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橋梁設計施工中創(chuàng)新技術的應用
2012-04-18 來源:中國百科網
介紹了某大橋設計與施工概況及主要技術要點和創(chuàng)新點。此大橋為三跨30m+55m+30m預應力混凝土與鋼組合連續(xù)梁橋,即邊跨為預應力混凝土箱梁,并自中墩支點向跨中伸出2.5m與預制箱梁縱向連接,經體系轉換形成連續(xù)梁,鋼梁上橋面板為鋼筋混凝土結構,采用剪力釘連接技術形成組合梁。

  1、工程概況簡介

  本橋為軌道交通高架橋梁,上部結構為三跨(30+55+30米)連續(xù)梁結構,其兩邊跨為預應力混凝土現(xiàn)澆箱梁,梁高為1.90~2.35米。中跨為鋼-混凝土結合梁,梁高2.35米,全橋寬8.9~8.92米。橋梁中墩采用圓形獨柱結構,直徑2.0米,墩高16.804米(1#墩)和15.604米(2#墩)。兩邊墩為雙矩形柱加系梁結構,墩高18.301米(0#墩),15.591米(3#墩)。基礎均為鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土承臺結構。

  2、橋型選擇

  本橋梁設計的主導思想是在現(xiàn)有橋梁結構的技術水平發(fā)展的基礎上有所創(chuàng)新,橋梁造型與周圍環(huán)境相協(xié)調,橋式方案力求新穎獨特,并充分體現(xiàn)現(xiàn)代化大都市的節(jié)奏與氣派。拱橋是一種造型優(yōu)美的橋型,它的主要特點是能充分發(fā)揮材料的受壓性能,而鋼管混凝土的特點是在鋼管內填充混凝土,由于鋼管的套箍作用,使混凝土處于三向受壓狀態(tài),從而顯著提高混凝土的抗壓強度。同時鋼管兼有縱向主筋和橫向套箍的作用,同時可作為施工模板,方便混凝土澆筑,施工過程中,鋼管可作為勁性承重骨架,其焊接工作簡單,吊裝重量輕,從而能簡化施工工藝,縮短施工工期。

  方案比選時,曾考慮過全鋼梁方案,但造價比原造價增加181萬元,約40%。最后,經研究分析、結構優(yōu)化及評估論證,此橋采用30+55+30米的連續(xù)體系縱向牛腿連接的混合結構,此橋型成功地解決了跨越主干道而不中斷交通的難題,橋梁外型簡潔明快,造價低,是橋梁的成功之處之一。

  本橋在施工過程中存在著體系轉換問題,在開口鋼梁吊裝時是懸臂梁加簡支掛梁體系,所受荷載為開口鋼梁及預應力混凝土梁自重,鋼梁與混凝土梁連接后轉換為連續(xù)梁。連接截面一般比較薄弱,應設置在內力較小的地方,如彎距零點附近,約l/4處。但由于本橋所處的特殊位置,受地面道路和立交橋通行等條件的限制,中墩必須設置于快慢車道的分隔帶中,而現(xiàn)澆懸臂采用支架施工,不能侵入所跨的道路環(huán)線高架橋凈空,經實測,橋梁的懸臂長度只有2.5m,僅為中跨的0.05l。為保證此種結構體系在初次使用時安全、可靠,設計時進行了各種工況的比較分析,經計算得知,中墩支點彎距與中跨跨中彎距基本平衡,說明結構體系是合理的,但由于連接點位置距中墩支點太近,使得該處頂板彎距達到11382kN-M,所以連接點結構是否安全可靠,是此橋設計成功的關鍵。

  3、設計分析

  3.1特殊荷載及其組合

  軌道交通高架橋不同于其他橋梁的特點之一,即梁軌之間相互作用的縱向力,橋上縱向力考慮伸縮力、撓曲力、斷軌力和制動力。以上這些力作用在梁軌接觸面上,但對一般的橋梁上部結構影響不大,驗算墩臺時作用點移至支座中心處,上述各力依照下列原則組合:伸縮力與撓曲力不疊加,選取較大者和制動力疊加;如斷軌時鋼軌產生的斷軌力大時,則按一股鋼軌斷軌,另一股鋼軌內存在伸縮力或撓曲力計算;不論如何疊加,其最終作用力的量值不應超過全橋扣件總阻力。

  3.2橋梁縱斷面設計

  本橋位于設計縱斷坡度為1.6%的坡道上。邊跨30米為變截面,為保持本橋與區(qū)間橋梁的協(xié)調一致,梁高由邊跨端部1.9米按直線漸變至中墩支點2.35米,邊跨采用預應力混凝土箱形梁,并在中支點處向中跨懸臂2.5米,做成牛腿與中段結合梁相接。中段為鋼-混凝土結合梁,梁高2.35米,結合梁長50米。

