宜賓金沙江公鐵兩用橋混凝土系桿拱現澆支架施工設計

2016-01-07 03:02:50杜鳳,張小川,鄒冠

交通科技 2015年2期

杜鳳張小川鄒冠

(中鐵大橋局股份有限公司設計分公司武漢430050)

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

關鍵詞二次荷載流速大支架高現澆支架

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構和雙向預應力體系，邊主梁為箱形截面,上部拱肋通過向內側旋轉7°形成提籃拱橋，拱肋之間設有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。該工程受內昆鐵路、高壓線和翠柏大道防護的影響，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，公路主梁梁底標高為+320.915m，離沖刷線最高約77m，地質覆蓋層和砂層較厚，地質資料見表1。

表1　巖土設計參數值

1現澆支架設計

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應力，然后在公路主梁的邊主梁和中橫梁位置搭設鋼管支架澆筑拱肋和橫撐。綜合考慮現場意見，兼顧工期，現澆支架采用的結構形式為：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號墩支架鋼管柱縱向每6m一組，3～5號墩每9m一組，其最大跨度為18m。墩旁鋼管柱直接支撐在承臺上，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，保證支架的整體穩定，且方便倒用，同時滿足通航的要求。

(2) 砂筒相對楔塊具有承受荷載大，缷落簡單的優點。

(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號墩支架間設置有2層分配梁，用于調整安裝鋼管柱引起的柱頂偏位。

(4) 0～2號墩支架采用雙層貝雷梁，3～5號墩采用上下層弦桿加強貝雷梁，標準貝雷梁方便安裝和拆除，雙層和上下層弦桿加強單層貝雷梁的設計，能滿足跨度的要求，同時兼顧水上吊裝時設備的限制。

(5) 鋼護筒需打入巖石，護筒的偏位通過頂部連接鋼管樁之間的墊塊調整。

2現澆支架計算

2.1　計算荷載

現澆支架自重。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應力。

拱肋及橫撐現澆支架自重、拱肋及橫撐混凝土自重，按26.5kN/m3取值。

振搗荷載2.0kN/m2,施工人員和運輸工具荷載2.5 kN/m2[1]。

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

風荷載。貝雷梁上的風荷載為

1.22 kN/m2。

2.2計算原理

利用MIDAS建立主梁支架的整體模型和公路主梁傳力模型，支架結構截面按實際剛度考慮，程序自動產生自重荷載，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加載到貝雷梁上，風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。

拱肋和橫撐澆筑時，公路主梁模擬為梁單元，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、縱橫向預應力的布置和加載方式均按主體結構設計文件中的實際輸入，在現澆支架鋼管處對應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應力荷載主要通過鋼管之上有限長度的貝雷梁傳遞，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上，把增加的荷載直接加載到現澆支架鋼管柱對應的位置。

2.3　計算結果

(1) 公路主梁只在橫向預應力張拉階段產生拉應力，最大拉應力為0.6MPa(小于ft=1.89 MPa)，其他各階段最大壓應力為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；現澆支架的最大豎向變形為53.5mm，施工水位時最大橫向變形為50.6mm，洪水位時最大橫向變形為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(微風化砂巖)3.1m，經計算，鉆孔樁底軸力為4 306kN，樁底軸力為6 451kN,均滿足要求[4]。

(4) 支撐在承臺上的直徑×壁厚=800mm×12mm斜鋼管穩定應力為137.8MPa(小于170MPa),水中樁直徑×壁厚=1 200mm×14mm的穩定應力為131.7MPa(小于170MPa)，連接系直徑×壁厚=219mm×6mm的應力為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組合應力b)φ 1 200mm組合應力c)φ 219mm組合應力

圖4組合應力(單位：MPa)

(5) 分配梁材質均采用Q345B，組合應力為σmax=190.6MPa<[σ]=240MPa，剪應力為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。