中鐵龍里生態(tài)城干溝大橋0#段托架方案與受力計(jì)算

黃萬龍

(中鐵五局集團(tuán)路橋工程有限責(zé)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(jì)算

黃萬龍

(中鐵五局集團(tuán)路橋工程有限責(zé)任公司，廣東廣州 511400)

結(jié)合實(shí)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(yīng)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(shí),采用軟件midas對(duì)托架結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確計(jì)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(jié)構(gòu)斷面形式為橢圓花瓣空心墩形式,0#塊縱向長(zhǎng)度達(dá)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(zhǎng)達(dá)11 m。在墩身處預(yù)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(yù)埋牛腿處采用布置兩層精扎螺紋鋼施加預(yù)應(yīng)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。總而言之,該橋0#段與墩身結(jié)構(gòu)形式是全國(guó)少有的結(jié)構(gòu)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(yīng)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(guó)際生態(tài)城,是中鐵大道上關(guān)鍵控制性工程。橋梁結(jié)構(gòu)形式為97.5 m+97.5 m獨(dú)塔矮塔式斜拉橋梁。橋梁全長(zhǎng)285 m,其中主橋長(zhǎng)185 m,引橋長(zhǎng)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(zhǎng)的一段,其截面為橢圓空心薄壁墩;10 m長(zhǎng)的一段,其截面從橢圓漸變至橢圓花瓣形狀;22 m長(zhǎng)的一段,其截面為橢圓花瓣形狀薄壁空心墩。整個(gè)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(zhǎng)14 m,混凝土標(biāo)號(hào)為C50,0#段混凝土方量達(dá)1 207 m3。

2 0#塊托架設(shè)計(jì)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(jì)16個(gè)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(yù)埋型鋼,下牛腿支撐處預(yù)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(tái),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(jié)構(gòu)組成(見圖1)

圖1 托架平面布置圖

托架共計(jì)16個(gè),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(jié)構(gòu)尺寸為5.18 m×2.60 m,其余托架為10.52 m×5.94 m。預(yù)埋在空心段內(nèi)型鋼長(zhǎng)度為2.9 m,工字鋼翼板兩邊采用12 mmQ345鋼板補(bǔ)強(qiáng),預(yù)埋型鋼根據(jù)墩身豎向φ32主筋與橫向φ20箍筋的位置機(jī)械成孔。安裝時(shí)，其墩身鋼筋穿過型鋼,預(yù)埋型鋼空缺處采用10［錨固加強(qiáng),其尾端采用錨固鋼板錨固。下牛腿在1.2 m長(zhǎng)型鋼段切割掉兩邊翼板,采用20 mmQ345鋼板補(bǔ)強(qiáng),在墩身對(duì)應(yīng)其位置預(yù)埋鋼板盒子。圖2為托架結(jié)構(gòu)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(tái),箱梁底與平臺(tái)之間采用支架作受力系統(tǒng)(見圖3)。

圖2 為托架結(jié)構(gòu)圖

圖3 托架貝雷梁布置圖

3.2 托架的難點(diǎn)

在托架預(yù)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(yù)應(yīng)力筋,預(yù)埋張拉槽口并張拉40%的預(yù)應(yīng)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(dǎo)致墩身自錨開裂的問題,圖4、圖5分別為其點(diǎn)面和平面布置圖。

圖4 托架上牛腿處預(yù)應(yīng)力立面布置圖

圖5 托架上牛腿處預(yù)應(yīng)力平面布置圖

3.3 托架的預(yù)埋與拼裝

托架預(yù)埋段與加工部分先通過φ50的40 cr工作銷軸暫時(shí)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(yù)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(yù)拼裝的托架水平桿件上。所有托架在模板廠家加工成型運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)吊裝,托架在規(guī)定臨建場(chǎng)地區(qū)域采用塔吊配合手拉葫蘆安裝。

