中承式鋼筋混凝土拱橋設(shè)計(jì)

中承式鋼筋混凝土拱橋設(shè)計(jì)

1橋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目前，中國(guó)最大的鋼筋混凝土拱橋是信陽(yáng)石河大橋。它位于河南省信陽(yáng)市西關(guān)107國(guó)道997km處。該橋全長(zhǎng)220.04m,橋面寬度29.5m,凈跨168m,矢高33.6m,拱肋為二次拋物線型,高3.5m,寬1.5m,每肋由現(xiàn)澆段,P2-P15預(yù)制段及J1-J14現(xiàn)澆接頭組成,拱肋最大凈吊重重量41.5t,最大傾角32°21′29″,設(shè)計(jì)采用拱架上拼裝預(yù)制拱段,現(xiàn)澆接頭及橫系梁形成拱肋整體結(jié)構(gòu)。行車道采用預(yù)制橫梁,現(xiàn)澆橋面板,每5m一道的橫梁與共肋采用吊桿聯(lián)結(jié)。拱橋總體結(jié)構(gòu),詳見(jiàn)圖1。2結(jié)構(gòu)體系及安裝2.1龍門(mén)的拼裝利用現(xiàn)有材料、設(shè)備、既滿足施工要求,又可為橫梁運(yùn)輸及吊裝提供方便。2.2半剛性拱架的設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)支式半剛性骨架,上部斜梁采取簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)支座,垂直支撐,砂筒卸拱,整體拼裝就位,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,安全可靠。2.3拱段安裝按初步就位—預(yù)壓—精度調(diào)整—接頭施工的秩序安裝,施工方便,安全迅速,易于控制精度。2.4橋面現(xiàn)澆混凝土采用附著式膺架施工,保證了結(jié)構(gòu)安全,保證了橋面施工質(zhì)量。3無(wú)砂地拱架基礎(chǔ)處理旱地基礎(chǔ)可根據(jù)地質(zhì)情況和地基承載力確定基礎(chǔ)的大小和形式;獅河水深1～1.5m,對(duì)河流水中基礎(chǔ)處理,先進(jìn)行開(kāi)挖,迎水側(cè)挖深0.5m其挖深0.3m,然后干砌片石,在干砌片石上在澆主0.3m～0.4m厚度C20混凝土作為承臺(tái),承臺(tái)上設(shè)混凝土墩柱(60×60cm)作為調(diào)節(jié)高程用。為克服河水沖刷,采用周邊設(shè)混凝土圍囹的加固方案,即在干砌片石周圍設(shè)置0.3m厚混凝土圍囹,深度達(dá)局部沖刷線以下,并用干砌片石灌砂壓漿,使其密實(shí)。對(duì)砂土地基拱架基礎(chǔ)處理,先進(jìn)行開(kāi)挖,深度為0.4～0.5m,然后澆注30cm厚混凝土承臺(tái),承臺(tái)頂面設(shè)混凝土條形基礎(chǔ)。另對(duì)拱架架立柱所在位置的基礎(chǔ)處水平設(shè)50×50cm鋼筋加強(qiáng)網(wǎng),以擴(kuò)大局部承壓面積。4該框架的力學(xué)模式和特點(diǎn)4.1力學(xué)模型詳情圖24.2拱架總體結(jié)構(gòu)4.2.1縱梁、立柱簡(jiǎn)支設(shè)置,施工中縱梁不產(chǎn)生水平力,能保證施工安全;4.2.2拱架安裝方便,拼裝、調(diào)整僅用2個(gè)月時(shí)間。拱架總體結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖3。4.2.3拱架預(yù)壓只需部分進(jìn)行,根據(jù)不同地質(zhì)情況,選擇1/2及1/4斷面,砂筒(楔塊)用量少,全橋只需96個(gè)。4.3密封試驗(yàn)4.3.1基礎(chǔ)沉降校核(1)對(duì)拱架設(shè)計(jì)中所考慮的拱架變形值及基礎(chǔ)沉降予以校核,為后繼拱肋施工提供資料。