宜宾金沙江公铁两用桥混凝土系杆拱现浇支架施工设计

2016-01-07杜凤,张小川,邹冠

交通科技 2015年2期

杜凤张小川邹冠

(中铁大桥局股份有限公司设计分公司武汉430050)

摘要宜宾金沙江公铁两用桥混凝土系杆拱现浇支架同时肩负着公路主梁以及拱肋和横撑的浇筑，设计水位高，流速大，支架高。本支架的设计兼顾地形地质条件和通航要求，综合考虑现场的备料情况，采用有限元软件直观模拟了支架系统，明确受力状态，整体模型真实地监控了在不同工况下浇筑拱肋和横撑时公路主梁的刚度变化，以及二次荷载下现浇支架的强度和稳定情况，为二次混凝土安全浇筑提供了有利依据。

关键词二次荷载流速大支架高现浇支架

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.012

收稿日期：2014-12-27

宜宾金沙江公铁两用长江大桥是成贵铁路跨越金沙江的重要通道，主桥跨径布置为：116m+120m+336m+120m+116m=808m，其中116m和120m边拱主梁采用纵横梁结构和双向预应力体系，边主梁为箱形截面,上部拱肋通过向内侧旋转7°形成提篮拱桥，拱肋之间设有2道K撑和4道横撑。公路主梁重12 076t，上部拱肋和横撑重9 313t。该工程受内昆铁路、高压线和翠柏大道防护的影响，最大施工水位+272.000m，流速2.5m/s，洪水位为+279.000m，流速3m/s，枯水位+262.000m，公路主梁梁底标高为+320.915m，离冲刷线最高约77m，地质覆盖层和砂层较厚，地质资料见表1。

表1　岩土设计参数值

1现浇支架设计

宜宾金沙江桥混凝土系杆拱采用先梁后拱的施工方法，公路主梁施工完成后，张拉横向和部分纵向预应力，然后在公路主梁的边主梁和中横梁位置搭设钢管支架浇筑拱肋和横撑。综合考虑现场意见，兼顾工期，现浇支架采用的结构形式为：钻孔桩+钢管柱+砂筒+柱顶分配梁+贝雷梁+横向分配梁+脚手架和模板，上下游对称布置。

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号墩支架钢管柱纵向每6m一组，3～5号墩每9m一组，其最大跨度为18m。墩旁钢管柱直接支撑在承台上，跨中采用钻孔桩。钢管柱用法兰盘连接，连接系采用螺栓连接，保证支架的整体稳定，且方便倒用，同时满足通航的要求。

(2) 砂筒相对楔块具有承受荷载大，缷落简单的优点。

(3) 分配梁采用箱型截面，分段螺栓连接，方便倒用和水中吊装。3～4号墩支架间设置有2层分配梁，用于调整安装钢管柱引起的柱顶偏位。

(4) 0～2号墩支架采用双层贝雷梁，3～5号墩采用上下层弦杆加强贝雷梁，标准贝雷梁方便安装和拆除，双层和上下层弦杆加强单层贝雷梁的设计，能满足跨度的要求，同时兼顾水上吊装时设备的限制。

(5) 钢护筒需打入岩石，护筒的偏位通过顶部连接钢管桩之间的垫块调整。

2现浇支架计算

2.1　计算荷载

现浇支架自重。公路主梁混凝土自重，按26.5kN/m3取值。公路主梁中横梁、端横梁和部分纵向预应力。

拱肋及横撑现浇支架自重、拱肋及横撑混凝土自重，按26.5kN/m3取值。

振捣荷载2.0kN/m2,施工人员和运输工具荷载2.5 kN/m2[1]。

水流力。施工水位时线荷载：P=Cwρv2d=0.73×1×2.52×1.2=5.5 kN/m，洪水位时其线荷载：P=Cwρv2d=0.73×1×3.02×1.2=7.9 kN/m[2]。

风荷载。贝雷梁上的风荷载为

1.22 kN/m2。

2.2计算原理

利用MIDAS建立主梁支架的整体模型和公路主梁传力模型，支架结构截面按实际刚度考虑，程序自动产生自重荷载，公路主梁混凝土自重荷载、振捣荷载、施工荷载按一定的安全系数加载到贝雷梁上，风荷载和水流力分不同工况加载到钢管和贝雷梁上，模型在钻孔桩底固结。

拱肋和横撑浇筑时，公路主梁模拟为梁单元，离散为边主梁、中横梁、端横梁3部分，模型中拱肋和横撑自重、纵横向预应力的布置和加载方式均按主体结构设计文件中的实际输入，在现浇支架钢管处对应位置模拟为弹性连接作为边界条件，拱肋和横撑自重及公路主梁预应力荷载主要通过钢管之上有限长度的贝雷梁传递，二次浇筑拱肋和横撑的荷载，将在第一次浇筑公路主梁的基础上，把增加的荷载直接加载到现浇支架钢管柱对应的位置。

2.3　计算结果

(1) 公路主梁只在横向预应力张拉阶段产生拉应力，最大拉应力为0.6MPa(小于ft=1.89 MPa)，其他各阶段最大压应力为18.3 MPa(小于fc=23.1 MP)[3]。见图1。

图1　拱肋及横撑浇筑之后公路主梁应力图(单位： MPa)

(2) 拱肋和横撑浇筑后，公路主梁最大变形为3.2mm，见图2；现浇支架的最大竖向变形为53.5mm，施工水位时最大横向变形为50.6mm，洪水位时最大横向变形为62.4mm。见图3。

图2拱肋及横撑浇筑之后公路主梁变形图(单位：mm)

a)竖向变形b)施工水位横向变形c)洪水位横向变形

图3支架变形图(单位：mm)

(3) 钻孔桩入岩(微风化砂岩)3.1m，经计算，钻孔桩底轴力为4 306kN，桩底轴力为6 451kN,均满足要求[4]。

(4) 支撑在承台上的直径×壁厚=800mm×12mm斜钢管稳定应力为137.8MPa(小于170MPa),水中桩直径×壁厚=1 200mm×14mm的稳定应力为131.7MPa(小于170MPa)，连接系直径×壁厚=219mm×6mm的应力为156.6MPa(小于170MPa)，法兰盘螺栓的最大拉力为85kN(小于[NVb]=100 kN)，满足要求[5]。见图4。

a) φ800mm组合应力b)φ 1 200mm组合应力c)φ 219mm组合应力

图4组合应力(单位：MPa)

(5) 分配梁材质均采用Q345B，组合应力为σmax=190.6MPa<[σ]=240MPa，剪应力为τmax=135.6MPa<ρ[σ]=144MPa,翼缘螺栓抗剪NVmax=63kN<[Nvb]=161 kN<[Ncb]=216 kN，腹板抗剪NV=77 kN<[Ncb]=144 kN<[Nvb]=161 kN，均满足要求。见图5。