中铁龙里生态城干沟大桥0#段托架方案与受力计算

黄万龙

(中铁五局集团路桥工程有限责任公司，广东广州 511400)

中铁龙里生态城干沟大桥0#段托架方案与受力计算

黄万龙

(中铁五局集团路桥工程有限责任公司，广东广州 511400)

结合实际工程介绍三角形托架在中铁龙里生态城干沟大桥0#段施工中的应用。特别是托架布置成椭圆辐射状的布局有效地解决了0#块箱梁斜腹板四周大面积悬空的难题。同时,采用软件midas对托架结构进行精确计算分析,保证了托架受力的安全。

0#块;托架;牛腿;贝雷梁

0 引言

干沟大桥墩身结构断面形式为椭圆花瓣空心墩形式,0#块纵向长度达14 m,横向宽为25 m斜腹板大悬臂形式,0#段混凝土方量为1 207 m3,托架布置最长达11 m。在墩身处预埋托架为椭圆辐射状,有效地解决了0#段四面大悬臂悬空的难题;在托架预埋牛腿处采用布置两层精扎螺纹钢施加预应力,有效地解决了椭圆花瓣形薄壁空心墩墩身箍筋在0#段施工中手拉断裂的难题。总而言之,该桥0#段与墩身结构形式是全国少有的结构形式之一,此次托架方案在同类桥梁施工中是值得推荐与应用的托架体系之一。

1 工程概况

中铁大道干沟大桥位于中铁贵州国际生态城,是中铁大道上关键控制性工程。桥梁结构形式为97.5 m+97.5 m独塔矮塔式斜拉桥梁。桥梁全长285 m,其中主桥长185 m,引桥长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长的一段,其截面为椭圆空心薄壁墩;10 m长的一段,其截面从椭圆渐变至椭圆花瓣形状;22 m长的一段,其截面为椭圆花瓣形状薄壁空心墩。整个塔柱为芦笙形状。0#段箱梁为斜腹板三箱室形式,0#段至边跨现浇段底板宽为10 m～15.772 m,箱梁顶板宽为25 m。0#段全长14 m,混凝土标号为C50,0#段混凝土方量达1 207 m3。

2 0#块托架设计方案概述

0#块托架采用三角形形式,沿外椭圆花瓣空心截面布置成辐射状,共计16个托架。其中4#、6#、12#、14#托架为双拼截面。托架杆件采用63c工字钢加工成三角形托架,托架上牛腿处预埋型钢,下牛腿支撑处预埋牛腿钢板盒。托架与托架之间用10［连接成剪刀撑状。托架上方用雷梁、工钢与方木铺装平台,0#块箱梁底板采用支架作受力支撑。

3 0#托架施工方案

3.1 托架的结构组成(见图1)

图1 托架平面布置图

托架共计16个,托架采用63 c工字钢加工,其中4#、6#、12#和14#托架为双拼截面形式,其余均为单拼工字钢截面。1#和9#托架结构尺寸为5.18 m×2.60 m,其余托架为10.52 m×5.94 m。预埋在空心段内型钢长度为2.9 m,工字钢翼板两边采用12 mmQ345钢板补强,预埋型钢根据墩身竖向φ32主筋与横向φ20箍筋的位置机械成孔。安装时，其墩身钢筋穿过型钢,预埋型钢空缺处采用10［锚固加强,其尾端采用锚固钢板锚固。下牛腿在1.2 m长型钢段切割掉两边翼板,采用20 mmQ345钢板补强,在墩身对应其位置预埋钢板盒子。图2为托架结构图。

托架上方布置双拼和三拼矩形形状贝雷梁,贝雷梁上分别布置20工字钢、10×10方木和竹胶板铺装成平台,箱梁底与平台之间采用支架作受力系统(见图3)。

图2 为托架结构图

图3 托架贝雷梁布置图

3.2 托架的难点

在托架预埋牛腿处加厚墩身壁厚,在托架上牛腿处采用φ32精扎螺纹钢布置双层预应力筋,预埋张拉槽口并张拉40%的预应力,有效地解决了椭圆花瓣形薄壁空心墩墩身箍筋在0#段施工中受拉断裂导致墩身自锚开裂的问题,图4、图5分别为其点面和平面布置图。

图4 托架上牛腿处预应力立面布置图

图5 托架上牛腿处预应力平面布置图

3.3 托架的预埋与拼装

托架预埋段与加工部分先通过φ50的40 cr工作销轴暂时连接,然后在连接板上下焊接钢板形成刚性连接。其中2.2 m为预埋在墩身内,0.7 m为墩身之外部分,20 mm的Q345连接钢板提前焊接在预拼装的托架水平杆件上。所有托架在模板厂家加工成型运至现场吊装,托架在规定临建场地区域采用塔吊配合手拉葫芦安装。