  3.3橫斷面及鋼梁設計

  橋面全寬一般段為8.9米,漸變段為8.9~8.92米。邊跨混凝土箱梁采用單箱單室。滿堂支架施工。中跨結合梁為雙箱單室,結合梁全高2.35米,鋼梁高2.0米,考慮施工吊裝能力700kN左右,因此,橫斷面設計為雙箱,每箱單獨重約700kN,吊裝之后在兩鋼箱梁之間用型鋼橫向連接。鋼梁采用箱形截面,鋼梁頂板為混凝土橋面板。鋼材為16Mnq鋼。鋼梁與混凝土頂板用剪力釘連接。

  預應力混凝土梁與結合梁的連接

  預應力混凝土梁與結合梁的縱向連接是本橋設計的關鍵點。混合梁中鋼梁與混凝土的連接方式大致可分為三種,即填充混凝土前板式、填充混凝土后板式和鋼板式?;炷吝B接施工操作容易控制,質量易于保證,而鋼板連接,構件加工、吊裝及予埋鋼板的位置等各個工序的精度要求都較高,施工質量難于控制。本次設計嘗試了一種新的連接方式:牛腿連接,即接口處的主力通過接頭混凝土傳遞給鋼梁內臂上的剪力連接器和端頭承壓鋼板,經他們傳遞到鋼梁。橋面混凝土連續(xù)。為使其在二期恒載及活載作用下的連接牢固可靠,鋼梁端頭2.5米范圍內澆筑混凝土并張拉連接預應力束,混凝土牛腿端面預留錨筋伸入鋼梁端頭混凝土中。

  3.5橋梁基礎設計

  由于本橋橋墩較高,最高達18.3m,同時該橋跨度與相鄰標準區(qū)間跨度相差較大,故在橋墩設計時,對于縱向力采用剛度分配法,剛度考慮支座、橋墩及基礎的組合剛度,根據(jù)剛度分配一孔或一聯(lián)的縱向水平力。經計算分析,中墩采用直徑2.0米的鋼筋混凝土圓柱形獨墩。邊墩采用雙矩形墩加系梁結構,墩柱截面尺寸1.2×2.0米,高18.301(15.591)米。每個墩頂面放置一塊QGBZ350×600×57-CR毫米板式橡膠支座,以抵抗箱梁扭轉引起的反力。

  方案設計時曾對鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土打入樁和預應力混凝土管樁進行了比選,由于沉降控制的原因,同時由于該橋位限制,不能擴大承臺范圍,最后決定采用采用鉆孔灌注樁,每個基礎有6根直徑1.0米的鉆孔灌注樁,樁尖持力層選擇層粉細砂層。

  4、施工簡介

  4.1 施工順序

  進行基礎及墩柱施工,后安放支座;支排架澆筑兩邊跨及邊跨的懸臂、牛腿,混凝土達到設計強度的90%后張拉腹板預應力鋼筋;吊裝中孔兩片裸鋼梁至邊跨懸出的牛腿上;鋼梁調整就位后焊接兩箱之間底板裝飾鋼板;拆除兩邊跨排架并用角鋼將兩片鋼箱梁橫向連接;澆筑鋼箱內兩端頭連接混凝土及對應的橋面板混凝土,混凝土達到設計強度的90%后張拉橫梁預應力鋼筋;支鋼箱梁的鋼筋混凝土橋面板底模,澆筑7.5米長橋面板,待混凝土達到設計強度90%后張拉橋面預應力筋;澆筑其余30米長橋面板,待混凝土達到設計強度90%后張拉其余橋面預應力筋;恢復橋面人孔;進行橋面系施工。

  本地區(qū)的地層屬淤泥質軟土層,本橋設計的73米長直徑1米的鉆孔灌注樁是施工中的一個難題。施工單位對此進行了詳細的施工組織設計,制定了工期、質量、安全的目標,作好充分的現(xiàn)場和技術準備。施工工藝采用正循環(huán)泥漿護壁鉆進,二次正循環(huán)清孔,游輪式導管灌注水下混凝土的施工方法。針對淤泥質軟土層,設計要求在樁頭埋設2米的鋼護筒,以避免塌孔。進行二次清孔,清孔后沉渣必須保證小于100mm。在施工過程中實施全面質量管理,采取質量保證措施,確保鉆孔樁的施工質量。

  4.2結論

  本次設計施工中將預應力混凝土與鋼的組合梁結構應用于軌道交通橋梁中,使用了縱向牛腿連接技術,并取得了成功。總之,本橋結構新穎、技術先進、造價經濟、施工方便,是今后橋梁設計中較有競爭力一種新橋型。

  5、結束語

  國內現(xiàn)行規(guī)范對橋梁設計提出的要求是適用、經濟、安全、美觀,這些要求基本上包含了人們關心的所有重要問題。此橋梁項目設計施工中充分體現(xiàn)了這一點??傊趪栏駡?zhí)行規(guī)范條款、保證安全耐久質量的基礎上大膽的運用創(chuàng)新才能發(fā)現(xiàn)新技術成果。
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