钢箱梁顶推箱型导梁
设计
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与施工
工程技术oEngineering[echnology
钢箱梁顶推箱型导梁
设计与施工文/庞建国
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公路行车的干扰,设计推荐采取顶推法 架设钢箱梁.顶推施工技术发展的过程 中,为了提高顶推桥梁跨越能力,采用 了多种措施,其中对导梁进行优化设 计是重要的措施之一.导粱设置在主梁 的前端,目的是减少主梁的最大悬臂长 度,从而减小主梁前端在顶推施工过程 中的内力兼作导向作用.
顶推施工过程中,导梁的长度,
刚度和单位长度的重量等参数对于主梁 的受力都有着很大的影响.通过适当地 选择导梁的各个参数的数值,能够有效 地减小主梁的施工内力,从而提高安全 性,节约材料,降低施工成本.
工程概况
该上跨立交桥钢箱梁主梁采用30米 +35米+35米+30米四跨一联,上跨双 向8车道沪宁高速公路.桥跨位于平纵 线形的空间曲线上,平曲线半径为160 米,竖曲线半径为3119.072米.桥梁左 侧纵坡1.63%,右侧纵坡,3.5%.中部 梁高1.70米,底板宽8.05米,顶板宽l2
米,顶面设置单向6%横坡.箱梁总重 725吨,每延米重5.577吨.设计单位推 荐采用顶推法进行架设.
钢箱梁由专业厂家将主梁分段在厂 内制作,然后运输至工地分段拼装,焊 接,由北向南顶推架设上跨沪宁节段, 最后完成边跨节段的吊装和焊接.钢 箱梁厂内制作分段分块图见图1—1,图 l一2
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方案
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钢箱梁顶推施工步骤如下:准确施 工临时支墩,在临时支墩顶安装顶推滑 道,按照施工控制标高调整滑道高程; 吊装并拼焊钢箱梁H8,H3分段,调整 标高,线形,除锈,补涂装;顶推钢箱 梁H8,H3梁段前移,导梁依次上31# 墩,3i—l?#墩,直至设计位置;吊装并 拼焊最后H1,H2,H8,H9分段.
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在顶推施工工艺中,导梁起着非 常重要的作用.首先可以显着地减少临 时墩的数量,从而减少了顶推工艺的成 本;其次能够大大地增加临时墩之间的 跨度,是保证临时墩之间满足通航通车 净宽
要求
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的有效措施;而且通过导梁辅 助钢箱梁上临时墩,可大大减少顶推过 程中钢箱梁的局部应力,是防止钢箱梁 在顶推过程中产生变形的有效措施. 顶推导梁一般采用桁梁结构单独 设置,优点是自重较轻,钢材用量少. 也有设计成钢板梁,钢板梁之间采用钢 桁架连成整体,通过预埋精轧螺纹钢筋 与箱梁腹板相连,优点是刚度大,可承 受较大弯矩,适用于较大跨径的顶推桥 梁.但这两种
方法
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,都要经过导梁制作 运输,导梁与主梁连接,拆除等工序,
增加了技术风险和不安全因素,而且使 用后往往废弃,施工投入成本大. 该桥设计文件中,为制造和运输, 安装方便,允许将钢箱梁节段进行若干 纵横向划分.因此,考虑在梁体进行节 段划分后,将顶推前进方向前端两侧边 腹块通过连杆临时连接成整体钢构件, 达到顶推导梁的使用功能.
