贵溪市跨皖赣铁路双幅同步转体T构设计

2019-12-12 09:53:33 人民交通 2019年13期

关俊锋

摘要:桥梁转体施工是指将桥跨结构在非设计轴线位置制作成形,待其具有相应承载能力后,借助牵引力转体就位的一种施工方法。贵溪市余信贵大道上跨皖赣线、贵溪疏解线主桥采用双幅同步转体2×70m 预应力砼T型刚构,该工法是对既有铁路运营影响最小的方案,每幅转体重量达14500t。本文介绍该桥的桥型构思及总体布置,转体施工宽幅T型刚构桥主体结构、结构分析要点及转动体系的设计特点。

【关键词】T型刚构;双幅同步转体;构设计;转体系统

1.工程概况

余信贵大道位于鹰潭市境内,道路东起于贵溪大道,西止于月湖大桥引桥桥头,于皖赣线K536+516.40上跨既有皖赣线和贵溪疏解线。既有线均为单线非电气化铁路,国铁Ⅰ级。桥位处皖赣线位于路堤地段,疏解线位于铁路桥路桥结合段,此处地下水位较高,皖赣与疏解线线间距11.4m。道路与铁路斜交,交角为53.4°~54°,相交处道路和铁路平面均位于直线段。

2.方案构思及总体布置

2.1方案构思

上跨铁路桥梁常规的施工方案有顶推法、吊装法、架桥机架设法等,如采用上述几种方案将会对铁路运输产生频繁干扰,若沿铁路两侧预先搭设支架现浇各幅梁体,待形成受力合理的平衡转动体系后,再通过牵引系统将桥梁平转到设计桥位,则转体时间短(约51min),对铁路干扰小,故本桥采用平面转体法施工方案。

2.2总体布置

考虑到桥面较宽,沿道路走向铁路最外侧坡脚间距离约40m,且道路与铁路呈小角度斜交,故主桥采用双幅错孔布设,每幅桥采用2×70m T型刚构,宽23.75m。与被交路斜交时,宽幅桥采用分幅错孔布设,可以有效减小主桥跨度,使主梁梁高減小,从而为满足桥下净空提供更有利的条件。

桥梁立面处于2.5%、-0.6%的坡道及R=8000m的凸曲线上,桥梁轴线与既有铁路斜交,与皖赣线交角为54°,桥下净空≥11.03m;与贵溪疏解线交角为53.4°,桥下净空≥7.71m。

3.主桥结构设计

3.1 上部结构

主桥为两幅2×70m变截面预应力混凝土T构,每幅宽23.75m。主梁为单箱三室箱形截面,根部高7.0m,端部高3.5m,梁底曲线段为二次抛物线,端部直线段长9.4m。箱梁顶宽23.75m,底宽13.55~16.35m;箱梁两侧悬臂板长2.5m,端部厚20cm,根部厚50cm;箱梁顶板厚30cm,中墩顶增厚为60cm;箱梁底板厚30~120cm,靠近根部加厚到180cm;边、中腹板厚度为60~100cm。箱梁顶2%的横坡由其整体刚性旋转而成。箱梁纵向顶板束、腹板束、底板束分别采用15-φs15.24、17-φs15.24、12-φs15.24钢绞线,桥面板不设预应力筋,横梁预应力筋采用15-φs15.24钢绞线;梁体竖向预应力分区段采用JL32精轧螺纹筋。

3.2下部结构

T构中墩与主梁固结,其为矩形空心截面。墩身顶部横桥向与箱梁外腹板斜率相同,桥墩倾斜段与竖直段间采用R=20m的圆曲线过渡,中墩横向边壁厚1.2m、中壁厚1.0m,纵向壁厚均为1.2m,顶底部均设有2m厚的实体段。上承台平面尺寸为12m×12m,高3m,下承台平面尺寸为17.2m×17.2m,高4.5m,下设17根φ2.0m钻孔灌注桩。

4.结构分析

主桥采用midas civil建模计算,并采用桥梁博士V3.6进行校核,按全预应力混凝土构件设计,主要计算过程和结果如下。

4.1荷载

4.1.1车辆及人群荷载。该立交桥上跨铁路,按铁路规范要求汽车荷载按1.3倍城-A荷载采用,人群荷载为3.5kPa。

4.1.2温度作用。整体温度变化分别按升降温25℃考虑,温度梯度按规范取用。

4.1.3收缩徐变。混凝土收缩、徐变引起的次内力按规范进行计算。

4.1.4 不均匀沉降。中墩沉降2.0cm,边墩沉降1.0cm。

4.2施工阶段划分

本桥上部结构分为0号块、6个支架现浇大节段及两个边跨合拢段共计9个节段,本次计算详细考虑各个施工工况,按照施工过程进行建模,施工阶段具体划分如下:1.浇筑中墩及支架现浇0号块;2.张拉0号块顶、腹板钢束;3.支架现浇1号节段梁体;4.张拉1号节段顶、腹板束;5.支架现浇2号节段梁体;6.张拉2号节段顶、腹板束;7. 支架现浇3号节段梁体;8. 张拉3号节段顶、腹板束;9. 施工转体梁段防撞护栏、防抛网,转体就位;10. 支架现浇边跨合拢段;11. 张拉合拢段钢束,安装边支座,完成体系转换;12. 施加二期恒载,成桥。

