天津快速路南倉道鐵路股道半環(huán)預(yù)應(yīng)力混凝土分幅斜拉橋設(shè)計

天津快速路南倉道鐵路股道半環(huán)預(yù)應(yīng)力混凝土分幅斜拉橋設(shè)計

1預(yù)應(yīng)力混凝土分幅斜拉橋天津市快速路南倉路鐵路東街交叉口是位于市中心快速道路西北半環(huán)處的一個交通綜合體，通過南部交通垃圾站。該橋橫跨52條鐵路線路，包括位于南京港的鐵路站、京山線、南北曹條橋、車站預(yù)備線、京津城際鐵路和景上?？焖俾贰Ｆ渲?，主橋采用水平橋和雙橫混凝土的斜帶，全長300米，半徑150m。采用剛建系統(tǒng)，在主腳手架上固定塔梁，其余左右振幅分離（見圖1）。該橋斜拉索采用扇形布置,梁上索距為6m,橋塔每側(cè)布置21對斜拉索,全橋84對共計168根斜拉索。每幅橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙主梁截面,2個邊主梁為單箱單室結(jié)構(gòu),主梁頂面寬22.45m,頂面單向1.5%橫坡(見圖2)。主梁施工分段包括0號段、1號段、2~21號標(biāo)準(zhǔn)段、23號邊跨直線段、22號合龍段。其中0號段長19.5m,1號段長6m(梁高2.5~3.5m漸變),采用支架現(xiàn)澆施工,并作為掛籃拼裝平臺;2~21號段分段長度均為6m,采用掛籃懸澆施工;23號邊跨直線段長12m,采用支架法現(xiàn)澆施工;合龍段長2m,采用吊架法施工。2牽索梁的設(shè)計難點(1)主梁標(biāo)準(zhǔn)塊段縱向長6m,梁面寬22.5m,塊段重量達280t,為保證節(jié)段施工縱、橫向變形協(xié)調(diào),掛籃整體剛度要求很大;加上安全防護,掛籃重量與塊段重量比值將大于0.55,混凝土澆注過程中需要張拉2或3次拉索,以控制掛籃變形和主梁應(yīng)力。(2)斜拉索采用扇形空間布置,牽索橫橋向及順橋向投影角度變化大,起始塊段牽索穿越箱梁底板,每個節(jié)段梁端錨固點投影延長到掛籃錨固端處的位置、角度不斷變化,使掛籃主縱梁弧形首及牽索設(shè)施設(shè)計較為困難。(3)按照常規(guī)設(shè)計,抗剪設(shè)施與牽索前后對應(yīng),拉索水平力可直接通過主縱梁傳遞至抗剪裝置,本橋拉索梁端錨固塊位于箱梁翼緣,因拉索角度變化導(dǎo)致錨固塊在高度上有變化,在此縱向位置通過主縱梁將拉索水平分力直接傳遞到抗剪裝置上設(shè)計難度大。(4)按照常規(guī)設(shè)計,牽索掛籃通過懸臂板外掛剛性吊鉤可實現(xiàn)掛籃的下落提升以及走行,本橋由于主梁左右幅分離,左右幅梁的間距只有40cm,無法采用剛性吊鉤。(5)橋位處混凝土箱梁底板距離鐵路既有高壓線很近,牽索掛籃梁高和整體升降高度受到限制,混凝土箱梁中間底板走行前后無法采取整體滑移升降方式。3掛籃施工概況掛籃主要結(jié)構(gòu)由承重系統(tǒng)(掛籃底平臺)、升降系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、水平抗剪系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等組成。掛籃各項參數(shù)如下:(1)掛籃總重量152.3t。其中掛籃承重系統(tǒng)重118t;模板重25t;掛籃底防護重9.3t。(2)掛籃結(jié)構(gòu)尺寸:長度18.1m;寬度22.5m;高度1.7m。(3)掛籃施工高度2.4~2.7m(滿足50cm以上的絕緣距離要求)。(4)掛籃新制鋼構(gòu)件均為Q235鋼材;輔助縱梁采用貝雷梁,材料種類為Q345;所有精軋螺紋鋼均采用930級。3.1空間受力體系在兼顧力學(xué)性、工藝性、經(jīng)濟性的總體思路下,掛籃承重系統(tǒng)采用鋼箱梁空間整體式底平臺(見圖3)。該平臺通過4組縱梁、3組橫梁、前后交叉腹桿組成空間受力體系,既保證掛籃的縱橫向剛度、節(jié)段縱橫向線形,又解決掛籃限高要求。平臺結(jié)構(gòu)中除普通縱梁為型鋼外,其余均為加勁鋼箱梁,各梁段采用?27普通螺栓拼接。由于拉索位于兩側(cè)的主縱梁前端,抗剪裝置根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式,布置在箱梁的直腹板下,該位置對應(yīng)掛籃的次縱梁上,因此底平臺的設(shè)計必須按照空間結(jié)構(gòu)體系進行計算(見圖4)。