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赣龙铁路吊钟岩主桥钢骨架及转体设计

2013-07-01 10:18:05来源:用户投稿作者:冯楚桥,潘茂盛 (铁道第四勘察设计院桥梁处,武汉43006

摘要:赣龙铁路吊钟岩特大桥主桥为劲性钢管骨架钢筋混凝土上承式拱桥,设计跨度140 m。拱肋采用劲性钢管骨架,转体 合龙,挂模施工外包混凝土,较好地解决了桥梁施工对桥下公 路行车的干扰。介绍劲性钢管骨架计算方法、结构设计及骨架转体构造。

关键词:铁路桥梁;钢管混凝土拱桥;劲性钢骨架;转体;平铰构造;设计

1 工程概况

新建赣龙铁路吊钟岩特大桥位于福建省龙岩地区,跨越319国道和汀江二级支流南水河,山坡陡峻, 河谷深窄。桥梁西接吊钟岩隧道出口,东邻黄岩隧道 入口,桥式采用(1 -24 + 1 -32 )m后张法预应力混凝 土梁+1 -140 m上承式劲性钢管骨架钢筋混凝土拱 + 9 - 32 m后张法预应力混凝土梁,全长510. 63 m。 桥梁主拱跨度140 m,桥高80 m。为不影响319国道 正常通行及解决大跨度桥梁不便架设的问题,设计采用劲性骨架转体合龙,分环施工外包混凝土形成拱肋 的施工方式。

2拱肋钢管骨架设计

2.1钢管骨架作用及特点

在拱肋施工过程中,钢骨架起着至关重要的作用,它是管内混凝土的外模及受力结构,与其管内混凝土 共同承受施工荷载和拱肋现浇混凝土荷载,起支架作 用,在拱肋形成后,成为桥梁运营阶段的受力钢材。因 此,必须有足够的强度和刚度,安全可靠。

本桥拱肋混凝土采用分环施工,即将拱肋沿截面高度方向分成若干环,每次施工一环,先施工的混凝土 又与钢管骨架共同承受后一环施工混凝土的重量。因 此钢骨架的钢材用量较一次浇筑大为节省。

钢筋混凝土拱桥钢管骨架只是过渡性结构,拱肋形成后,钢骨架包裹在混凝土内,起着类似钢筋的作 用,其外包混凝土为主要受力构件。

2.2钢管骨架构造

每拱肋上下弦采用4根!377 112 mm无缝钢管 组成空间结构,用双拼角钢作平、纵联,节点板用"10 mm钢板。根据拱上立柱的位置,将钢管分为35节 段,钢骨架总体布置见图1,横截面及弦杆节点构造见 图2、图3。

2.3钢管骨架受力过程

吊钟岩特大桥主桥的施工次序:①钢骨架的预制。 ②转体合龙,焊接拱脚成无铰拱。③管内混凝土灌筑。 ④第1环(底板)混凝土浇筑。⑤第2环(下倒角)混 凝土浇筑。⑥第3环(侧板)混凝土浇筑。⑦第4环 (上倒角、顶板)混凝土浇筑,至此钢筋混凝土拱肋形成。⑧拱上立柱施工。⑨桥面纵梁现浇。⑩二期恒载 上桥,至此桥梁施工完成。

上述施工次序①~③阶段为钢管骨架受力;④~ ⑦阶

段,钢骨架和其管内混凝土是其主要受力构件;⑧ 阶段以后,钢骨架和拱肋混凝土共同受力。

2.4        计算模型拱肋混凝土浇筑经多道工序完成,受力体系转换多次,根据施工次序,其结构计算采用如下三种模型: ①!③阶段为钢管骨架受力,按钢拱桁架建模计算;④ ~⑦阶段为钢管骨架和其管内混凝土以及先浇混凝土共同受力,按钢-混结合构件建模计算;共肋混凝土施工完成C⑧阶段及以后)后,按混凝土梁杆单元建模计算。依据骨架弦杆节点布置,本桥将钢管骨架划分为 240个杆元,建立钢拱桁架模型,将节点板、横联等作 为集中力加在杆元上,计算结果能较好的反应骨架的 实际受力。图4所示为桥梁半钢骨架计算模型。

