單承載面連續(xù)梁拱組合體系橋總體設計與施工

單承載面連續(xù)梁拱組合體系橋總體設計與施工

1方案一:k9+400處跨河橋山西省晉中市綜合公路北起云華西街，南至榆祁高速，全長18.2公里。道路工程設計起點蘊華西街，終點二廣高速以北樁號K12+357.299，施工起點樁號為K0+390.809，施工終點樁號為K12+336.804，實施長度約11.95km。道路規(guī)劃紅線寬度60m，綠線寬度90m。綜合通道在K9+640處跨越瀟河，設置一座大橋———瀟河橋。橋梁跨徑布置為55m+55m+60m+90m+55m+55m=370m，為鋼結構連續(xù)梁拱組合體系橋。其中，在60m和90m跨分別增設鋼拱肋，60m跨處拱肋中心高15.2m，矢跨比為1/3.95,90m跨拱肋中心高22m，矢跨比為1/4.09。圖1為瀟河大橋立面布置圖。橋梁總寬53.6m～57.6m，由兩側人行道及其挑梁、雙幅主箱梁(單幅梁寬21m)及其中間鏤空段(寬4m)組成。單幅箱梁橫斷面布置為:0.25m(非機動車道側護欄)+3.5m(非機動車道)+0.5m(防撞護欄)+16.25m(機動車道)+0.5m(防撞護欄)=21m。圖2為瀟河大橋斷面布置圖。2主梁景觀橋設計梁拱組合體系橋呈現(xiàn)出優(yōu)良、穩(wěn)定的經(jīng)濟指標與美觀的外形，特別適合于軟土地區(qū)和橋面標高與通航凈空均受限的地區(qū)，同時也可以作為城市景觀橋設計。瀟河大橋為單承載面連續(xù)梁拱梁組合體系結構，由于拱的剛度與主梁的剛度之比較小，吊桿力不會太大，拱起的作用更偏重于景觀方面的考慮。鑒于吊桿兩端的錨固形式，為方便施工、節(jié)約成本、縮短工期，吊桿張拉采用無應力狀態(tài)控制法，即吊桿按無應力長度進行安裝，后期隨著施工進行，在控制階段對索力進行多輪張拉、調索操作，成橋后索力達到理論索力值。3主梁支架現(xiàn)場裝固瀟河大橋的施工方案為下部結構現(xiàn)場澆筑，鋼梁，鋼拱在工廠預制、現(xiàn)場支架拼裝，拱肋合龍后拆除其支架，按照無應力狀態(tài)控制法進行吊桿安裝，先邊跨后中跨、先中間后兩側的順序拆除主梁支架，測量索力，對索力進行調整，最后附屬設施施工，對索力進行最終調整。4結構節(jié)點設計1)施工工期緊，施工壓力大。2)本橋結構分塊較多，橋梁寬度大，橋梁結構復雜，吊裝難度大。在支墩上分段拼接鋼箱梁一定要注意標高控制，保證橋面線形及結構受力安全。3)吊桿安裝是本橋施工的關鍵，擬采用無應力狀態(tài)法控制，以吊桿的無應力長度為基準進行安裝，后期隨著施工的進行，根據(jù)實際受力情況進行必要的張拉及索力調整工作。4)主梁臨時支墩的拆除順序需要引起足夠重視，柔拱剛梁，吊桿對主梁的支撐作用不會太大，大部分荷載將由主梁承擔，所以拆架時主梁并沒有脫架，拆架方案需提前制定好，以保證結構受力安全。5主要施工方案5.1節(jié)段長度設計綜合考慮設計要求、廠內(nèi)生產(chǎn)加工、運輸、現(xiàn)場安裝及施工環(huán)境等因素，將鋼箱梁橫向分塊、縱向分段，在施工現(xiàn)場進行塊件吊裝、焊接、栓接拼裝組合制造。