大跨度连续钢箱梁桥设计与施工
文章编号:1003-4722(2007) 05-0046-03
大跨度连续钢箱梁桥设计与施工
齐 新, 秘志辉
(上海市政工程设计研究总院, 上海200092)
摘 要:上海中环线跨共和新路立交(44+79+44+37) m 连续钢箱梁桥跨径长、规模大, 桥
面变宽度30. 8~44. 1m 。为维持既有共和新路高架和地面道路的交通, 采用少支架大节段拼装法施工, 在施工过程中调整线形和内力, 体系转换后箱梁应力和线形取得满意的结果。介绍该桥的主要设计与施工特点。
关键词:连续梁; 钢梁; 箱形梁; 桥梁设计; 桥梁施工中图分类号:U448. 215;U448. 36
文献标识码:A
Design and B ridge
QI Xin , M I Zhi 2hui
(Shanghai Municipal Engineering Design and Research Institute , Shanghai 200092, China )
Abstract :The continuous steel box girder bridge wit h span arrangement (44+79+44+37) m of t he Interchange on t he Middle Ring Road spanning t he New G onghe Road in Shanghai City is great in span lengt h , large in const ruction scale and t he deck of t he bridge has variable widt h 30. 8~44. 1m. To maintain t he t raffic flow on and under t he existing New G onghe Elevated Road in const ruction of t he box girder bridge , t he const ructio n met hod of large steel block assem 2bling and less scaffolding was applied. The geomet ric shape and internal forces of t he girder bridge were adjusted in t he construction and satisfactory result s of bot h t he st ress and geometric shape of t he girder after system t ransferring were achieved. In t his paper , t he principal design and const ruction feat ures of t he girder bridge are p resented.
K ey w ords :continuous girder ; steel girder ; box girder ; bridge design ; bridge const ructio n
1 工程概况
工期间要求维持共和新路高架路和轨道线以及地面道路的交通。根据上述情况决定上部采用连续钢箱梁, 在工厂预制、现场拼装的桥型方案[1]。该桥采用一联四跨连续钢箱梁, 平面上位于匝
道分叉点, 跨径组合为(44+79+44+37) m , 桥面宽度从东至西变宽度30. 8~44. 1m , 桥梁中心线平面曲线半径2000m , 竖曲线半径6000m 。桥面面积7449m 2, 用钢量达4232t , 为全焊接钢结构梁。桥面铺装为6cm 钢筋混凝土垫层+防水层+7cm
共和新路立交是上海中环线的重要节点, 主线跨共和新路79m 主跨的连续钢箱梁桥是该立交的亮点, 也是设计和施工中的难点, 该桥已于2005年1月建成, 现已成为上海单跨最大跨度和单联最大
规模的钢结构连续梁高架桥。
该桥位于立交的最高层—第4层, 高架最高点距离地面约31. 5m 。共和新路为先期建成的双层高架桥, 上层为城市高架路, 下层为轨道交通线, 施
收稿日期:2007-02-26作者简介:齐 新(1969-) , 男, 高级工程师,1992年毕业于石家庄铁道学院桥梁工程专业, 工学学士,1995年毕业于西南交通大学桥梁、隧道及结构工程专业, 工学硕士。
2 技术标准
沥青混凝土。从跨度和桥梁规模上看, 在城市高架钢结构梁式桥中比较罕见。桥梁总体布置见图1。
汽车荷载:城-A 级; 主线净空:5m ;
设计车速:80km/h ;
行车道数:桥面变宽度, 双向8~10车道。3 结构设计
图1 桥梁总体布置
桥梁主体用钢材为Q345qD 。为与主线桥梁横断面形式统一, 该桥横断面也采用圆弧形底箱梁(见图2) 。其中变宽段处理为横断面两边的曲线部分不变, 梁底增加直线段。P26、P27号墩附近梁高变高度2. 6~4. 0m , 其他梁段为等高度2. 6m , 变高度段梁高按二次抛物线变化。桥面设双向2%横坡, 。腹板厚14~16mm , 25, 12~32mm 。
