东海大桥近岛段工程8×50 m曲线顶推梁钢导梁设计与施工

1、文章编号 :1003-4722(2005 S 0-0024-03东海大桥近岛段工程 8N 5Om 曲线顶推梁钢导梁设计与施工陈霜兵 , 彭康福 , 郗玉兵(中铁大桥局集团第二工程有限公司 , 江苏 南京 210015摘 要 :介绍东海大桥近岛段工程 850m 曲线顶推梁钢导梁的设计与施工 , 分析控制钢导 梁设计的关键因素 , 并在实际施工中提出解决方案 。关键词 :曲梁 ; 顶推法架桥 ; 钢导梁 ; 桥梁设计 ; 桥梁施工 中图分类号 :U 445. 462文献标识码 :AD e s i g na n dC o n s t r u c t i o no f S t e e l P a u

2、n c h i n g So s e f o r I n c r e m e n t a l l y P a u n c h e d 8N 5O Q mS p a nC u r v e d R i r d e r s o fD o n g h a i B r i d geC l o s e t o I s l a n dS i d e A 6E #:9%& . ? , & , B E #$C%& . 3, + =. ? , &(T h e 2n dE n g i n e e r i n g C o . , L t d . , C h i n aZ h o n g t i eM a j o rB

3、 r i d g eE n g i n e e r i n g G r o u p , N a n j i n g 210015, C h i n a A b s t r a c t :T h e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f s t e e l l a u n c h i n g n o s e f o r e r e c t i o n o f t h e i n c r e m e n t a l -l y l a u n c h e d 850-ms p a n c u r v e d g i r d e r s o f D

4、 o n g h a i B r i d g e c l o s e t o i s l a n d s i d e a r e d e s c r i b e d . T h e c r i t i c a l f a c t o r s c o n t r o l l i n g t h e d e s i g n o f t h e l a u n c h i n g n o s e a r e a n a l y z e d a n d s o l u t i o n s t o t h e p o s s i -b l e p r o b l e m s i n p r a c t

5、i c a l a p p l i c a t i o no f t h en o s e a r e p r o v i d e da sw e l l . K e y wo r d s :c u r v e d g i r d e r ; i n c r e m e n t a l l a u n c h i n g e r e c t i o n ; s t e e l l a u n c h i n g n o s e ; b r i d g ed e -s i g n ; b r i d g e c o n s t r u c t i o n 收稿日期 :2005-04-28作者简介

6、 :陈霜兵 (1973- , 男 , 工程师 , 1995年毕业于上海铁道学院桥梁工程专业 ,工学学士 。 1 工程概况东海大桥近大乌 龟 岛 P M 451P M 459墩 一 侧 临岛 , 另一侧临海 , 桥 位处 为较 为 陡 峭 的斜 坡 , 施工 难度较大 , 尤其是梁部施工采用常规施工难以实现 。 经多方论证比选 , 最 终该 段 桥 梁 采用 顶 推 梁 设 计 方 案 , 顶推方向 由 颗 珠 山 向 芦 潮 港 方 向 顶 推 , 纵 坡 为 0. 3%的上坡 , 顶推块段 长度 为 12. 5m+1525m +12. 5m 。 该段桥梁位于 R =2500m 的平面曲线 上

7、 , 为 850m 单 箱 单 室 预 应 力 连 续 箱 梁 , 顶 板 宽 15. 25m (顶推时顶板宽 14. 85m , 底板宽 7. 25m , 梁高均为 3. 5m , 高跨比为 1/14. 3。 主 梁 采 用 纵 、 横向 预 应 力 体 系 :预 应 力 包 括 32m m 粗 钢 筋 和12-j15. 24m m 高强度低松弛钢绞线 , 纵向均沿箱 梁中心线对称敷设 。 在顶推梁施工中 , 为减少主梁 跨墩悬臂应力 , 前端需设置钢导梁 。2 钢导梁设计方案比选钢导梁的设计控制因素为导梁的最大正弯矩和 下翼缘承受的最大支反力 。 根据国内外资料和实践 证明 , 导 梁 长

8、 度 采 用 0. 75L 为 宜 , 故 近 岛 段 顶 推 梁 施工用钢导梁长度定为 0. 75L =0. 7550m=37. 5m , 同时 , 钢导梁刚度约为主梁的 1/10。(1 钢桁梁与钢板梁 :钢桁梁具有自重较轻 , 挠 度较小的优点 , 但由于下弦杆在顶推过程中各点均 需承受支点反力 , 特别是越靠近混凝土梁反力越大 , 下弦杆越高 , 钢桁梁节省的材料有限 , 且由于本桥为42桥梁建设 2005年增刊曲线桥 , 导梁相应结构形式亦为曲线梁 , 曲线钢桁梁 的节点制造时难度较 大 , 梁 体线 形 难 以保 证 。 钢 板 梁和钢桁梁相比 , 自重 、 挠度略大 , 但对于曲线