鋼箱梁沿縱向共劃分為25個節(jié)段(節(jié)段A～節(jié)段Y)，其中在兩端節(jié)段A、節(jié)段Y及跨中節(jié)段I部位處設置合龍段。節(jié)段長度組合為14m+17.5m+15m+12.5m+3×15m+12m+16m+17.5m+15m+12m+3×15m+17.5m+15.5m+12m+3×15m+13m+17m+15m+14m。橫向單幅箱梁共劃分為8個節(jié)段，縱橫向均為錯縫分割。鋼拱肋共分12個節(jié)段，分別在小拱頂、大拱頂處設置合龍段，節(jié)段最大長度約16m。5.2工字鋼拼裝支點全橋共設置支架26組。支架基礎采用鉆孔灌注樁，支架主管φ609×16，連接系采用Ⅰ14工字鋼及150×150方管組合形式，分配梁采用雙拼Ⅰ56b工字鋼，分配梁頂設置拼裝支點。為保證支架整體穩(wěn)定性，縱向全長臨時支架搭設連接系，連接系采用14號工字鋼和150×150方管桁架結構。主梁吊裝完畢后才吊裝鋼拱，鋼拱支架布置在主梁頂板上。鋼拱臨時支架主管采用φ609×16mm鋼管，連接系采用φ273×8和φ169×6鋼管，支架底座和分配梁均為HM440×300型鋼，支架底座采用三拼HM440×300型鋼制作，底座與吊點橫梁頂板臨時焊接固定。支架橫向布置如圖3所示。5.3鋼梁分段吊裝1)支架樁基礎施工和臨時支架安裝。2)吊裝90m跨鋼梁分段，從3號墩頂N節(jié)段開始，從3號墩向4號墩方向吊裝，橫橋向從中間箱梁依次向兩側吊裝，其中一側主梁吊裝拼接完縱向2個鋼箱梁節(jié)段后，吊裝中間鏤空段橫梁，然后再吊裝另一側主梁分段。為保證支座橫向受力均勻，應對鋼橫梁焊接順序及時機與支架落架時機進行控制。3)吊裝60m跨鋼梁分段，從3號墩向2號墩吊裝，橫橋向從中間主箱梁依次向兩側吊裝，其中一側主梁吊裝2個主箱室后，吊裝中間鏤空段橫梁，然后再吊裝主梁邊箱梁。4)從跨中向兩端依次吊裝大小里程邊跨梁段及橫梁。5)安裝拱肋臨時支架，支架底座與鋼梁頂板焊接固定。6)從拱腳向拱頂依次吊裝鋼拱分段并焊接，在拱頂合龍后拆除拱肋臨時支架，安裝吊桿。5.4梁頂面控制部位瀟河大橋的鋼箱梁、鋼拱在工廠預制、現(xiàn)場支架拼裝，拱肋合龍后按順序拆除拱肋及主梁支架。由于本橋結構分塊較多，橋梁寬度大，橋梁結構復雜，吊裝難度大，跨度大、橋面寬，主梁縱橫兩個方向的預拱度及拱肋的豎向預拱度必不可少。主梁施工線形的基準控制點定在3號墩處最內(nèi)側腹板的梁頂面，每個節(jié)段沿梁頂縱橋向選2個點作為控制點，每個節(jié)段縱向兩端測點編號小里程為1點，大里程為2點;沿梁頂橫橋向選9個點作為控制點。具體為:縱橋向以頂板切口處為準，沿里程前后各偏移500mm作為各節(jié)段的控制點，參見圖4;節(jié)段A、節(jié)段Y作為首尾節(jié)段，橫橋向以梁片切口位置作為控制測點，非梁段切口處的控制點為距梁邊緣1600mm的位置。拱肋沿縱向拱劃分為13個節(jié)段，編號從小里程向大里程方向分別為A～M。分段劃分長度約4.2m～15.08m。其中，A段、F段、M段為拱腳段，副拱肋的C段、D段結合面作為合龍斷面，主拱肋的I段、J段結合面作為合龍斷面。