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        城市橋梁預(yù)制裝配式下部結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)

        2021-04-08 02:05:42張金康傅晨曦
        城市道橋與防洪 2021年3期
        關(guān)鍵詞:橋梁

        姚 凱,張金康,周 青,傅晨曦

        (1.南京市公路事業(yè)發(fā)展中心,江蘇南京210000;2.中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京210014)

        1 概 況

        G312(南京繞城高速—仙隱北路段)改擴(kuò)建工程西起南京市仙隱北路,東至棲霞互通,路線全長7.345 km,為典型的市政工程項(xiàng)目,見圖1。通過對功能需求、運(yùn)輸限制條件、可施工性、質(zhì)量保障等因素進(jìn)行綜合分析,選型大挑臂倒T 型蓋梁下部結(jié)構(gòu)的型式及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造?,F(xiàn)以本工程為背景,介紹合理選型方法及要點(diǎn),為類似工程提供參考借鑒。

        2 市政橋梁裝配式下部結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)

        調(diào)研目前常見的下部結(jié)構(gòu)類型,分別總結(jié)墩柱及蓋梁的適用場景,研究選擇合理型式。

        2.1 選型

        城市橋梁下部結(jié)構(gòu)選型需要考慮上部結(jié)構(gòu)型式、占地面積、傳力與受力需求、經(jīng)濟(jì)性及抗撞要求等。少支座和多支座上部結(jié)構(gòu)的下部結(jié)構(gòu)差異較大,以下分別敘述。

        圖1 線路圖

        對于少支座橋梁:大斷面墩柱適用于抗撞要求較高的場景;采用無蓋梁的柱式墩柱可實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益;減少墩柱間距或合并墩柱可以提高橋下空間利用率;為增加上部結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性,在合并墩柱的基礎(chǔ)上,可以演變?yōu)榛ㄆ渴?,或增設(shè)T 型蓋梁以增大支座間距。少支座上部結(jié)構(gòu)適配的裝配式下部結(jié)構(gòu)見圖2。

        圖2 少支座上部結(jié)構(gòu)適配的裝配式下部結(jié)構(gòu)選型

        對于多支座橋梁:采用柱式墩柱加整體式蓋梁,可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益;立柱數(shù)量及位置受橋下河流或交通影響,通過調(diào)整蓋梁的尺寸適應(yīng)受力需求;對于橋下空間要求較高的工程,將蓋梁受力部位隱藏在主梁中,減少外露尺寸,隱式蓋梁的墩柱布置原則與常規(guī)蓋梁相同,根據(jù)外露尺寸,可分為半隱式的倒T 型蓋梁與全隱式蓋梁。多支座上部結(jié)構(gòu)適配的裝配式下部結(jié)構(gòu)見圖3。

        圖3 多支座上部結(jié)構(gòu)適配的裝配式下部結(jié)構(gòu)選型

        背景工程項(xiàng)目位于南京市,建造難點(diǎn)有:對施工效率、環(huán)境保護(hù)都提出了較高的要求;附近道路、建筑等構(gòu)筑物多,土地資源緊張;擴(kuò)建起點(diǎn)與擴(kuò)建終點(diǎn)與既有道路相接,橋梁建筑高度受限。

        燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室、高溫透平葉片等關(guān)鍵熱部件沒有自主設(shè)計(jì)和制造能力,不僅影響設(shè)備造價(jià)水平,而且投產(chǎn)后核心部件的運(yùn)行維護(hù)被供應(yīng)商壟斷,檢修維護(hù)費(fèi)用仍然居高不下,影響企業(yè)生產(chǎn)成本,也在一定程度上制約了燃?xì)獍l(fā)電在國內(nèi)的發(fā)展。

        上部結(jié)構(gòu)基本上采用30 m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑,可用型式有小箱梁、節(jié)段連續(xù)梁等。連續(xù)小箱梁需要澆筑縱向濕接縫并張拉縱向預(yù)應(yīng)力,節(jié)段梁需要采用特殊架橋設(shè)備對周圍環(huán)境擾動大,故最終選用簡支小箱梁。

        同樣為減少對土地的占用,采用雙柱式蓋梁,且雙柱宜根據(jù)路面線形居中布置或布置于兩側(cè),蓋梁承受的彎矩效應(yīng)大,蓋梁也相對較高,為解決對橋下空間的占用問題,設(shè)計(jì)為倒T 蓋梁型式,下方設(shè)置矩形墩。為提高行車舒適性,采用橋面連續(xù)構(gòu)造,每隔3孔設(shè)置伸縮縫。根據(jù)橋梁主線不同、橋?qū)挷煌?、墩柱布置方式不同,共設(shè)置A~D 共4 類蓋梁,其中A 類蓋梁下部結(jié)構(gòu)見圖4。

        圖4 蓋梁型式

        2.2 設(shè)計(jì)

        倒T 型蓋梁牛腿的設(shè)計(jì)參數(shù)由抗震與抗沖切共同控制,根據(jù)規(guī)范,防落梁a≥70+0.5L,L 為計(jì)算跨徑,則本工程a≥85 cm;綜合抗沖切要求,選定a 為95 cm,b 最小控制值為 100 cm(見圖5)。

        圖5 牛腿參數(shù)

        確定牛腿參數(shù)后,對總體參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。以A 類蓋梁示例,倒T 型蓋梁的寬度B 與高度H 之間存在耦合關(guān)系。通過承載力分析對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,計(jì)算荷載組合最大負(fù)彎矩效應(yīng)約為73 519 kN·m(蓋梁自重按中位數(shù)考慮)??紤]相同配束數(shù)量,按受彎構(gòu)件計(jì)算得到在相同承載力情況下的蓋梁寬度、高度關(guān)系見圖6。