9、导梁 , 钢板梁更易加工 、 制造 。(2直线导梁与曲线导梁 :由于本桥为曲线桥 , 导梁相应结构形式 宜为曲 线梁 , 以 免 在 顶推 过 程中 导梁通过墩 顶 时 产 生 横 向 位 移 , 从 而 造 成 横 向 (径 向 水平力 , 导致受 力复杂 , 因 此导 梁 设 计成 与 混凝 土箱梁同曲率的曲线梁 。经综合比较 , 钢 板梁 结构 合理 , 受 力明 确 , 刚 度 大变形小 , 易加工制造 , 本桥采用曲线钢板梁导梁设 计方案 。 3 钢导梁设计 3. 1 控制工况(1导梁前端最大挠度 :最大悬臂状态下 (导梁 接近前方墩顶时 f m a x =19. 1c m ; (2

10、 箱 梁 与 导 梁 连 接 处 最 大 负 弯 矩 :-21530k N m (导梁全悬臂状态下 ; (3 箱 梁 与 导 梁 连 接 处 最 大 正 弯 矩 :35560k N m (导梁前端悬臂 25m ; (4 箱梁与导梁连接处最大剪力 :6680k N (导 梁根部位于支承墩上时 。3. 2 导梁设计导梁在预制第 1节段混凝土梁之前准确就位 , 以其尾端作为箱梁端 模 。 钢 导梁 、 钢连 接 块 和剪 力 梁 , 通过 张 拉 竖 向 和 水 平 混 凝 土 梁 体 内 预 留 32m m 纵向预应力粗钢筋与 1号块段箱梁相连 。(1 抗剪设 计 :导 梁 钢 结 构 的 端 部

11、 设 有 剪 力 钉 并和混凝土箱梁浇筑 在一起 , 剪力 钉 对混 凝 土 梁 的 浇筑质量影响很小 , 为保证安全系数 , 增大其抗剪能 力 , 避免剪力钉被剪坏 , 在混凝土梁与钢导梁的连接 处顶部设置剪力梁 。 剪力梁采用 2 55a 型钢 , 一端 通过张拉混凝土梁内竖向 32m m 预应力粗钢筋与 混凝土梁连接 , 另一端在导梁腹板两侧设置锚箱 , 剪 力梁通过竖 向 32m m 预 应 力 粗 钢 筋 与 钢 导 梁 连 接 。 其传力途径为 :顶推 过程 中 的 剪力 由 导 梁端 腹 板上的剪力钉 、 顶部剪力 梁在 混 凝土 与 钢 结构 间 传 递 :顶推过程中弯矩形 成

12、的 拉 力或 压 力 通过 导 梁根 部加劲肋范围内的预应力筋及剪力梁传递到混凝土 箱梁中 。(2抗弯设计 :在箱梁顶推过程中 , 箱梁与导梁 连接处反复受拉或 受压 , 为保 证 箱 梁顶 推 过程 中 弯 矩形成的拉力或压 力有效 传递 到 混凝 土 箱 梁中 , 在钢导梁腹板端部两侧 均设有水平 方向的 锚箱 , 通过 张拉水平混凝土梁体内预留 32m m 纵向预应力粗钢筋 (顶板 16根 、 底板 24根 , 将钢导梁与混凝土梁 锚固 。 经检算 , 其安全系数过小 , 故增大箱梁与导梁 连接处抵抗弯矩 , 加大安全系数 , 在不增加箱梁内永 久纵向预应力粗钢 筋的前提下 , 在导梁两

13、 侧腹板 间 设置上 、 下横梁 , 并接长部分纵向 32m m 预应力粗 钢筋 , 张拉并锚固 , 为使其受力明确 , 上 、 下横梁均与 梁端保持一定距 离 。 同 时 , 顶 部剪力梁也 可提供 部 分抵抗弯矩 。施 工 前 , 将 混 凝 土 梁 体 内 部 分 永 久 纵 向 32m m 预应力粗钢筋接长 , 锚固在钢导梁与上 、 下横梁 上 ; 施工完毕后 , 拆除导梁时将纵向 32m m 预应力 粗钢筋临时放松 , 截去接长部分 , 重新锚固 。 为保证 张拉后上 、 下横梁 的结 构稳定性 , 在 上 、 下横梁间 设 置桁架结构 。 剪力 梁及上 、 下横梁结 构位置 关系见