分段對接縫頂板、腹部、底板縱向位置錯開最少200mm，拱肋試裝時工地測量點要求采用樣沖標記在頂板底板上，測量點布置在距離理論端口線300mm處，頂板底板板寬中心線，板邊各3個點，樣沖標記應清晰準確，參見圖5。5.5頂規(guī)劃在焊接過程中的體系轉換防止支座脫空的基本原則為在支座未受力前，不得將兩側半幅箱梁通過橫梁連接在一起，也就是半幅箱梁先連接為一體后，拆除橋墩位置的臨時支撐，使梁體下落后與支座緊密接觸，形成每半幅梁橫向有兩個支座支撐的靜定體系后，再將兩側的半幅箱梁連為整幅后整體受力。以3號墩頂橫梁卸載及焊接順序為例，3號墩頂兩側主梁吊裝焊接完畢后，先只焊接墩頂兩側橫梁的一側焊縫?？缰衅溆嗟臋M梁兩側焊縫可以與兩側主箱梁全部焊接，待橫梁施工完畢后，拆除3號墩兩側ZZ12號、ZZ13號臨時鋼管樁頂支撐管，使得3號墩頂鋼梁下落至墩頂支座上，完成第一次體系轉換。此時由于墩頂橫梁還未連接成整體，因此，墩頂鋼箱梁分別由兩側的支座承壓受力，此時支座與鋼箱梁為靜定結構，受力均勻，不會產(chǎn)生一側脫空的情況。在完成主梁下放后，焊接3號墩頂橫梁的另一側與鋼箱梁間的焊縫，使得鋼箱梁在3號橋墩處形成整體，此時鋼橫梁不受力，兩側支座仍然是均勻受力狀態(tài)。之后，恢復ZZ12號、ZZ13號臨時墩與鋼梁底部的連接，使得在后續(xù)的加載過程中，支座與臨時支墩共同受力，直至完成全部鋼梁與鋼拱肋的施工，按順序拆除支架完成鋼結構的施工工序，為后續(xù)的施工做準備，示意圖如圖6所示。5.6吊桿安裝及支架清理瀟河大橋的支架拆除的施工方案為拱肋臨時支架拆除和主梁臨時支架拆除兩部分。其中，拱肋在支架上合龍后拆除其梁上支架，拆除順序為由中間向兩側拱腳逐根、對稱拆除，兩側拱肋可以同步操作。然后進行吊桿安裝，逐根安裝吊桿，直至全部吊桿安裝完畢。隨后進行主梁臨時支架的拆除，拆架采用分級切割支撐管的方式，每級切割3cm，要求橫向同步，同一排鋼支撐3cm全部切割完成后方可進行下一級3cm的切割，保證主梁同步、緩慢下降，防止橫向受力不均，對上部結構造成沖擊，直至全部橫向支架支撐管切割完成，主梁與支撐完全脫離。主梁支架順橋向按照先邊跨后中跨、先中間后兩側的順序逐排、對稱拆除主梁支架。橫橋向也要采取逐根、對稱的順序，直至全部主梁支架拆除完畢。拆架完成后立即測量索力，根據(jù)偏差情況，必要時對索力進行調整，最后進行附屬設施的施工。5.7吊桿掛索力調整由于本橋的特點屬于強梁弱拱，拱肋結構對索力的變化比較敏感，因此在施工過程中必須對索力進行精確的控制，防止對拱肋及拉索結構造成損害。在保證主梁和拱肋安全的前提下，對吊桿的張拉程序進行優(yōu)化。根據(jù)大小拱不同的受力特點，張拉小拱肋時按照給定的初拉索力，由于異形拱—梁組合體系的特點，小拱按所給索力分三輪張拉到目標索力。而對大拱肋則需要按照無應力狀態(tài)控制法進行吊桿安裝，大拱掛完索后所有拉索拉力調整為初拉力20kN后，根據(jù)所給拉索調節(jié)桿放松量，放松拉索，達到給定的無應力長度值，在后續(xù)拆架過程中大拱拉索逐步被動受力，待拆架全部完成