        圖6 蓋梁尺寸優(yōu)化

        高寬與高度基本上呈線性關(guān)系,在對凈空有進(jìn)一步要求的情況下,可通過增加寬度的方式降低高度。但應(yīng)當(dāng)注意,高度降低0.57 m,寬度需增加1 m,材料用量增加顯著,經(jīng)濟(jì)性欠佳。綜合下部凈空要求,選定寬度3.1 m、高度3.8 m 的參數(shù)。

        A 類蓋梁屬于典型的懸臂受力結(jié)構(gòu),根據(jù)彎矩分布情況設(shè)置預(yù)應(yīng)力束,共設(shè)置4 排鋼束,編號N1~N4,每排設(shè)置3 束鋼束,每束鋼束由15 根鋼絞線組成,見圖7。

        圖7 預(yù)應(yīng)力布置圖(單位:cm)

        3 劃分及連接

        3.1 劃分

        由于蓋梁尺寸大、重量大,需切分運(yùn)輸,現(xiàn)場組裝。初期方案考慮由稍遠(yuǎn)處的預(yù)制廠提供預(yù)制構(gòu)件,需通過實(shí)證道路運(yùn)輸。后期更改方案,在現(xiàn)場建設(shè)臨時(shí)預(yù)制廠,運(yùn)輸條件改善。

        (1)初期方案

        首先,采用具有多軸同步轉(zhuǎn)動的模塊車進(jìn)行運(yùn)輸,考慮轉(zhuǎn)彎半徑對尺寸的限制,市政道路所遇到最小轉(zhuǎn)彎半徑為15 m,對應(yīng)轉(zhuǎn)彎道路寬度7 m,根據(jù)式(1)計(jì)算最大運(yùn)輸長度限制為22.7 m。

        式中:R 為轉(zhuǎn)彎半徑;D 為車道寬度;B 為道路寬度。

        其次,需要考慮沿線橋梁載重影響,以運(yùn)輸荷載的內(nèi)力效應(yīng)小于活載的內(nèi)力效應(yīng)為基準(zhǔn),對沿線橋梁的載能進(jìn)行評估,得到單軸控制荷載為200 kN,除去空載軸重30 kN 外,以中央最大截面計(jì)算的最大容許運(yùn)輸長度為7.5 m,按等重控制。

        (2)后期方案

        后期方案以最大吊裝重量進(jìn)行控制,控制重量266 t/塊,考慮中央預(yù)留2 m 濕接縫進(jìn)行調(diào)差連接,見圖8。

        圖8 劃分示意圖(單位:cm)

        本方案在墩頂取消接縫的優(yōu)勢在于,可以將蓋梁支立于橋墩之上,左右力矩能夠相互抵消,對于下方的臨時(shí)支撐要求降低,能夠提高施工的安全性。

        3.2 連接

        連接型式以濕接縫及干拼縫為主,濕接縫連接較為可靠,但施工周期長,便利性差,應(yīng)盡量減少設(shè)置。干拼縫應(yīng)優(yōu)先選擇定型產(chǎn)品,以減少拼縫的質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)。但定型產(chǎn)品容差小,造價(jià)高,部分次要部位可考慮采用替代產(chǎn)品。

        經(jīng)綜合比較,在本項(xiàng)目采用的接縫型式主要有:

        (1)蓋梁挑臂區(qū)域接縫采用剪力鍵+ 膠拼縫,依靠鋼束將塊段連接為整體;墩柱間蓋梁塊段之間采用濕接縫連接,主要是為了增加墩柱間對施工誤差的可調(diào)節(jié)性,并盡可能提高蓋梁整體性;

        (2)蓋梁與墩柱之間采用灌漿波紋管,灌漿波紋管為φ85 型,可以起到調(diào)整部分連接容差的作用,同時(shí)經(jīng)濟(jì)性較好;

        (3)墩柱與承臺的連接采用灌漿套筒連接型式,套筒型號為GTZQ4 40 型,提高安裝效率與安裝質(zhì)量,保障底部的連接性能。

        灌漿套筒及灌漿波紋管的布置尺寸見圖9。

        圖9 灌漿套筒及灌漿波紋管的布置尺寸(單位:cm)

        4 結(jié) 論

        以G312(南京繞城高速—仙隱北路段)改擴(kuò)建工程為背景,分析研究城市橋梁預(yù)制裝配下部結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)方法,主要結(jié)論有:

        (1)明確市政工程立體交通的復(fù)雜性,以減少占地面積、增加凈空、提高美觀性要求,選擇少墩柱、大挑臂倒T 型蓋梁的合理方案型式;

        (2)在相同承載力情況下,倒T 型隱式蓋梁的寬度B 與高度H 之間近似線性耦合關(guān)系,應(yīng)平衡經(jīng)濟(jì)性與橋下凈空的控制要求確定合理尺寸參數(shù);

        (3)根據(jù)道路運(yùn)輸能力及現(xiàn)場吊運(yùn)條件進(jìn)行構(gòu)件的劃分,提出不同運(yùn)輸條件的劃分原則;

        (4)根據(jù)可靠性、施工調(diào)差要求、施工效率要求,比選提出蓋梁膠拼縫與濕接縫混合連接,蓋梁與墩柱灌漿波紋管連接,墩柱與承臺灌漿套筒連接的方案。

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