14、 图 1。图 1 剪力梁及上 、 下横梁位置示意4 钢导梁主要结构形式及制造图 2 顶推梁钢导梁因本桥顶推梁位于 R =2500m (桥 中 线 处 的 平面曲线上 , 钢导梁采用曲线钢板梁 , 钢导梁主梁长 度因所在位置的平面曲线半径不同而不同 。 由于钢 导梁下翼缘在顶推过程 中各点均需 承受支 点反力 , 且越靠近混凝土梁反 力越大 , 故本 桥钢导 梁为变截 面钢导梁 , 且越靠近混凝土梁端钢导梁主梁越高 , 钢 导梁结构形式见图 2。52东海大桥近岛段工程 850m 曲线顶推梁钢导梁设计与施工 陈霜兵 , 彭康福 , 郗玉兵(1 导梁主 要 构 造 :导 梁 长 度 为 37. 5m

15、 (桥 中 线处长度 , 高度为 22503570m m ; 每套导梁由 2片 I 形 断 面 的 钢 板 梁 通 过 上 下 平 联 及 横 联 连 接 而 成 , 上下平联及横联均为焊接 H 形杆件 。 导梁端部 设有 156颗 22m m150m m 剪力钉 , 每一颗剪力 钉容许承载的剪力为 50k N 。 导梁端部腹板两侧的 临时预应力锚箱长度为 1624m m , 顶推过程中弯矩 形成的拉力或压力通过剪力钉 、 剪力梁及上下横梁 、 锚箱相互传递 。(2 导梁前 端 接 墩 形 式 :导 梁 接 近 前 方 墩 顶 时 的最大挠度为 19. 1m , 所以将导梁前端下缘设计成 一斜

16、坡 , 滑移接墩 , 不设接墩起顶千斤顶 。(3 导梁制 造 :导 梁 制 造 可 根 据 工 厂 以 及 现 场 的施工条件分段加 工 , 分段 长 度 由 工厂 及 施工 单 位 自行确定 , 在工地上 栓 接接 长 , 接长 时 等强 对 接 , 本 桥使用的钢导梁每套 (单侧 共分 3段 。5钢导梁施工(1 钢导梁的拼装 :钢导梁在工厂分段制造 , 在 工地上进行现场 拼 装 。 安 装钢 导 梁 之 前 , 应 将 箱梁 底模 、 侧模调整至 设 计位 置 。 为 保 证导 梁 安 装 的精 确度及后续施工方便 , 钢导梁安装宜遵循 “ 先主梁后 平联 、 由梁端向顶推方 向 逐步

17、进 行 ” 的 原则 , 以 避免 产生安装误差 , 导致部分平联无法安装或安装困难 。 钢导梁底面要经过 各 墩 临时 滑 动 支 座滑 动 , 应 保证 导梁分段接头位置 底 面平 整 度 , 接 头处 平 整 误 差不 应超过 1m m 。(2 剪力梁及上 、 下横梁结构的安装 :在 1号块 段箱梁进行混凝土浇筑施工之前 , 将钢导梁 、 箱梁模 板调至设计线形 , 然后安装上下横梁结构及导梁腹 板两侧锚箱 , 并 将 纵 向 32m m 预 应 力 粗 钢 筋 接 长 (不锚固 , 在安装上 、 下横梁时 , 应设置临时支撑 , 防 止上 、 下横梁因自重下挠而产生安装次应力 , 同时在 安装过程中拆除的钢导梁上 、 下平联在上 、 下横梁安 装完毕后需适当恢复 , 以保证钢导梁整体刚度 。 待 1号 块 段 混 凝土施工完毕后 , 再安装顶部剪力梁 结 构 , 剪力梁一端与钢导梁顶部顶紧焊接 , 另一端 (剪 力梁与箱梁连接端 顶部高差用 7. 5号砂浆抄垫平 整 , 防止其因受力不均而产生变形 , 影响张拉效果 。 同时 , 在焊接上 、 下横梁结构及剪力梁时 , 应对精轧 螺纹钢筋进行保护 , 防止电焊打伤精轧螺纹钢筋 。 (3 待箱梁 混 凝 土 达 设 计 张 拉 强 度 后 , 张 拉 临 时锚固预应力粗