(2)通過(guò)壓載使拱架產(chǎn)生一定內(nèi)力,使后繼拱肋吊裝產(chǎn)生的部分內(nèi)力予以平衡。4.3.2預(yù)壓拱段吊裝就位(1)依據(jù)施工組織設(shè)計(jì),壓載處于拱跨1/2及1/4斷面;(2)拱架頂面每拱段設(shè)高程控制點(diǎn)2個(gè),1/2及1/4段面處基礎(chǔ)頂設(shè)高程控制點(diǎn);(3)用龍門(mén)桁車將拱段吊至設(shè)計(jì)位置,先吊裝拱跨1/2及1/4處拱段,縱橫向分別用倒鏈及?8鋼筋予以臨時(shí)固定;(4)預(yù)壓拱段吊裝就位后,對(duì)各控制點(diǎn)高程測(cè)設(shè)一次,每間隔12h再測(cè)設(shè)一次;在預(yù)壓整個(gè)過(guò)程中,隨時(shí)觀察架拱架有無(wú)異常變化;(5)試驗(yàn)結(jié)果(詳見(jiàn)表1)。4.3.3結(jié)論壓載過(guò)程及結(jié)束后,拱架均無(wú)異常出現(xiàn),依據(jù)控制點(diǎn)高程測(cè)得結(jié)果得知,設(shè)計(jì)中所考慮的預(yù)加值與實(shí)際基本相符,實(shí)測(cè)小于計(jì)算值。5機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該橋拱肋吊裝及拱肋段二次混凝土澆注利用自行設(shè)計(jì)的凈吊重42t龍門(mén)桁車。龍門(mén)桁車總高度44.564m,凈空高度42.564m。凈寬23.64m。橫梁采用貝雷桁架,共設(shè)兩組,每組為加強(qiáng)型單層三排結(jié)構(gòu),每組桁片間中心距為0.45m。立柱采用萬(wàn)能桿件雙拼結(jié)構(gòu)。6拱門(mén)安裝6.1認(rèn)為這例24m及22m的情況下,有24m及22拱架上、下游每側(cè)各設(shè)立柱13個(gè),高度6～30m不等,立柱斷面為2×4m及2×2m。南岸支架立柱立式拼裝用1t卷?yè)P(yáng)機(jī)配合,施工中設(shè)置必要的纜風(fēng)繩,北岸立柱受工期限制,采用臥式拼裝,利用龍門(mén)桁車整體提升就位,4～10#立柱間采用[20槽鋼聯(lián)接。6.2縱梁砂砂筒的吊裝立柱拼裝完成后,按設(shè)計(jì)位置,在柱頂分配梁上安放砂筒,然后再進(jìn)行縱梁的吊裝。縱梁的拼裝在原橋面及路基開(kāi)挖斷面之上進(jìn)行,拼裝中對(duì)兩端的調(diào)整角度牛腿及縱梁之上的[20橫向分配梁一并拼裝。7運(yùn)梁式擋墻臨時(shí)固定拱肋吊裝順序自拱腳到拱頂,南北岸上下游對(duì)稱順次吊裝。每一拱塊先由預(yù)制場(chǎng)用自制的運(yùn)梁臺(tái)車運(yùn)至龍門(mén)起吊范圍之內(nèi),然后由龍門(mén)桁車吊到設(shè)計(jì)位置,當(dāng)縱橫中心線滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行臨時(shí)固定。8高度調(diào)整后的高度順序詳見(jiàn)圖4拱肋吊裝超過(guò)半跨時(shí),即可進(jìn)行拱肋的精確調(diào)整,繼而進(jìn)行現(xiàn)澆接頭的鋼筋焊接,澆注混凝土。拱塊精確調(diào)整。9拱肋箱形截面坡角處9.1全部工序連續(xù)施工,確保在12h內(nèi)完成;9.2拱肋箱形截面坡角處設(shè)[20鋼性支撐4道;9.3隨時(shí)掌握天氣情況,確保低溫合攏;9.4合攏過(guò)程中專人觀測(cè)拱肋、墩臺(tái)變位。10拱頂卸落量設(shè)計(jì)10.1將后澆接頭及B橫梁試件與結(jié)構(gòu)物同條件養(yǎng)護(hù),以確定落拱時(shí)間。