獐山港大橋施工托架的設計與施工

林姚志棟

1 工程概況

獐山港大橋工程位于杭州市余杭區仁和鎮,橋梁為下承式混凝土系桿拱橋,設計荷載城—A,人群荷載:按 CJJ 77-98城市橋梁設計荷載標準取值,橋面寬29.5 m,橋全長221 m,主跨采用跨徑為68 m的鋼管混凝土系桿拱。因主橋梁橫跨獐山港,不能斷航施工,故主橋施工時需搭設臨時施工托架,托架在整個主橋工程施工過程中是最關鍵的一步,必須確保托架的穩定。考慮到先澆筑端橫梁,部分系梁在澆筑端橫梁時已經澆筑,扣除端橫梁澆筑段長度(2.5 m×2),臨時托架需要承重系梁長度為63 m。

2 托架設計

根據實際河道情況,在中間設置支墩,支墩跨徑為(17+28+18)m。縱向臨時托架采用300型貝雷桁架,橫向托架采用@18槽鋼,縱向托架架設在樁柱上。托架結構具體詳見圖1,圖2。

鑒于邊跨長度小于中跨,因而以下設計著重對中跨進行力學驗算,即28 m跨徑進行計算。由于樁與臨時蓋梁強度根據設計提供指標完全滿足施工要求,故不進行驗算,本設計著重對縱向骨架及橫向骨架進行驗算。

2.1 中跨單根系梁重量

1)中跨單根系梁重量:

(4×2.5×2-3.4×1.2×1.7+0.2×0.2×3.4×4+0.1×0.1×1.7×4)×2 500×10/4×28=2.4×103kN;

2)單根系梁模板自重:

[(2.5+2+2)×63+(1.2×2+1.7)×3.4×14]×0.02×6=0.1×103kN;

3)單根系梁木骨架重量(0.1 m×0.1 m木骨架、排布間距0.3 m):

重量按模板自重計:0.1×103kN;

4)人員、施工材料附加力:1 kN/m2;

5)振搗荷載附加力:2 kN/m2。

2.2 系梁底部橫向骨架計算(18槽鋼0.3 m間距排布)

2.2.1 荷載及內力計算

單位長度上的荷載設計值為:

q=0.3×(2.4×103+0.1×103×2)/(2.5×28)+0.3×(1+2)=12.1 kN/m;

梁跨中最大彎矩為:Mmax=1/8ql2=0.125×12.1×9=13.62 kN?m。

2.2.2 初選截面W=Mmax/[6W]=13.62/145×103=0.94×10-4m3=94 cm3。根據熱軋普通槽鋼截面特性表,初選用[18a(Wx=141.4 cm3)。

2.2.3 截面驗算

q=0.202 kN/m,梁自重產生的彎矩設計值為:Mc=1/8×0.202×32=0.23 kN?m;

總彎矩值為:Mx=Mmax+Mc=13.85 kN?m;

彎矩正應力值為:

σ=Mx/Wx=13.85/(141.4×10-6)=97.95 MPa＜1.3×145 MPa(臨時結構,取1.3的容許應力增大系數)。

2.2.4 梁的跨中撓度驗算

單位長度上的荷載標準值為:

q=12.1+0.202=12.31 kN/m;

f=5ql4/(384EIx)=5×12.31×103×34/(384×2.1×105×106×1 272.7×10-8)=4.85×10-3m=4.86 mm＜l/400=7.5 mm。

剛度滿足要求。

2.3 貝雷桁架縱向骨架計算

2.3.1 荷載及內力計算

單位長度上的荷載設計值為:

q=[2.4×103+0.1×103×2÷63×28+2.5×28×(1+2)+(28÷0.3+1)×6×20.2×10]÷2÷28=50.25 kN/m。

2.3.2 梁的結構強度驗算

Mmax=1/8ql2=1/8×50.25×282=4 924.5 kN?m;

4排單層貝雷桁架(加強)的允許彎矩:M0=1 687.5×4×0.9=6 075 kN?m;2排雙層貝雷桁架(加強)的允許彎矩:M0=6 750.0 kN?m;5排單層貝雷桁架(加強)的允許彎矩:M0=1 687.5×5×0.9=7 593.75 kN?m;

4排單層貝雷桁架(不加強)強度不符合要求;可采用4排、5排單層貝雷桁架(加強)、2排雙層貝雷桁架(加強)。

2.3.3 梁的跨中撓度驗算(4排單層加強)

彈性模量:E=2.1×105MPa;

慣性矩:Ix=A×h×h/2=(25.48×2×4)×150×150/2=2 293 200 cm4;

f=5ql4/(384EIx)=5×50.25×103×284/(384×2.1×105×106×2 293 200×10-8)=0.084 m＞l/400=0.07 m。

剛度不滿足要求。

2.3.4 梁的跨中撓度驗算(2排雙層)

彈性模量:E=2.1×105MPa;

慣性矩:Ix=A×h×h/2=(25.48×2×4)×300×300/2=9 172 800 cm4;

f=5ql4/(384EIx)=5×50.25×103×284/(384×2.1×105×106×9 172 800×10-8)=0.021 m＜l/400=0.07 m。

剛度滿足要求。

2.3.5 梁的跨中撓度驗算(5排單層加強)

彈性模量:E=2.1×105MPa;

慣性矩:Ix=A×h×h/2=(25.48×2×5)×150×150/2=2 866 500 cm4;

f=5ql4/(384EIx)=5×50.25×103×284/(384×2.1×105×106×2 866 500×10-8)=0.067 m＜l/400=0.07 m。

剛度滿足要求。

根據以上力學計算,施工時確定縱向托架縱向骨架采用5排單層加強貝雷桁架,橫向骨架采用[18槽鋼0.3 m間距。

3 托架施工

實際施工時,對河道邊進行了填筑,實際吊裝距離為35 m。河道邊道路具備吊機施工條件,因而貝雷桁架安裝采取地上一次性拼裝好,再用120 t吊機一次性就位。橫向槽鋼安裝采用吊機吊置貝雷桁架上然后人工進行安裝。在托架上部進行安裝模板時,根據上面的計算撓度值對模板系統進行預留沉降值。同時模板安裝好以后對整體進行了預壓措施,以消除模板、托架之間的非彈性變形量。施工完成后對系梁頂高程進行了測量,數據見表1,根據測量出的數據,系梁頂面高程符合設計標準及規范驗收標準。

表1 系梁頂高程測量對照表 m

4 結語

貝雷桁架在施工中應用比較廣泛,由于其慣性矩比較難以掌握,因而在實際施工時難以計算準確,本項目根據相關經驗資料進行計算,取得了比較滿意的施工效果。

[1] 交通部第一公路工程總公司.橋涵(上、下冊)[M].北京:人民交通出版社,1992.

[2] 周水興,何兆益,鄒毅松.路橋施工計算手冊[M].北京:人民交通出版社,2001.