4.3 主梁验算结果

经验算,主梁施工和成桥各阶段应力、强度、刚度均满足规范要求。

5.转动系统设计

5.1转动系统构造

转体结构由以下几部分组成,依次为下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统。

(1)下转盘

下转盘上设置有下球铰、撑脚环形滑道及千斤顶牵引反力座等。转体下盘平面尺寸须满足布设转体系统各构件的空间要求,尤其是转体施工期间上盘承台与牵引反力座间须不存在位置冲突。转体下盘厚度由转体及成桥阶段抗剪、抗冲切及抗弯承载力验算确定,其中上下盘封铰前的下盘抗冲切验算时,应将球铰等效为边长0.8d的矩形截面(其中d为球铰直径)。

(2)球铰制作与组装

本桥采用的球铰直径为4m,由厚度45mm的上下两片钢球板组成。球铰是转体施工的核心,制作及组装精度要求很高。钢球铰预先在工厂制作,再运输到现场进行组装。

①球铰验算。上下盘均采用C50砼,单幅转体结构总重为145000KN,球铰直径4.0m,偏压效应系数K=1.4,则球铰砼的计算压应力为:σ=KP/(ΠD2/4)=16.5MPa<0.5Rab=17.5 MPa,满足承载力要求。

②滑片验算。单幅桥转体球铰上下面间共设置有聚四氟乙烯滑片906片,经验算,滑片承受的应力σ=74.8 MPa<[σ]=100 MPa,满足承载力要求。

③球铰安装。在浇筑混凝土前,下球铰须精确定位安装,待下球铰砼浇筑后,在下盘预埋套筒内放入φ270mm钢棒,再安装下球铰聚四氟乙烯滑动片,经检查合格后将黄油聚四氟乙烯粉均匀涂抹充满于上下滑动片之间,涂抹完成后应避免球铰中掉入杂物,并立即进行上球铰安装,安装完成后在上下球铰结合面外侧四周用缠绕胶带进行密封,确保球铰摩擦部无泥砂或杂物进入。

(3)转体撑脚与滑道

为保证转体施工时结构能平稳,在上转盘底部设置撑脚。为使转体过程中撑脚受力合理,8个撑脚对称于桥梁纵轴线布置。在下转盘顶面对应于撑脚的位置布设宽度为130cm的钢板滑道,其中心线直径为1000cm,转体时撑脚在滑道内滑动,使转体结构保持平稳。安装滑道时,要求其在一个水平面内,各部高差不大于2mm。

(4)体上盘

本桥上转盘平面尺寸为1200×1200cm,高220cm,转盘内布设有三向预应力筋。转台直径1100cm,高80cm,内部预埋转体牵引索,牵引索外露部分圆顺地缠绕在转盘周围,互不干扰地搁置于预埋钢筋上,并作好保护,防止施工过程中钢绞线损伤或严重生锈。

(5)转动牵引力计算

根据以往工程经验,本桥上下球铰间润滑材料采用黄油聚四氟乙烯粉和聚四氟乙烯滑动片,静、动摩擦系数分别为0.1、0.06,牵引力的計算过程如下:

转体牵引力计算公式为T=2/3×(R·W·μ)/D式中R—球铰平面半径,R=2m D—转台直径,D=11m经计算,启动时所需最大牵引力为1757.6KN,转动过程中所需牵引力为1054.5KN。

5.2转体施工主要流程

(1)施作铁路两侧主桥中墩桩基及基坑围护结构,开挖基坑,浇筑主墩下转盘,与此同时施工转体影响范围以外的过渡墩及引桥桥墩。

(2)待下转盘砼养护达设计强度后,在其上方安装球铰及滑道,之后浇筑主墩上盘及墩身,平行于铁路方向搭设满堂支架并预压。

(3)逐节段支架现浇主梁,待相应节段砼龄期、弹性模量及强度达到设计要求后,张拉相应阶段预应力钢束,形成64.5m+64.5mT型刚构,拆除满堂支架。

(4)转体前对结构进行称重,实测重心位置,发现偏心时进行配重,使转体结构重心基本与球铰中心在平面上重合。之后通过试转,测定球铰摩阻系数等。

(5)向铁路管理部门申请,确定转体施工的封锁时间,在该作业时间内进行两幅桥同步转体。

(6)转体完成,安装临时墩并与转体梁段临时锁定。

(7)在交接墩台与临时支墩间设托架(或搭支架),进行现浇段施工,张拉其余纵横竖向预应力筋。

(8)施工桥面系,成桥后进行荷载试验,验收合格后运营通车。

6.结束语

贵溪市余信贵大道跨皖赣线、贵溪疏解线铁路桥采用转体法施工2×70m T型刚构方案,较好地结合了桥位处场地条件及交通状况,桥梁施工期间对铁路运营影响较小。本桥结构尺寸基本合理,经验算满足施工及运营阶段承载能力及正常使用要求,本桥的实施可为同类型桥梁的设计施工提供一定的借鉴。

【参考文献】

[1]王立中.转体施工的公路T型刚构桥梁转动结构设计[J].铁道工程学报,2006(09):41-43.

[2]韩旭华.桥梁转体施工技术探讨[J].山西建筑,2018,44(21):151-152.