墩身浇筑至预埋牛腿处时精确预埋型钢部分与下牛腿处钢板盒子(见图6),待墩身混凝土强度达到设计要求后开始拼装托架,手拉葫芦配合塔吊将预拼段连接板与预埋段外露部分重叠插上工作销轴,四面围焊接连接处钢板转化刚结点受力体系,下牛腿精确插入预埋钢板盒子内,托架安装完后连接托架与托架之间剪刀撑,托架预压完后方可铺装平面竹胶板(见图7)。

图6 墩身预埋段型钢示意图

图7 托架拼装完后整体示意图

3.4 托架施工控制要点

(1)根据在主墩上的设计尺寸位置精确预埋型钢与下牛腿钢板盒子,以便保证托架的精确安装。

(2)托架加工完应对焊缝进行探伤试验,满足规范与设计要求后方可使用;托架的整体稳定性应通过预压满足设计安全系数。

(3)上牛腿处精扎螺纹钢筋应张拉至设计强度的40%,以保证牛腿处墩身砼受力安全。

(4)托架结构焊缝应打坡口焊接,计算焊缝厚度为设计焊缝厚度的0.7倍。

(5)贝雷梁应根据设计尺寸在临建场地拼装好后采用塔吊吊装,贝雷梁竖杆与托架交叉点错开时应采用型钢加强。贝雷梁螺栓与销轴的连接应满足设计规范,必要时应进行螺栓的抗滑移实验。

(6)吊车、塔吊和手拉葫芦配合安装托架系统时应安排专人统一指挥,以保证托架安装安全。

4 托架结构计算

4.1 荷载取值

0#块高11 m、顶板宽25 m、纵向长14 m、底板宽8 m,所设计托架按一次浇筑成型计算考虑。

(1)钢筋混凝土重取26 kN/ m3;(2)安全系数K=1.2；(3)模板自重取80 t;(4)超灌系数取1.05; (5)施工人员、混凝土振捣和施工机械荷载取4.5 kN/m2。

4.2 计算原则

该托架体系计算的顺序为从上往下,其顺序方式为:方木→工字钢→贝雷梁→托架→墩身,根据专家评审合格的《干沟大桥0#段托架施工方案》里的计算内容得到4#、6#、12#、14#托架受力为最不利托架,故选取其托架进行力学验算。

以上内容得出4#托架为受力最不利托架,选其进行力学验算。

4.3 4#托架力学模型的建立

4#托架为双拼63 c工钢截面,建立力学模型如图8所示。

图8 托架力学计算模型

4.4 4#托架midas力学计算

4.4.1 反力计算(见图9、图10)

图9 托架荷载模型

图10 托架反力图

4.4.2 强度验算(见图11～图13)

图11 托架弯矩图

图12 托架剪力图

图13 托架位移图

托架上牛腿处采用4块20 mm厚q345钢板正体补强,故:

4.5 槽钢锚固与焊缝计算

预埋段锚固型钢在预埋前对应墩身箍筋位置提前机械成孔,安装时箍筋穿过型钢;箍筋之间型钢处采用10［锚固(见图14)。

图14 托架预埋段锚固图

根据托架反力计算得出4#托架上牛腿对外反力2 038.9 kN,故需要对预埋段锚固槽钢进行抗剪与槽钢与工钢之间焊缝计算。槽钢与工钢之间焊接采用四面双面围焊。

槽钢抗剪切计算:

锚固槽钢焊缝计算:

10［焊缝为厚度为:hf=10 mm。

计算焊缝厚度为:he=0.7×10=7(mm)。

焊缝计算长度为:lw=20×40=800(cm)。

4.6 托架连接板焊缝计算

托架连接板为20 mmq345钢,共计双拼4#托架采用4块钢板,工作销轴安装结束后对连接钢板焊接。连接板尺寸详见图2。

hf=17 mm he=0.7×hf=0.7×17=12(mm)

正面角焊缝计算长度lw=140×2×4=1 120(cm);侧面角焊缝计算长度lw=57×2×4=456(cm)。

应力换算:

5 结语

该桥为矮塔式斜拉桥(见图15),墩身为贵州本地民族风情的芦笙状结构形式，在国内乃至国际上属于少见墩身截面形式。0#块四面大悬臂形式造成了0#块托架设计、计算与施工的难度。托架采用椭圆辐射状布置形式,以及对墩身托架牛腿预埋处墩壁混凝土加厚与布置水平向预应力成功有效地解决了托架上牛腿处产生较大拉应力对墩壁混凝土造成破坏的难题。总而言之,该桥托架的成功应用在以后同类桥梁中是值得推荐的托架体系之一。

U445

B

1009-7716(2015)03-0112-04

2014-11-25

黄万龙(1980-),男,贵州普安人,工程师,从事桥梁工程施工方案设计与现场管理工作。

图15 干沟大桥成桥后之效果图