墩身澆筑至預(yù)埋牛腿處時(shí)精確預(yù)埋型鋼部分與下牛腿處鋼板盒子(見圖6),待墩身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開始拼裝托架,手拉葫蘆配合塔吊將預(yù)拼段連接板與預(yù)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(jié)點(diǎn)受力體系,下牛腿精確插入預(yù)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(yù)壓完后方可鋪裝平面竹膠板(見圖7)。

圖6 墩身預(yù)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(diǎn)

(1)根據(jù)在主墩上的設(shè)計(jì)尺寸位置精確預(yù)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(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行探傷試驗(yàn),滿足規(guī)范與設(shè)計(jì)要求后方可使用;托架的整體穩(wěn)定性應(yīng)通過預(yù)壓滿足設(shè)計(jì)安全系數(shù)。

(3)上牛腿處精扎螺紋鋼筋應(yīng)張拉至設(shè)計(jì)強(qiáng)度的40%,以保證牛腿處墩身砼受力安全。

(4)托架結(jié)構(gòu)焊縫應(yīng)打坡口焊接,計(jì)算焊縫厚度為設(shè)計(jì)焊縫厚度的0.7倍。

(5)貝雷梁應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸在臨建場(chǎng)地拼裝好后采用塔吊吊裝,貝雷梁豎桿與托架交叉點(diǎn)錯(cuò)開時(shí)應(yīng)采用型鋼加強(qiáng)。貝雷梁螺栓與銷軸的連接應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行螺栓的抗滑移實(shí)驗(yàn)。

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

4 托架結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 荷載取值

0#塊高11 m、頂板寬25 m、縱向長(zhǎng)14 m、底板寬8 m,所設(shè)計(jì)托架按一次澆筑成型計(jì)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(jī)械荷載取4.5 kN/m2。

4.2 計(jì)算原則

該托架體系計(jì)算的順序?yàn)閺纳贤?其順序方式為:方木→工字鋼→貝雷梁→托架→墩身,根據(jù)專家評(píng)審合格的《干溝大橋0#段托架施工方案》里的計(jì)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(jìn)行力學(xué)驗(yàn)算。

以上內(nèi)容得出4#托架為受力最不利托架,選其進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)算。

4.3 4#托架力學(xué)模型的建立

4#托架為雙拼63 c工鋼截面,建立力學(xué)模型如圖8所示。

圖8 托架力學(xué)計(jì)算模型

4.4 4#托架midas力學(xué)計(jì)算

4.4.1 反力計(jì)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(qiáng)度驗(yàn)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(bǔ)強(qiáng),故:

4.5 槽鋼錨固與焊縫計(jì)算

預(yù)埋段錨固型鋼在預(yù)埋前對(duì)應(yīng)墩身箍筋位置提前機(jī)械成孔,安裝時(shí)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(yù)埋段錨固圖

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

槽鋼抗剪切計(jì)算:

錨固槽鋼焊縫計(jì)算:

10［焊縫為厚度為:hf=10 mm。

計(jì)算焊縫厚度為:he=0.7×10=7(mm)。

焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為:lw=20×40=800(cm)。

4.6 托架連接板焊縫計(jì)算

托架連接板為20 mmq345鋼,共計(jì)雙拼4#托架采用4塊鋼板,工作銷軸安裝結(jié)束后對(duì)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(jì)算長(zhǎng)度lw=140×2×4=1 120(cm);側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw=57×2×4=456(cm)。

應(yīng)力換算:

5 結(jié)語

該橋?yàn)榘叫崩瓨?見圖15),墩身為貴州本地民族風(fēng)情的蘆笙狀結(jié)構(gòu)形式，在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)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(shè)計(jì)、計(jì)算與施工的難度。托架采用橢圓輻射狀布置形式,以及對(duì)墩身托架牛腿預(yù)埋處墩壁混凝土加厚與布置水平向預(yù)應(yīng)力成功有效地解決了托架上牛腿處產(chǎn)生較大拉應(yīng)力對(duì)墩壁混凝土造成破壞的難題。總而言之,該橋托架的成功應(yīng)用在以后同類橋梁中是值得推薦的托架體系之一。

U445

B

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(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)管理工作。

圖15 干溝大橋成橋后之效果圖