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先梁后拱钢管拱桥设计与施工

本站     2019-6-11 10:03:13    

中铁五局集团路桥工程有限责任公司  广东省广州市  511458
  摘要:陕西省安康市城东汉江大桥主桥为8墩7孔的刚梁柔拱连续梁桥,其中间5孔设计了四管式双肋拱,施工过程中根据软件模拟结果及时优化设计和调整施工,取得了较好的施工效果,对类似工程有一定的参考价值。
  关键词:钢管拱桥  设计  施工
  1 工程概况
  陕西省安康市城东汉江大桥主桥为8墩7孔的刚梁柔拱连续梁,跨径布置为75+2×125+160+2×125+75m,全长810m,墩台号29~36#,32~33#为主跨,中间5跨设计钢管拱,按先梁后拱施工;梁高3~8m,幅宽33.5m,平均墩高27m,按两箱单室整幅设计。钢管拱为四管式双肋拱,拱脚与主梁固接,设置吊杆79根;钢拱净矢高分别为C拱34米、B拱39.67米和A拱44米,拱肋充填C50微膨胀混凝土。该桥连接南北市区,按双向六车道、行车速度60Km/h,按公路一级荷载设计。
  施工过程中根据软件模拟结果对中跨现浇段支架拆除时机及吊杆张拉顺序设计进行了调整,保证了桥梁的结构安全与施工进度,事后证明这些优化措施均是正确的。
  2 中跨现浇段支架拆除时机调整
  2.1 设计情况
  中跨设计跨径160m、次中跨设计跨径125m,在受梁高限制的条件下,为解决不等跨的悬浇问题,在中跨跨中设计有33m支架现浇段和两个合龙段。按设计要求,中跨合龙后跨中现浇段支架在张拉部纵向束后进行拆除。
  2.2 计算模拟
  施工单位考虑33m现浇段结构混凝土达1154方,其自重达3000吨,且在拱肋施工阶段还需加载较大的施工荷载,在上述荷载综合效应下可能会导致梁体出现拉应力。拼装拱肋及灌注管内混凝土、拱肋、支架等施工恒载,传递到梁面上按均布荷载60kN/m考虑;另考虑两台160t汽车吊(自重110t)在桥面上吊装作业,按移动荷载模拟。
  根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)第7.2.8条,施工阶段(短暂状况)截面边缘混凝土的法向应力应符合下列规定:最大压应力σcc≤0.7 fck = 0.7×35.5 = 24.85 MPa;最大拉应力σct≤1.15 ftk = 1.15×2.74 = 3.15 MPa。计算结果如下:
  2.2.1 拆除支架的全桥上缘应力包络图

51(1830).png  图1 支架拆除情况下全桥上缘应力包络图(单位:MPa)
  结果表明31#~32#墩、33#~34#墩之间125m跨主梁中部上缘出现拉应力,最大值2.5 MPa;32#~33#墩之间160m跨主梁上缘出现最大压应力,最大值-23.1 MPa。
  2.2.2拆除支架的全桥下缘应力包络图

51.1(22).png

  图2 支架拆除情况下全桥下缘应力包络图(单位:MPa)
  结果表明30#~31#墩、34#~35#墩之间125m跨主梁中部下缘出现拉应力,最大值1.9 MPa;32#~33#墩之间160跨主梁下缘出现最大拉应力,最大值5.2 MPa,大于[σct]= 3.15 MPa,不满足要求。31#~32#墩、33#~34#墩之间125m跨主梁中部下缘出现最大压应力,最大值-18.9 MPa。
  2.2.3 不拆除支架的全桥上缘应力包络图
  图3 不支架拆除情况下全桥上缘应力包络图(单位:MPa)
  结果表明全桥上缘都不出现拉应力,最小压应力-2.6 MPa,最大压应力-14.4 MPa。
  2.2.4 不拆除支架的全桥下缘应力包络图
  图4 不支架拆除情况下全桥下缘应力包络图(单位:MPa)
  结果表明全桥下缘都不出现拉应力,最小压应力-1.3 MPa,最大压应力-14.7 MPa。
  3 吊杆张拉顺序调整
  3.1 设计情况
  安康汉江城东大桥共设置吊杆79对158根,其中C、B拱各15对,A拱19对,吊杆型号采用PE管护套环氧喷涂无粘结挤压拉索,根据设计文件要求吊杆按横纵对称、8个批次、三级张拉到位,第一、二级张拉40%,第三级张拉20%。C、B拱吊杆张拉力10t,A拱吊杆最大张拉力52.5t,最小张拉力42t。
  3.2 张拉方案调整
  若据设计张拉,程序繁琐,设备调动频繁,用时长且易造成张拉力偏差较大,后经建模发现,无论张拉顺序、张拉分级如何,只要终张后吊杆张力与设计偏差不大,梁、拱的内力及线形均没有多大差别,另外吊杆本来设计张力不大,张拉控制力不易把握。
  3.2.1 张拉分级与张拉时机
  在主拱胎架拆除后、中跨支架拆除前完成张拉,张拉力时考虑二期恒载,二期恒载施工后逐根调整索力至设计;C、B拱一级张拉、A拱按二级张拉。
  3.2.2 张拉顺序
  总体张拉顺序遵循C→C→B→B→A,每拱采用4台千斤顶横向对称张拉,20天完所有吊杆张拉工作,经梁体线形监测,成桥线形与设计基本吻合。
  4 钢管拱施工
  钢管拱共重1795.8t,C、B拱各分5段拼装,A拱分7段拼装,最大拱段重量25.7t。安装采用双机分段抬吊、塔架拼装成拱的方法,拱段于2016年11月11日开始拼装,于2017年1月12日安装完成,共用时2个月,施工速度较快。
  塔架采用4根Φ299×10mm钢管加工成标准桁架进行拼装加高,标准节高3m,钢管中心距3m;塔架采用4根Φ32mmPSB785MPa精轧螺纹钢锚固于桥顶板。以A拱为例,考虑风载下分四种工况验算胎架的强度、刚度及稳定性,最大组合应力σ=121.6MPa,最大竖向变形f=3.7mm,最大横向位移29mm,最小临界荷载系数u=29.4。
  除在A拱合龙时采用双160t吊车外其他拱段均采用130t和150t双机抬吊,最大接地地压为112.2KPa。
  5 结论
  安康汉江大桥建设过程中及时通过软件建模计算,与设计、监测互动,通过工序调整,安全、高效地完成了施工任务的建设,从胎架安装至索力调整完成,总用时5个月,取得了较好的社会效益与经济效益,对类似工程的设计与施工有一定的借鉴作用。

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