以折代曲鋼棧橋轉(zhuǎn)角設(shè)計及施工技術(shù)

黃凱科，王樹華，朱俊穎

(1.廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200；2.廣西欣港交通投資有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

鋼棧橋作為一種重要施工通道，是為工程建設(shè)服務(wù)的一種大型臨時結(jié)構(gòu)，尤其在跨江、跨河、跨深溝甚至是跨海大型橋梁的建設(shè)中，其可以打通項目縱向運輸、完成施工作業(yè)，是一項有效及常用的工程措施[1]。

對于跨海大橋來說，在建設(shè)過程中需要面臨施工環(huán)境惡劣及施工技術(shù)復(fù)雜等問題[2]。龍門大橋東引橋全長2.704 km，為50 m、80 m跨徑組合的梁式橋。工程施工時，為保證施工物資運輸暢通及保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，在橋位有水及灘涂地區(qū)，沿線路方向修建鋼棧橋跨越[3]。由于引橋線路彎曲，沿線分散海島群，路線存在多處轉(zhuǎn)角，各轉(zhuǎn)角彎曲的角度也不盡相同，且未有對該類型鋼棧橋的相關(guān)研究和報道。基于此，應(yīng)對不同范圍的鋼棧橋轉(zhuǎn)角進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1 工程概況

龍門大橋工程是國道G228丹東至東興廣西濱海公路建設(shè)的控制性工程，路線起點位于欽州市龍門港鎮(zhèn)西村淡水龍水庫附近，接濱海公路龍門大橋西引道工程，跨越茅尾海，終點接益民街與揚帆大道交匯處[4]。龍門大橋總長7.637 28 km，為雙向六車道一級公路，主橋為主跨1 098 m單跨吊懸索橋，引橋采用50 m、80 m橋跨組合預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁方案，其中東引橋全長2.704 km，橋?qū)?3 m。

工程施工時，為保證施工物資運輸暢通及保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，在橋位有水區(qū)及沼澤地區(qū)，沿線路方向修建鋼棧橋跨越。沿線鋼棧橋線路布置如圖1所示。

圖1 鋼棧橋沿線布置圖

2 曲線鋼棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 曲線鋼棧橋轉(zhuǎn)角裝置

通過對鋼棧橋分類進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在保證施工安全的前提下，對寬度<1 m和≥1 m的鋼棧橋曲線轉(zhuǎn)角進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于<1 m寬的鋼棧橋曲線轉(zhuǎn)角，通過設(shè)置工字鋼在兩片陰陽接頭處，并通過銷接連接；對于寬度≥1 m的鋼棧橋曲線轉(zhuǎn)角，通過在下部鋼管樁樁頂橫梁上搭設(shè)門式型鋼支撐，使結(jié)構(gòu)連成整體。如圖2所示。

圖2 寬度≥1 m的鋼棧橋轉(zhuǎn)角裝置示例圖

2.2 結(jié)構(gòu)計算分析

2.2.1 結(jié)構(gòu)建模

上部縱向和橫向工字鋼均采用剛性連接，最下部采用固結(jié)。即對樁頂橫梁第一個點約束Dx、Dy、Dz、Ry、Rz，第二個點約束Dx、Dz、Ry、Rz。

2.2.2 結(jié)構(gòu)荷載

鋼棧橋承受自身結(jié)構(gòu)重力、12 m3混凝土罐車荷載、50 t汽車運輸荷載、113 t旋挖鉆荷載和135 t履帶吊荷載的組合荷載，經(jīng)過比對，12 m3混凝土罐車荷載為最不利荷載。參考大運風(fēng)馳混凝土罐車荷載的尺寸布置，混凝土罐車自重為155.8 kN，混凝土容重按照25 kN/m3計算，罐車滿載混凝土?xí)r，整車重量為455.8 kN。采用Midas Civil軟件計算時，滿載罐車按總重480 kN進(jìn)行計算。罐車單輪寬度為30 cm[6]，單輪接地長度為36.7 cm。12 m3混凝土罐車尺寸及前后輪荷載布置如圖3和表1所示。

圖3 混凝土罐車尺寸示意圖(mm)

表1 罐車荷載作用參數(shù)表

2.2.3 計算結(jié)果

2.2.3.1 應(yīng)力

(1)最大正應(yīng)力

表2 構(gòu)件應(yīng)力值表(MPa)

通過對鋼棧橋伸縮縫應(yīng)力進(jìn)行計算(見表2)，結(jié)構(gòu)最大正應(yīng)力為47.2 MPa，位于貝雷片豎桿處，較允許值145 MPa有一定的安全富余，能確保施工安全。

(2)最大剪應(yīng)力

表3 構(gòu)件應(yīng)力值表(MPa)

如表3所示，通過對鋼棧橋結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力進(jìn)行計算，結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)力為28.9 MPa，位于貝雷片豎桿處，較允許值85 MPa有一定的安全富余，能確保施工安全。

2.2.3.2 位移

組合荷載下的結(jié)構(gòu)位移分析結(jié)果如表4所示。

鋼棧橋最大撓度為1 mm，較位移限值L/400=2 000/400=5 mm有較大安全富余，能確保施工安全。

通過對罐車荷載工況下的應(yīng)力、位移進(jìn)行分析表明，結(jié)構(gòu)總體安全。

表4 鋼棧橋的豎向位移值表(mm)

3 曲線鋼棧橋轉(zhuǎn)角施工

對于寬度≥1 m的鋼棧橋轉(zhuǎn)角情況，先將兩端頭的貝雷片搭設(shè)于中間的板凳墩上，然后將加工好的不同長度門型型鋼鋼架放置于相鄰兩片貝雷片的中間位置，再進(jìn)行上部橋面系的安裝。

鋼棧橋貫通后，在每聯(lián)鋼棧橋的轉(zhuǎn)角鋼管處及鋼棧橋橋面轉(zhuǎn)角處設(shè)置觀測點，每周對整個鋼棧橋的轉(zhuǎn)角進(jìn)行位移監(jiān)測。鋼棧橋運作約兩年時間內(nèi)，在測量誤差內(nèi)幾乎無變形，滿足規(guī)范要求的剛度要求，且計算及實際使用中具有一定的安全富余。

4 結(jié)語

鋼棧橋轉(zhuǎn)角處結(jié)構(gòu)是曲線鋼棧橋運行穩(wěn)定的關(guān)鍵。本文以龍門大橋東引橋項目為工程依托，對東引橋曲線鋼棧橋進(jìn)行研究，研發(fā)了鋼棧橋轉(zhuǎn)角裝置，并對其結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計和施工進(jìn)行介紹，對龍門大橋鋼棧橋便道提供安全保障，為后續(xù)海上曲線鋼棧橋設(shè)計施工提供借鑒。