钢箱梁块体划分按照横向划分为五 块:翼缘板各l块,边腹板2块,中腹板 l块.导梁设计方案:根据节段划分原 则,取边跨1个节段的两边腹块作为导 梁,截取梁段轴线长度为14.995米;为 增加作为导梁的两块边腹块各自的整体 稳定性,在每块边腹块的内侧纵向通长 用10毫米钢板加强,该钢板与边腹块的 顶板,底板和横隔板焊接,且对应于主 结构竖向加劲肋位置,加强钢板也需增 加一道竖向加劲肋.顶推施工结束后, 将通长加强钢板中间挖空(横隔板及竖 向加劲肋之间,四周保留30至50毫米作 为永久加劲)在每道横隔板上下用lO 号角钢连接成整体,相应位置用10号角 钢设置剪刀撑,增加梁腹板的整体稳 定性;腹板与主梁进行焊接,横跨该焊 缝用4道2米长I20工字钢进行纵向焊接 加强(分别位于块体接缝处两侧各1000 米),顶部横向设置一道通长14-D槽 钢;梁体前端两侧各焊接1200毫米长40
槽钢,槽钢伸出1000毫米,槽钢下缘高 出梁底下缘450毫米,形成台阶状,便 于引导主梁上墩,并控制梁端下挠;为 便于前端上墩平面线性控制,用长250 毫米长两节14号槽钢做成楔形状,端部 与梁体腹板边缘距离120毫米,两侧对 称焊接在腹板底部,中间用I20工字钢 横向连接.
钢箱梁顶推到位落梁后,拆除上 述导梁设计方案中相关临时设施,其中 第边腹块纵向加强钢板割除中间部分 (类似人洞),四周保留30至50毫米作 为永久加劲,对梁体永久结构无影响; 其他临时设施因与梁体永久结构接触面 较小,拆除后经
表
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面处理用超声波和射 线检测,结果表明对梁体永久结构无损 伤,不影响永久结构的正常使用. .
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图3,1等梁设计图
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图3r2导梁顶部潮结构图
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阁3—3导梁端部结构图
采用此种方式设计的导梁,导梁长 度为设计顶推跨径的56%,导梁每延米 的重量为2.78吨每米,最不利工况下导
梁的应力和梁体的应力计算如下. 模型如下:梁长取95米,悬臂全长 取27米,其中导梁长取15米,箱梁长度 取12米,尾部悬臂长度取3米,支架上 梁长取65米.此状态为钢箱梁顶推到接 近上墩状况.(图3-4)
主应力验算结果如下:悬臂状态 梁体最大应力为53兆帕,导梁接触部分 最大应力为23.5兆帕,均小于允许应力 200兆帕.(图3—5)
剪应力验算结果如下:悬臂状态最 大剪应力为21兆帕,导梁接触部分最大 应力为12.3兆帕,均小于允许应力120 兆帕.(图3—6)
变形验算如下图,悬臂端部最大 变形达7.3厘米,为最大悬臂跨径的 1/370.(图3—7)
应力验算
最大悬臂状态为最不利工况,采用 ANSYS空间有限元软件,钢板采用板 壳单元,对平面计算结果进行验证,梁 长取95米,悬臂全长取27米,其中导梁 责任编辑:王超美术编辑:王婷婷 长取15米,箱梁长度取12米,尾部悬臂 长度取7米,支架上梁长取50米.此状 态为钢箱梁顶推到31号墩前未上墩. 计算结构:梁端竖向变形为8.2厘 米,梁端横向最大变形为1.86厘米,最 不利截面应力49.96Og,fg~,与前面分析
结果接近.最不利工况下梁体应力满足 规范要求.
根据设计图对梁段的腹板块体进行 加固,严格按照钢箱梁制作工艺进行焊 接,很好的避免了桁架式导梁焊接变形 大的缺点.导梁前端焊接的40槽钢解决 了梁体悬臂下挠的高程控制;底部焊接 的楔形槽钢,有效解决了顶推过程平面 控制;达到了导梁的使用功能.由此节省 新加工制作导梁费用28万元,创造了良好 的经济价值.2010年1月,某钢箱梁顶推 施工顺利完成.施工过程的监测结果表 明,导梁及钢箱梁各部位变形和应力符 合预测,始终处于良好受控范围. 巧妙利用腹板块体制作成简易导 梁,结构合理,安全可靠,适用性
强.通过南京某钢箱梁顶推施工实 践,取得了良好的使用价值和经济价 值,为同类桥梁顶推导梁设计提供了 重要的参考.跖
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