图2 钢箱梁横断面
共和新路高架桥设计和施工阶段, 在高架两边为中环线主线各预留了1个主墩, 在本次设计时, 设计条件相比当初预留标准已发生很大变化。因此在本钢梁设计时, 需考虑对该桥墩的改造和利用。桥梁线位、跨径要能兼顾到既有墩位, 要用新设计桥梁上部荷载对既有桥墩基础的承载能力进行验算。
钢箱梁等宽段有7道中腹板, 腹板中心距4. 8m , 加宽段另增加箱室。顶板按正交异性桥面板设
4 设计与施工难点
(1) 如图3所示, 箱梁在桥墩处横桥向悬臂很
大。桥梁空间受力特性明显, 箱梁的顶、底板均为双向受力板件。纵梁、横梁的应力和变形都与桥梁总体刚度相关。设计中采用平面计算与空间板壳单元计算相结合的设计方法。
(2) 该桥为变宽、变高度、变横坡, 具有平、纵曲线的复杂空间结构, 施工图设计难度大。
(3) 桥梁结构最终应力和标高控制与施工方案和施工顺序密切相关, 需要施工与设计单位加强沟通与配合。
(4) 吊装期间要保持地面道路、共和新路高架、
计, 纵向采用U 形加劲肋, 肋高280mm , 宽300mm , 横向间距560mm , U 形加劲肋由厚度6mm
的钢板压制成形。底板采用16b 球扁钢加劲, 横向间距400mm 布置。横隔板厚8~32mm , 间距3~3. 5m 。
48桥梁建设 2007年第5期
加快了运算速度, 特别是对施工阶段的主梁内力和
位移的控制和调整反复试算带来极大的方便, 实践证明是方便有效的, 计算结果与实际吻合较好。5. 2 内力与线形的调整方法
主线钢箱梁分解成52个节段制作和安装。施工节段立面划分见图4。
桥梁在开始设计和初步考虑施工方案时, 考虑利用共和新路高架上层中央分隔带位置设置临时支墩。后协商未果, 共和新路高架不允许设置临时支承点, 造成该跨中间35m 长度梁段只能以简支状态安装。为使成桥线形逼近设计值, 同时钢梁应力接近设计值, 采用相邻跨跨中预顶升, 待纵向连接成桥后拆除临时墩, 相当于施加反向力以达到调整线形和内力的目的。1, 说明调整措, 。
截面位置
P25墩
P26墩P26~P27跨中P27墩P28墩P29墩
图3 P27墩桥梁横断面
轨道交通不中断, 限制了临时支墩的搭设, 和新路35m (5) , , 4. 8m 左右。根据起吊能力和临时支墩布置, 顺桥向节段长度35~40m 。
(6) 钢箱梁单件最长40m , 最重192t , 墩顶相对地面高27m 多, 吊装难度大。
(7) 拼装精度要求高, 现场拼装焊接工作量大。5 结构计算与内力调整5. 1 结构计算模型
恒载线形/mm
不调整调整
0-0. 28. 7-20. 90. 5
-0. 3-0. 2-0. 1-4. 20. 2
恒载应力/MPa 不调整调整顶板底板顶板底板
0-1. 5
032. 5100. 333. 4410
27. 6-10. 9107. 9-6832. 9-121. 30
67. 7-35. 1
P25~P26跨中-68. 6-27. 6
49. 5-46. 346. 9-42. 8-6. 10. 90
53. 1-49. 347. 9-43. 413. 6-12. 3
20. 6-74. 6
P27~P28跨中-77. 6-34. 1
P28~P29跨中-46. 6-23. 6-48. 9
桥梁纵向计算采用专业软件“桥梁博士”。空间有限元计算分析和内力调整使用ANS YS 通用结构分析软件。ANS YS 分析时使用空间板壳Shell63单元。考虑顶板和底板加劲肋的影响, 采用折算为顶、底板厚度的办法, 同时对刚度和应力进行等效模拟, 也就是简化截面与实际截面具有相同的抗弯刚度和抗弯模量。实际折算下来顶板厚度增加3mm , 底板厚度增加2mm 。这样的处理简化了模型,
注:1.表中“恒载线形”列中数值表示与设计标高的偏差量, 负
值表示偏低, 正值表示偏高。2. 表中“恒载应力”行中负值表示受压, 正值表示受拉。
5. 3 安装顺序和内力调整实施
钢梁在现场分段、分块拼装焊接, 其中在P26、P27墩间共和新路东、西两侧设两处拼装支架, P25~P29墩处设有墩横梁安装支架。在其他两处边跨和另一处中跨跨中设置顶升支承支架。见图4。
现场按照从P25~P29墩的顺序安装钢梁, 其中第1、3、4跨钢梁采用先吊装后顶升的施工顺序。
图4 施工节段划分及支架布置示意
(下转第83页)
桥梁结构模态测试中传感器优化布置的序列法及应用 黄民水, 朱宏平
表1 12个传感器的具体位置
传感器
1号2号3号4号5号6号7号8号9号10号11号12号
节点号
[***********][**************]0
83
研究的重点。
z /m
x /m
016. 516. 516. 516. 508. 258. 25015. 7500
[***********][1**********]
参 考 文 献:
[1] 崔 飞, 袁万城, 史家钧. 传感器优化布设在桥梁健康
监测中的应用[J].同济大学学报,1999,27(3) :165-169.