10.2計(jì)算拱架卸落量,該卸落只考慮因拱肋自重、溫度變化及拱架彈性變形所引起的位移量,拱頂卸落為6.94cm,其余各點(diǎn)按直線比例分配,自拱腳分二級(jí)完成。10.3拱架卸落按“多點(diǎn)、少量、對(duì)稱、逐次”的原則來(lái)進(jìn)行,且卸落過(guò)程中設(shè)專人觀測(cè)拱跨1/2、1/4處變化及墩臺(tái)變位情況。11橋面施工的保證依據(jù)橋面結(jié)構(gòu)形式,可選擇滿堂紅支架施工及附著式支架兩種方案,因河床基礎(chǔ)處理困難,且工期緊迫,故選擇附著式膺架施工。根據(jù)支架設(shè)計(jì)形式,要確保橋面施工質(zhì)量,必須解決以下二個(gè)問(wèn)題:1.橋面橫梁固定;2.橋面標(biāo)高的控制。為防止灌注混凝土?xí)r橫梁傾覆,每跨用ue001φ40鋼管設(shè)二道斜拉,橫橋向采用每5跨在地面與鋼軌之間用倒鏈斜拉,縱向利用兩端A梁上預(yù)埋角鐵與橫梁底部預(yù)埋角鐵將整個(gè)橋面用ue001φ25鋼筋聯(lián)成一個(gè)整體。12質(zhì)量控制和安全措施12.1現(xiàn)澆接頭施工在拱塊拼裝中精度控制如下:(1)在拱塊頂面縱向中心線上設(shè)點(diǎn)①、②;(2)用全站儀測(cè)出①、②點(diǎn)的高程里程,h1、h2與k1、k2;(詳見(jiàn)圖5);(3)鋼尺丈量①②到實(shí)際索管中心線距離L1、L2;(4)計(jì)算出Δk、Δh1、Δh2(Δh為h與計(jì)算出上緣拱軸坐標(biāo)比較之值);(5)用經(jīng)緯儀測(cè)量拱塊的橫向中心線偏移;(6)綜合上述因素進(jìn)行龍門(mén)提升后的調(diào)整;(7)調(diào)整之后再測(cè)出索管的鉛垂度;滿足要求后進(jìn)行固定?，F(xiàn)澆接頭的施工即合攏段施工,區(qū)別于其余接頭施工,工藝如下:(1)對(duì)兩端預(yù)留鋼筋進(jìn)行調(diào)直,除銹,之后焊接;(2)內(nèi)外模板均采用木模,立面設(shè)五道拉桿;(3)混凝土設(shè)計(jì)為60#,配合比:水泥∶砂∶石∶水∶減水劑,為1∶0.87∶2.03∶0.36∶0.19,減水劑為陜西省咸陽(yáng)產(chǎn)自流平SJA型,施工坍落度12cm?；炷翝沧⑾鹊装?、腹板后頂板;(4)澆注后常規(guī)灑水養(yǎng)護(hù),當(dāng)氣溫低于5℃時(shí),采用彩條蓬布蒸汽養(yǎng)護(hù)。12.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮預(yù)加值由于橋面為懸浮式結(jié)構(gòu),隨著橋面荷載的增加及溫度變化,拱圈、吊桿長(zhǎng)度都發(fā)生變化,對(duì)橋面標(biāo)高控制造成困難,對(duì)于該問(wèn)題,通過(guò)精度計(jì)算,將標(biāo)高變化比值在膺架設(shè)計(jì)時(shí)考慮預(yù)加值,具體實(shí)施中考慮以下三個(gè)因素。(1)拱圈由于承受橋面荷載引起的下沉跨中下沉δ1=1+4D24D?δLEδ1=1+4D24D?δLED——矢跨比截面應(yīng)力:δ=NAδ=ΝAL——跨徑E——彈性模量其余各點(diǎn)按二次拋物線分配。(2)吊桿由于承受荷載產(chǎn)生伸長(zhǎng)值δ2=PLEAδ2=ΡLEAE——吊索彈性模量A——截面積P——荷載L——吊桿長(zhǎng)(3)由于錨頭部分與錨板接縫的存在,受力而產(chǎn)生壓縮,每吊桿按2mm計(jì),個(gè)別下部用鐵墊片調(diào)整的另計(jì)入。12.3混凝土灌注施工橋面各點(diǎn)設(shè)計(jì)高程加相應(yīng)部位上述計(jì)算