獐山港大桥施工托架的设计与施工

林姚志栋

1 工程概况

獐山港大桥工程位于杭州市余杭区仁和镇,桥梁为下承式混凝土系杆拱桥,设计荷载城—A,人群荷载:按 CJJ 77-98城市桥梁设计荷载标准取值,桥面宽29.5 m,桥全长221 m,主跨采用跨径为68 m的钢管混凝土系杆拱。因主桥梁横跨獐山港,不能断航施工,故主桥施工时需搭设临时施工托架,托架在整个主桥工程施工过程中是最关键的一步,必须确保托架的稳定。考虑到先浇筑端横梁,部分系梁在浇筑端横梁时已经浇筑,扣除端横梁浇筑段长度(2.5 m×2),临时托架需要承重系梁长度为63 m。

2 托架设计

根据实际河道情况,在中间设置支墩,支墩跨径为(17+28+18)m。纵向临时托架采用300型贝雷桁架,横向托架采用@18槽钢,纵向托架架设在桩柱上。托架结构具体详见图1,图2。

鉴于边跨长度小于中跨,因而以下设计着重对中跨进行力学验算,即28 m跨径进行计算。由于桩与临时盖梁强度根据设计提供指标完全满足施工要求,故不进行验算,本设计着重对纵向骨架及横向骨架进行验算。

2.1 中跨单根系梁重量

1)中跨单根系梁重量:

(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)单根系梁模板自重:

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

3)单根系梁木骨架重量(0.1 m×0.1 m木骨架、排布间距0.3 m):

重量按模板自重计:0.1×103kN;

4)人员、施工材料附加力:1 kN/m2;

5)振捣荷载附加力:2 kN/m2。

2.2 系梁底部横向骨架计算(18槽钢0.3 m间距排布)

2.2.1 荷载及内力计算

单位长度上的荷载设计值为:

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

梁跨中最大弯矩为:Mmax=1/8ql2=0.125×12.1×9=13.62 kN◦m。

2.2.2 初选截面W=Mmax/[6W]=13.62/145×103=0.94×10-4m3=94 cm3。根据热轧普通槽钢截面特性表,初选用[18a(Wx=141.4 cm3)。

2.2.3 截面验算

q=0.202 kN/m,梁自重产生的弯矩设计值为:Mc=1/8×0.202×32=0.23 kN◦m;

总弯矩值为:Mx=Mmax+Mc=13.85 kN◦m;

弯矩正应力值为:

σ=Mx/Wx=13.85/(141.4×10-6)=97.95 MPa＜1.3×145 MPa(临时结构,取1.3的容许应力增大系数)。

2.2.4 梁的跨中挠度验算

单位长度上的荷载标准值为:

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。

刚度满足要求。

2.3 贝雷桁架纵向骨架计算

2.3.1 荷载及内力计算

单位长度上的荷载设计值为:

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 梁的结构强度验算

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

4排单层贝雷桁架(加强)的允许弯矩:M0=1 687.5×4×0.9=6 075 kN◦m;2排双层贝雷桁架(加强)的允许弯矩:M0=6 750.0 kN◦m;5排单层贝雷桁架(加强)的允许弯矩:M0=1 687.5×5×0.9=7 593.75 kN◦m;

4排单层贝雷桁架(不加强)强度不符合要求;可采用4排、5排单层贝雷桁架(加强)、2排双层贝雷桁架(加强)。

2.3.3 梁的跨中挠度验算(4排单层加强)

弹性模量:E=2.1×105MPa;

惯性矩: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。

刚度不满足要求。

2.3.4 梁的跨中挠度验算(2排双层)

弹性模量:E=2.1×105MPa;

惯性矩: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。

刚度满足要求。

2.3.5 梁的跨中挠度验算(5排单层加强)

弹性模量:E=2.1×105MPa;

惯性矩: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。

刚度满足要求。

根据以上力学计算,施工时确定纵向托架纵向骨架采用5排单层加强贝雷桁架,横向骨架采用[18槽钢0.3 m间距。

3 托架施工

实际施工时,对河道边进行了填筑,实际吊装距离为35 m。河道边道路具备吊机施工条件,因而贝雷桁架安装采取地上一次性拼装好,再用120 t吊机一次性就位。横向槽钢安装采用吊机吊置贝雷桁架上然后人工进行安装。在托架上部进行安装模板时,根据上面的计算挠度值对模板系统进行预留沉降值。同时模板安装好以后对整体进行了预压措施,以消除模板、托架之间的非弹性变形量。施工完成后对系梁顶高程进行了测量,数据见表1,根据测量出的数据,系梁顶面高程符合设计标准及规范验收标准。

表1 系梁顶高程测量对照表 m

4 结语

贝雷桁架在施工中应用比较广泛,由于其惯性矩比较难以掌握,因而在实际施工时难以计算准确,本项目根据相关经验资料进行计算,取得了比较满意的施工效果。

[1] 交通部第一公路工程总公司.桥涵(上、下册)[M].北京:人民交通出版社,1992.

[2] 周水兴,何兆益,邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2001.