diǎn)。材料為ML15鉚螺鋼,高頻電磁焊與主梁連接。

        焊釘直徑為22 mm,熔后高度為150 mm。鋼箱梁上翼緣布置4列,縱橫向間距均為100 mm;橫隔板上翼緣布置2列,橫橋向間距為200 mm(橫梁位置為100 mm),順橋向間距為100 mm。

        3.9 小半徑曲線梁構(gòu)造措施

        橋梁屬于小半徑曲線梁,且縱坡較大,為保證橋梁的抗傾覆、抗滑和抗震穩(wěn)定性,橋梁中墩均與主梁固結(jié),固結(jié)通過橋墩鋼筋、墩身外包鋼管、箱梁內(nèi)的剪力釘、橫梁范圍箱內(nèi)澆筑混凝土實(shí)現(xiàn)。

        橋面板采用了預(yù)應(yīng)力的小半徑曲線鋼混疊合梁,在預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮和徐變的作用下,橋梁邊支座容易出現(xiàn)外側(cè)支座反力過小或負(fù)反力的情況,這是小半徑曲線鋼混疊合梁設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意的地方。為平衡邊支座反力,避免出現(xiàn)負(fù)反力,設(shè)計(jì)中采取以下措施:

        (1)端橫梁延伸出梁體增加支座間距,橫梁外伸出底板范圍每側(cè)各1 m,支座間距為6.04 m。

        (2)端橫梁相鄰的3 m范圍曲線外側(cè)箱室內(nèi)灌注鋼屑混凝土配重。

        (3)端橫梁內(nèi)灌注C50補(bǔ)償收縮混凝土,增加端橫梁強(qiáng)度和剛度的同時(shí)兼具壓重效果。

        3.1 0鋼箱梁接頭

        為減少施工過程中鋼箱梁的內(nèi)力和變形,鋼箱梁拼接接頭一般設(shè)置在橋跨1/4~1/5跨附近,實(shí)際位置在中支點(diǎn)左右側(cè)9 m處。鋼箱梁節(jié)段拼接縫處翼緣頂板、底板和腹板采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行拼接,縱向加勁肋采用對(duì)接焊接。高強(qiáng)螺栓為10.9S級(jí),規(guī)格M24,設(shè)計(jì)為摩擦型連接,連接件和接觸面均需噴砂處理,要求安裝時(shí)摩擦系數(shù)不小于0.45,出廠時(shí)摩擦系數(shù)不小于0.55。

        3.1 1臨時(shí)支架

        臨時(shí)支架剛度應(yīng)滿足施工需要,施工過程中其沉降不應(yīng)大于5 mm。 設(shè)立4組臨時(shí)支架,邊跨臨時(shí)支架最大反力為2 100 kN,中跨臨時(shí)支架最大反力為2 500 kN,考慮到橋梁為小半徑曲線梁,支座內(nèi)外側(cè)反力存在較大的不均勻性,臨時(shí)支架的安全系數(shù)應(yīng)不小于2.0。臨時(shí)支架基礎(chǔ)根據(jù)設(shè)計(jì)支架反力和地基情況進(jìn)行設(shè)計(jì),以滿足受力和剛度需要。

        3.1 2橋面板澆筑順序

        橋面板采用分批整體澆筑的施工方法,第一階段先澆筑各跨跨中區(qū)段混凝土,待第一階段混凝土硬化后澆筑支點(diǎn)區(qū)段混凝土,混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)入下一工序。

        4 結(jié)語

        目前我國(guó)大力提倡發(fā)展裝配式建筑,2016年交通運(yùn)輸部和國(guó)務(wù)院辦公廳相繼發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見》《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》,這些政策的出臺(tái)為鋼混疊合梁的發(fā)展、應(yīng)用提供了更廣闊的空間和前景。

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