广州地铁4号线节段拼装梁设计_申兆繁

2 广州地铁 4 号线节段拼装梁结构设计
211 跨度种类 广州地铁 4 号线高架区间的标准桥式为简支梁
桥 ,主型跨度为 30、25 m ,辅助跨度有 3215、2715、2215 m ,另外为了跨越个别较大路口 ,还设计了 4119、40 m 的跨度 ,笔者以 30 m 跨度为例 。介绍节段拼装梁的 设计 。
申兆繁 —广州地铁 4号线节段拼装梁设计
·桥 梁 ·
种是在满足特定的条件下 ,按构造设置剪力键 ,后者无 需额外验算接缝的承载能力 。广州地铁 4号线梁体节 段间的剪力键设置采取第二种方式 。采用这种方式应 满足以下特定条件 :
(1)剪力键设在传递剪力的控制部位 (如箱梁截 面的腹板 ) ,并形成均匀的齿槽 ;
在国内 ,宝成铁路曾在个别桥上试验性地首次运 用了节段拼装技术 ,但限于国内制造装备水平和缺乏 精确测量控制系统 ,镶合预制节段拼装技术在我国一
直没有得到发展和推广 。直到近年来 ,随着宜昌夷陵 长江大桥 、澳门澳 三桥 、港深西部通道深圳湾大桥 、 江苏苏通长江大桥 、上海沪闵高架桥及广州地铁 4 号 线高架区间等一批节段拼装技术桥梁的建设 ,节段拼 装技术才在我国桥梁界迅速推广开来 ,并已经达到一 定的水平 。广州地铁 4号线是我国在城市轨道交通领 域第一次采用节段拼装技术来建造的城市轨道交通 线 , 4号线节段拼装桥梁总里程为 1416 km ,如此大规 模运用节段拼装技术在我国桥梁界尚属首次 。
广州地铁 4号线节段预制线形控制采用短线法 。 312 短线法节段预制线形控制的理论六点坐标计算
短线法节段预制线形控制是通过每次调整匹配梁 段的空间位置来保证梁体的设计线形 ,此控制包括两 方面 :匹配梁段理论安装位置和每次制造误差的补偿 修正 。假设梁体的设计线形为整体坐标系 ,即将浇筑 的相邻节段为局部坐标系 ,这就需要进行一定的坐标 转换来确定匹配梁段的理论安装位置 ,实现坐标转换 的基础是梁体节段的理论六点坐标的计算 。下面结合 广州地铁 4号线简述理论六点坐标及其计算 。
短线法是在同一地方用固定的模板将所有节段预 制出来 。该方法将梁体分割为若干节段 ,预制从第 1 个节段开始 ,第 1个节段是在固定端模和活动端模之 间浇筑的 ,这个节段通常被称为起始节段 ,然后将该节 段前移作为匹配梁段 (充当活动端模 )进行第 2 节段 浇筑 ,这样能保证相邻节段之间的剪力键完全匹配 。 重复这个过程 ,将第 i节段前移进行第 i + 1节段浇筑 , 直到所有节段预制完毕 。短线法的主要优点是所需场 地较小 ,模板和浇筑设备都是固定的 ,桥梁的线形是通 过调整匹配梁段的相对位置来实现的 ,适应性较好 。
临时预应力通过临时张拉台座来传力 ,临时张拉 台座的设置方式有多种 ,广州地铁 4 号线采用以下两 种形式 :在顶板上设置钢台座 ,通过临时锚栓与顶板结 合 ;在底板内侧设置与底板结合为一体的钢筋混凝土 台座 。
无论采用哪种方式 ,都应当保证临时张拉台座具 有足够的承载力和安全性 。
3 节段拼装梁的节段预制线形控制设计
( 2 )剪力键在腹板厚度方向的长度及在腹板竖向 分布的高度均不小于相应方向腹板尺度的 3 /4;
(3)剪力键键高至少达 30 mm ,键高与键宽的比例 约为 1∶2。
上述条件 ,可用图 2来表达 。
图 2 按构造设置剪力键的条件