[2] Meo M , Zumpano G. Optimal Sensor Placement on a
Large Scale Civil Structure [A ].Proceedings of SPIE , Health Monitoring and Smart Nondestructive Evalua 2tion of Structural and Biological Systems III[C ].Vol 5394. San Diego , CA :International Society for Opti 2cal Engineering , 2004, 108-117.
[3] Kammer , Daniel C . Sensor Placement for On 2orbit
Modal Identification and Correlation of Large Space Structures [J]., Control , and Dy 2, :-]G . A Modal Test
for Modal Correlation [A ].In :Proc 13th International Modal Analysis Conference [C ].Bathe K J. New Y ork :Union College , Schenectady , 1995. 927-933.
[5] 周星德, 汪凤泉. 基于可靠性的框架结构作动器/传感
化, 就能达到一个较高的精度, 简单实用且计算效率
较高。
(2) 以Q R 分解得到的结果作为初始配置, 利用序列法可以使MAC 矩阵的最大非对角元较快地达到预设值, 完成传感器的优化布置。
(3) 济两方面综合考虑测点位置。传感器的数目, 感器优化的难点, 需要进一步的研究。
(4) 序列法是基于有限元分析模型的, 因此有限元建模误差不可避免地对优化结果产生不利影响, 所以考察模型误差对优化布置的影响是下一步(上接第48页)
器最优配置[J].东南大学学报(自然科学版) ,2003,
33(6) :746-749.
[6] 程云鹏. 矩阵论[M ].西安:西北工业大学出版社,
1999.
跨中临时支承支架的顶升采用顶升力和位移双控。设计顶升力分别为3200,2400,1600kN , 顶升位移分别为51,50,23mm 。
先将各跨梁段按先中间后两边的顺序逐根吊装就位, 顶、底板矫正对齐后, 横桥向拼装焊接成整体, 纵桥向暂不焊接, 待1、3、4号临时墩顶升到位后, 开始纵向连接焊缝的焊接, 将纵向简支的各个节段焊接成整体连续梁, 然后拆除支架, 实现结构体系的转换。
支架拆除顺序:①P25~P29桥墩处临时支架; ②P28~P29跨中间支架; ③P26~P27跨中间支架; ④P25~P26,P27~P28跨中间支架。
钢梁, 到同年12月6日吊装工作全部完成。
建成后的桥梁外形美观, 线条流畅, 行车平稳舒适, 位于立交的最高点, 气势不凡。建成后的桥梁见图5
。
图5 建成后照片
6 结 语
上海中环线跨共和新路立交连续钢箱梁桥通过
精心设计, 现场采取预顶升等手段调整钢箱梁内力, 使成桥线形符合设计要求, 并且主梁应力有较高的安全储备。该桥自2004年9月27日开始吊第一根
参 考 文 献:
[1] 王宝红, 齐 新. 普通城市钢桥设计体会[J].城市道
桥与防洪,2003, (1) :40-42.