3.2中內(nèi)吊掛系統(tǒng)掛籃升降系統(tǒng)由掛籃前吊掛系統(tǒng)和中內(nèi)吊掛系統(tǒng)等組成,在已施工完梁頂對應(yīng)次縱梁位置設(shè)置輔助縱梁(由貝雷梁組成),輔助縱梁前端安放前吊掛系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由100t千斤頂及精軋螺紋鋼、分配梁等組成(見圖5)。中內(nèi)吊掛系統(tǒng)安裝在已施工完梁段上,主要由400t千斤頂、精軋螺紋鋼、分配梁等組成。通過2個前吊掛和2個中內(nèi)吊掛的千斤頂4點同步下降和提升完成掛籃的升降作業(yè)。3.3后吊掛系統(tǒng)裝置掛籃錨固系統(tǒng)由牽索錨固結(jié)構(gòu)、中內(nèi)(外)吊桿、后吊掛錨固系統(tǒng)及剪力塊組成(見圖6)。牽索錨固系統(tǒng)由新制成品索、張拉桿、連接頭、張拉螺母、錨固螺母(材料40Cr)、墊塊及卸載千斤頂組成,作用在主縱梁的弧形首上;中內(nèi)吊桿與掛籃升降系統(tǒng)的中內(nèi)吊掛系統(tǒng)為同一裝置,作用在掛籃次縱梁中部,中外吊掛吊桿,作用在掛籃主縱梁上;后吊掛錨固系統(tǒng)主要是防止?fàn)克鲝埨^程中掛籃出現(xiàn)轉(zhuǎn)動,后吊掛錨固系統(tǒng)采用精軋螺紋鋼作為吊桿,作用在掛籃次縱梁尾部;剪力塊布置在次縱梁中部,主要承擔(dān)拉索的水平向分力。中內(nèi)吊桿由4根精軋螺紋鋼組成,中外、后吊掛錨固系統(tǒng)均由2根精軋螺紋鋼組成,剪力塊為鋼結(jié)構(gòu)。3.4次縱梁塊的設(shè)置水平抗剪系統(tǒng)由水平抗剪擋塊、梁體預(yù)埋鋼盒(見圖7)組成,用以平衡由牽索產(chǎn)生的水平力。水平抗剪塊為鋼結(jié)構(gòu),設(shè)置在次縱梁的中部,對應(yīng)在已澆主梁的腹板下。由于抗剪擋塊嵌入主梁混凝土內(nèi),且水平力較大,為防止混凝土局部應(yīng)力偏大導(dǎo)致壓碎破壞,采用梁體預(yù)埋鋼盒并與梁體鋼筋焊接進行加固,鋼盒尺寸比抗剪擋塊稍大,待抗剪擋塊嵌進鋼盒內(nèi),用斜鋼板對后、側(cè)三面進行填塞,防止抗剪擋塊在鋼盒內(nèi)晃動。3.5輔助縱梁與梁頂連接該掛籃走行系統(tǒng)無法采用常規(guī)牽索掛籃剛性吊鉤形式,采取梁頂輔助縱梁前吊掛框系統(tǒng)及后走行吊掛框組合型的柔性結(jié)構(gòu)(見圖8)。走行系統(tǒng)設(shè)2組梁頂輔助縱梁,每組縱梁由3排貝雷梁組成,2組縱梁在前端設(shè)置平聯(lián)。在梁頂輔助縱梁上設(shè)置梁頂前吊掛框,并通過精軋螺紋鋼吊桿(與升降系統(tǒng)前吊掛系統(tǒng)為同一結(jié)構(gòu))與掛籃次縱梁前端聯(lián)結(jié),通過牽引前吊掛框在輔助縱梁上滑移帶動掛籃前端前移;后吊掛框為一焊接鋼結(jié)構(gòu)方形框,將次縱梁框住,掛籃走行前通過精軋螺紋鋼將后吊掛框錨固在已澆注塊段梁底,掛籃走行時掛籃次縱梁在吊掛框內(nèi)移動,實現(xiàn)掛籃的走行。3.6鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)優(yōu)化由于該橋斜拉索采用扇形空間布置,每個節(jié)段梁端錨固點投影延長到掛籃錨固端處的位置、角度不斷變化,相當(dāng)于各節(jié)段施工的錨固點在掛籃前端主縱梁投影上是一個球面,加工這種球面鋼結(jié)構(gòu)費用極高;現(xiàn)場掛籃移動就位中一旦有稍許誤差,將直接影響錨固點受力方向,并有可能導(dǎo)致錨固點張拉桿、螺母斷裂而出現(xiàn)重大事故。為解決此項難題,在設(shè)計中將該球面簡化為2個曲面(即豎向曲面、橫向曲面)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計(見圖9),豎向曲面上設(shè)置主縱梁豎向弧形首,并采取在弧形首中間開槽孔加橫向分配梁的形式解決錨固點空間位置變化問題;通過調(diào)節(jié)橫向分配梁下斜向鋼墊板解決橫向曲面變化問題;根據(jù)全橋的拉索變化角度,共設(shè)計了高差分別為20,16,10,5,2,1mm規(guī)格的斜向鋼墊板。4梁頂輔助下的彈性走行結(jié)構(gòu),保證了掛籃底平臺高度天津市快速路南倉道鐵東路立交主橋為雙塔連體四索面預(yù)應(yīng)力混凝土分幅斜拉橋,其幅間凈距小,梁下凈空低,采用了有限元計算程序?qū)︿撓淞旱灼脚_進行空間結(jié)構(gòu)設(shè)計,有效降低了掛籃底平臺總體高度,保證了施工作業(yè)空間;應(yīng)用梁頂