广州地铁 4号线箱梁剪力键的键高 35 mm,键底宽 100 mm ,键顶宽 50 mm ,为了便于拼装对位 ,在顶板和底 板上也设置了部分剪力键 ,典型的剪力键布置见图 3。 215 预应力设计
铁道标准设计 RA ILWA Y S TANDARD D ES IGN 20 08 ( 8 )
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·桥 梁 ·
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地咬合 ,在镶合面涂抹环氧树脂后 ,要在相邻两节段上 张拉临时预应力束 ,使镶合面承受 012 M Pa左右的轴 心压应力 ,直至梁体永久预应力张拉完毕后 ,方可拆除 临时预应力束 。
τ c
≤1106
f3c
/2 t
= 5173
σtp ≤fct = 3108
σ cp
≤0160
fc
= 21190
计算结果
K = 212
Kf = 112
σ con
=1
283σBiblioteka = 1 14415σ p
= 1 11118
Δσp = 2316
σ c
= 1717
无拉应力
σc = 717 无拉应力
τc = 215
(2)确定梁体节段上 6个控制点 (简称六点 )的位 置 ,取出梁体的一个节段 ,见图 6。
图 6 梁体节段上 6 个控制点的位置
节段 的前端面与节段顶面形成一条交线 ,这条交 线与节段轴线的交点定义为 M 点 , 而与腹板轴线的交 点分别定义为 L 点和 R 点 。同样也可以在后端面 (即 相邻节段的前端面 )与节段顶面的交线上定义出 M 、 L、R 点来 ,为了便于区分 , 把前端面上的 M 、L、R 点记 作 FM 、FL、FR 点 , 把后端面上的 M 、L、R 点记作 BM 、 BL、B R 点 。这样 , FL、FM 、FR、BL、BM 、B R 点就称为节 段的六点 ,其在整体坐标系中的位置就叫做节段的六 点坐标 。由于上述六点都处于交线上 , 在节段预制过 程中的实际测量时无法设置测点 , 也就无法通过测量 这 6个点来控制梁体线形 , 所以上述六点坐标又叫做 理论六点坐标 。但梁体各个节段的理论六点坐标却决 定了梁体的理论空间位置以及相邻节段间的理论相对 位置 ,这正是实现坐标转换的基础 。
311 节段预制线形控制方法 节段拼装梁的节段预制线形控制有两种方法 :长
线法和短线法 。 在长线法中 ,所有节段按照各自的正确相对位置
在台座上浇筑 ,台座应考虑包括预拱度在内的线形 ,模 板沿着台座移动 。长线法的主要优点是桥梁的几何线 形容易布置和控制 ,其主要缺点一是需要有较大的场 地 、二是当桥梁线形发生较大变化时台座就需要重新 制作 ,适应性较差 。
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
项 目 设计安全系数
预应力钢绞线应力 /M Pa
混凝土应力 /M Pa
表 1 30 m 预应力混凝土梁主要计算结果
检算条件 强度安全系数 抗裂安全系数 预加应力时锚下钢绞线控制应力 传力锚固时钢绞线控制应力 运营荷载下钢绞线应力 疲劳荷载下钢绞线应力幅 传力锚固时混凝土压应力 传力锚固时混凝土拉应力 运营荷载下混凝土压应力 运营荷载下混凝土拉应力 运营荷载下混凝土最大剪应力 抗裂荷载下混凝土主拉应力 抗裂荷载下混凝土主压应力
1 节段拼装技术回顾
