主跨120m钢管混凝土下承式系杆拱桥设计及施工
第26卷第3期2009年 6月贵州大学学报(自然科学版)
JournalofGuizhouUniversity(NaturalSciences)Vol.26No.3
Jun.2009
文章编号 1000-5269(2009)03-0127-03
主跨120m钢管混凝土下承式系杆拱桥设计及施工
牟严松
13
,杨虎根,严允中
22
(1.贵阳市建筑设计院有限公司,贵州贵阳550001;2.中交公路规划设计院有限公司贵州分公司,贵州贵阳550003)
摘 要:贵州省红果经济开发区东湖大桥主跨为120m钢管混凝土下承式简支系杆拱桥,拱肋为哑铃形截面,主要介绍结构设计特点及施工要点。
关键词:下承式;钢管混凝土;系杆;拱肋;哑铃形;吊杆;施工流程中图分类号:U448.22 文献标识码:B 东湖大桥位于贵州省盘县新城红果城区,桥址为跨越拟建东湖(拟建人工湖)而设,线路接右岸竹海东路,左岸与江源路相交,为2×20m钢筋混凝土连续箱梁+(85+120+85)m土下承式简支系杆拱
,桥梁全长5面位于直线上;主桥桥面纵坡为0%;桥面横向以,双向横坡。东.图1 东湖大桥示意图(单位:m)
1 主要技术标准
(1)汽车荷载:城—A级
(2)人群荷载:3.5kN/m2
(3)桥面宽度:净-22.5+2×3.5m人行道,
共设置19道中横梁及两道端横梁,中横梁为矩形截面,端横梁为箱形截面,均为预应力混凝土A类构件,桥面板、系杆、中横梁和端横梁均采用固接。
3 结构设计
3.1 主拱圈及横撑
全宽30m,双向六车道
(4)桥头引道:城市主干路—Ⅱ级,计算行车速度40km/h
主拱圈拱肋为哑铃形钢管混凝土,哑铃形拱肋横断面由上、下钢管及腹板组成,断面全高H=3000mm,上、下钢管的外径均为D=1200mm,壁
2 总体设计
东湖大桥采用主跨为120m钢管混凝土下承
式简支系杆拱,拱轴线为2.06次方抛物线,主拱圈计算跨径L=115.5m,计算矢高f=23.1m,计算矢跨比f/L=1/5,见图2.拱肋为哑铃形钢管混凝土,横桥向布置两片,中距为24.5m.拱上共设置21排吊杆,吊杆间距5.6m,其中两边短吊杆设置双吊杆。桥面板采用整体式钢筋混凝土连续格构板,系杆为箱形截面预应力混凝土A类构件,全桥
3收稿日期:2009-03-17
厚t=20mm,管径与跨径L之比为D/L=1/100(经验值为1/200-1/60);拱肋高度与跨径之比为
H/L=1/40(经验值为1/70-1/30);钢管与壁厚之
(CECS比为D/t=60,《高强混凝土结构技术规程》
104∶99)规定:为了防止钢管壁局部失稳,钢管外
径与壁厚之比不应超过90(235/fy),fy为钢材屈服强度,此处fy=325MPa,则90(235/fy)=65.1>
D/t=60;含钢率(钢管截面积与钢管内混凝土截
作者简介:牟严松(1976-),男,贵州德江人,工程师,从事道路桥梁设计工作,Email:[email protected]通讯作者:牟严松,Email:[email protected].
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图2 东湖大桥设计图(单位:m)
面积之比)μ=7.02%>5%,满足《钢-混凝土组
合结构设计规范》(DL/T5085-1999)的规定。上、下管之间用厚度为20mm的钢板与钢管连接,形成双肢腹板,净距为560mm.
为保证两主拱圈的横向稳定,两拱肋之间共设5道一字式钢管横撑,每一横撑由4根φ800×12的钢管通过平联与竖杆组成,Q345D.3.2 吊杆
M)品吊杆。Ⅲ型,其余吊杆均采用Ⅰ型。考虑到最短的吊杆应力变幅较大,采用双吊杆,即该处沿纵向布置两根相同的Ⅲ型吊杆,中距为0.6m,单根的安全系数不小于2.5;其余吊杆均为单吊杆,安全系数不小于3.5.