钢管骨架在各阶段均参与受力,故其应力按应力叠加法求得。钢管骨架在施工各阶段及运营阶段应力 见表1<?xml:namespace prefix="o" ns="urn:schemas-microsoft-com:office:office">

次序

施工阶段

弦杆应力

拱脚

!/16上弦

!/8下弦

! /4

拱顶

1

骨架转体

上弦钢管

27

17. 6

13. 8

3. 7

下弦钢管

26.5

39. 5

34. 2

42. 2

2

骨架合龙

上弦钢管

46.6

33. 2

7.4

24. 3

下弦钢管

6. 1

30.4

30.6

26. 7

3

钢管混凝土

上弦钢管

70. 3

48.5

20. 8

42. 8

下弦钢管

21. 3

38. 1

46. 2

34. 5

4

第环

上弦钢管

107. 8

103.4

47.4

76. 3

下弦钢管

85.3

95. 3

90.0

59.4

5

2

上弦钢管

113. 1

107. 6

61. 6

96.0

下弦钢管

93. 1

108.5

103. 6

72. 1

6

3

上弦钢管

122. 6

116. 5

70. 7

104. 6

下弦钢管

108.0

123. 6

114. 3

78.0

7

4

上弦钢管

144. 3

166. 2

88.0

141. 3

下弦钢管

120.4

144. 2

132.4

84. 9

8

拱上立柱

上弦钢管

131. 9

170. 6

94.4

136. 0

下弦钢管

147. 2

141. 3

130.4

64.6

9

纵梁

上弦钢管

138. 9

177. 5

99.2

145. 1

下弦钢管

154. 2

150. 2

138. 1

67.5

10

二期恒载

上弦钢管

142. 9

183. 8

102. 8

153. 7

下弦钢管

163. 3

159. 2

145. 6

69.5

11

运营阶段

上弦钢管

232. 7

252. 8

163. 6

230. 8

下弦钢管

242. 2

214. 2

199. 1

105. 7

1钢管骨架应力


MPa


注表中应力考虑混凝土收缩、徐变影响。

2.运营阶段应力为主+附时钢管最大应力。


 

3      转体设计

桥址处山坡陡峻,根据现场地形条件,通过地表处理和局部搭设支架,具备钢骨架立拼条件,利用拱座墩 作平衡重,可以实现钢骨架的平转。

平转的转轴可做成球铰或平铰,因混凝土球铰制作复杂,施工期长,如采用钢球铰则加工精度要求高, 投资大,故本桥转轴设计采用平铰。本设计对常规的 平铰系统作了改进,在上下转盘钢板间增加橡胶垫板, 以适应钢板制作、施工时的不平整,从而保证钢板及其混凝土受力均匀。

钢管骨架赣州侧平转180。,龙岩侧平转81。。整 个转体系统由上转盘、下转盘、平铰、拱座墩、扣索、背索、牵转系统组成,转体结构立面见图5。转体轴心按 转动结构重心位置确定,距上转盘前端4. m,转动结 构重 30 000 kN

上转盘为钢筋混凝土结构,平面呈矩形,长10.5 m,宽14.3m5.5m。上转盘底面设有平铰上磨心、 内保险腿。下转盘厚3.0 m表面布置有平铰下磨心、 内保险腿滑道、外保险腿、牵转系统反力座等。扣索、背索均采用!15.2 mm钢绞线,扣索为临时体外索。

平铰结构传递转体重量,保证体系转动,并兼作转 体定位轴,是转动体系中最重要的结构,主要由上下磨 心钢板、不锈钢板、橡胶板、四氟滑板、定位轴等组成,平铰结构见图6。混凝土磨心直径2.4 m,采用C45混凝土,磨心钢板直径1. 9 m,厚20 mm,钢板下混凝土控 制应力12. 0 MPa。

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