吊杆固定端设在系杆的底面,张拉端设在拱肋上钢管的顶部。吊杆布置在中横梁的轴线位置,其纵向中距为5.6m.在人行道板顶面布置减震器及防水罩;在拱肋下缘布置减震器;拱肋底至人行道顶面之间吊杆的外露段设置φ180×1.5mm(单吊φ150×杆)、1.5mm(双吊杆)不锈钢防护管。吊杆索体采用PES(FD)低应力防腐体系。
吊杆锚具采用OVMLZM7255Ⅲ、72121Ⅲ和72121Ⅰ型冷铸镦头锚。3.3 系杆
系杆为箱形截面。截面高度2.5m,宽度2.0m,顶、底板及腹板厚度均为0.35cm.箱内设
横隔板,厚度1.0m,共计15道。系杆两端与端横梁及拱肋交汇段(即拱脚节点)为实体,采用钢纤维混凝土。吊杆穿过系杆横隔板锚固于横隔板的下缘。系杆箱梁的内侧与端横梁、中横梁、车道板形成固接连接;系杆外侧为人行道悬臂板,系杆的两端为拱肋的拱座,拱肋钢构件埋入拱座的现浇段混凝土中。
在系杆与拱肋在拱脚处的交汇区段,为了克服
较大的主拉应力,防止裂缝出现,沿垂直于拱轴线
方向布置6排预应力筋,每排由5根JL32精轧螺纹钢筋组成,其抗拉标准强度为785MPa.固定端设在系杆的下缘,张拉端设在拱背上缘。锚具采用JLM型,45号钢。边孔的预应力.,下缘设,根据拱上加载程序分批。3.4 端、中横梁
在两系杆之间布置中横梁,共19道。有的中横梁与系杆混凝土同时浇筑,两者之间无施工缝;有的中横梁在系杆完成之后的某一施工阶段浇筑混凝土,与系杆之间设有施工缝。中横梁为实体矩形断面,高度2.5m,宽度0.6m.其横断面上,布置6束预应力钢束,每束由12根钢绞线组成。两端张拉,张拉端设在系杆的外侧。
在系杆与拱肋交汇处布置端横梁。其两端与系杆固结。端横梁为单箱单室断面,高度2.5m,顶、底板及腹板厚度均为0.35m.端横梁与系杆混凝土同时浇筑,两者之间为整体,不设施工缝。箱
φ15.2钢绞梁横断面上,顶板预应力束为5束12
φ15.2钢绞线。两端张拉,张拉线,底板为5束14
端设在系杆的外侧。3.5 车道板
采用整体式钢筋混凝土连续格构板。板厚013m,纵向与中横梁、端横梁为固结;横向边缘与系杆内侧固结。由于车道板混凝土为后期浇筑,其与横梁、系杆的结合面为施工缝。横梁为以车道板为翼缘板的T形截面。车道板的跨径为5.6m,与吊杆间距一致。在横梁之间布置小纵梁,以加强桥面系的纵向刚度。小纵梁高度0.9m(含车道板厚度),宽度0.4m,小纵梁与车道板同时浇筑,形成整体。
4 施工流程
单片钢结构拱肋沿纵向分为13个吊装节段,
第3期牟严松等:主跨120m钢管混凝土下承式系杆拱桥设计及施工・129・
在工厂加工制作完成后运至工地,采用天线缆索吊装,在拱架上进行拼装连接。主要施工流程如下:
(1)完成施工前的各项准备工作;进行下部构造施工,完成索塔基础与地锚施工;
(2)搭设系杆、横梁、桥面板的支架,并对支架进行预压;
(3)施工第1、4、7、10号中横梁;浇筑系杆、端横梁和上述中横梁混凝土;
(4)完成端横梁全部预应力钢束张拉;进行系杆及上述中横梁的第一批预应力钢束张拉;搭设拱肋支架并进行预压;安装索塔、天线主缆和稳定钢索;
(5)采用缆索吊机吊装钢结构拱肋及横撑,在拱架上就位后,安装接头螺栓定位;
(6)吊装合龙段,拱肋合龙;
(7)调整拱肋线形。符合设计要求后,进行节段之间的焊接,钢结构拱肋成拱;索塔;;(8)1次张拉;
(9)2批预应力束;
(10)浇筑剩余中横梁混凝土,并对其进行第一批预应力钢束张拉;
(11)浇筑桥面板(含小纵梁)和人行道悬臂板混凝土;
(12)对全部中横梁进行第二批预应力钢束张拉;对吊杆进行第二次张拉;
(13)拆除桥面板以下的全部支架;
(14)对系杆进行第三批预应力钢束张拉;(15)施工桥面系;
(16)调整吊杆索力至成桥索力。
固接形成整体,增大了桥面刚度,对主拱圈面外稳定起到了很大作用,经采用Midascivil2006对全桥进行全过程空间静力仿真分析,成桥阶段最小稳定系数为5.078,为面外反对称屈曲。
(2)传统的下承式系杆拱桥,车道板与系杆未固接,在其间有一道1cm缝隙,由于端横梁刚度大,这使得系杆扭矩大部分都转化为端横梁的梁端正弯矩,使得端横梁受力非常不利。本桥采用车道板与系杆固接,使得系杆扭矩转化的正弯矩较为均匀地由端横梁、中横梁承担,使结构受力更为合理。
(3)根据空间分析,由于车道板与系杆固接,各批次张拉中横梁预应力相互影响,应力区间相互重叠,,。
(吊杆拉力均匀的目的。
系杆拱桥结构轻盈,造型美观,施工方法可因地制宜,特别是其结构外部静定的特性,即无推力的结构体系特点克服了地基条件的限制。东湖大桥在继承传统的钢管混凝土下承式系杆拱桥特点的同时,结合本桥的实际情况,也在构造上作了一些新的尝试,可供同行在同类桥型设计、施工中参考。参考文献:
[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥(第二版)[M].北京:人民交通出版
社,2007.
[2]邵旭东,程翔云,李立峰.桥梁设计与计算[M].北京:人民交
通出版社,2007.
[3]四川省交通厅公路规划勘察设计研究院.公路钢管混凝土桥
5 计算要点
(1)本桥采用系杆、端横梁、中横梁和车道板
梁设计与施工指南[M].北京:人民交通出版社,2008.
DesignandConstructionofthePrincipalSpan120mCFST
ThroughTypeBraceArchBridegs
MOUYan2song,YANGHu2gen,YANYun2zhong
1
2
2
(1.ArchitectureandDesignInstituteLtd,Guiyang550001,China;2.ChinaHighwayPlanningandDesignInstituteLtd,Guiyang550003,China)
Abstract:TheEastLakebigbridgeintheHongGuoeconomicdevelopmentareaofGuizhouProvinceisaCFSTthroughtypebracearchbridge.Theprincipalspanis120mandthearchribisatypeofcrosssectionofdumb2bell.Thispapermainlyintroducesthestructurefeaturesofdesignandmainpointsoftheconstruction.
Keywords:throughtype;CFST;brace;archrib;typeofcrosssectionofdumbbell;suspender;constructionprocess