所谓节段拼装技术是指镶合预制技术 ,节段之间 的剪力是通过镶合的剪力键来传递的 。这种技术在 1952年由弗莱西奈公司首次使用在纽约谢尔登附近 的一座桥梁上 , 10年后的 1962年 ,让 ·米勒尔设计的 巴黎南部塞纳河的舒瓦齐勒罗瓦大桥优化并改进了这 种技术 ,并将此推广到世界各地 。
30 m 跨度的梁长 2919 m ,梁体计算支点距 2818 m ,梁端到支点的距离为 0155 m ,梁缝宽 011 m。 212 截面型式
梁体截面型式为斜腹板单箱单室箱梁 ,梁高 117 m ,顶板宽 913 m ,底板宽 410 m ,腹板斜度为 1∶4,顶板 、 腹板 、底板向箱体内侧局部加厚 ,梁端不设横隔板 。 213 节段分割
收稿日期 : 2008205204 作者简介 :申兆繁 ( 1970—) ,男 ,高级工程师 , 1993 年毕业于长沙铁道 学院铁道工程专业 ,工学学士 。
214 剪力键设计 通常剪力键的设计方式有两种 ,第一种是通过具
体的计算 ,按需设置剪力键的个数及其具体尺寸 ;第二
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铁道标准设计 RA ILWA Y S TANDARD D ES IGN 20 08 ( 8 )
σtp = 113
σ cp
= 815
216 横向配筋设计 节段拼装技术的施工工序决定了节段拼装梁横向
配筋设计有其特殊性 ,体现在 : (1)每个节段都要经过数次起吊 ; (2)在节段存放场一般都多层存放 ; (3)节段在拼装架桥机上被临时支撑 ; (4)梁跨可能被临时支座所支撑 ;
(5)拼装架桥机支腿落脚 。 在上述各种横向力工况作用下 ,横向配筋设计应 满足节段 或 梁 体 均 不 能 出 现 超 限 的 裂 缝 或 过 大 的 变形 。 217 适应节段拼装技术的临时结构设计 节段拼装技术的施工工序还影响着节段拼装梁的 临时结构的设计 。为了镶合面得到良好的填充和紧密
为了便于制造 、吊装 、运 输 , 梁 体节 段标 准长 为 215 m , 30 m 梁的节段组成为 2145 m + 10 ×2150 m + 2145 m ,单个节段最大吊重 420 kN。
广州地铁 4号线 30 m 节段拼装梁尺寸见图 1。
图 1 30 m 节段拼装梁尺寸 (单位 : mm )
在满足相关规范要求的前提下 ,广州地铁 4 号线 梁体预应力设计还考虑了以下几个控制因素 。
图 3 剪力键布置
( 1 )预应力度的考虑 节段拼装梁由于镶合接缝的存在 ,若镶合面处理 得不够完善 ,使水 、气等能通过微小裂缝进入梁体而导 致腐蚀 。因此保持在各种荷载工况下梁体各部位处于 受压状态 ,即预应力度 λ > 1,有利于提高梁体的耐久 性 。根据国外经验 ,节段拼装梁在运营荷载作用下截 面受拉侧翼缘宜保持 ≥110 M Pa的压应力 。 ( 2 )镶合面抗拉裂能力的考虑 根据相关规范的规定 ,对于受弯构件 ,在计算其抗 裂性时可以考虑混凝土的抗拉能力 ,但鉴于节段拼装 技术在我国运用尚少 、经验欠缺 ,更没有进行过系统研 究 ,因此广州地铁 4号线节段拼装梁设计不考虑混凝 土的抗拉能力 ,这种做法是偏于安全的 。 ( 3 )梁体后期徐变拱度的考虑 城市轨道交通线路几乎都采用无碴轨道 ,一旦轨 道安装完成 ,轨道竖向的可调量一般都小于 10 mm ,这 就要求梁体的后期徐变拱度 4 ≤10 mm ,考虑到混凝 土梁体徐变拱度的离散性 , 4 号线节段拼装梁后期徐 变拱度理论控制值为 ≤7 mm。 考虑上述控制因素 ,并满足规范要求 , 4号线 30 m 预应力混凝土梁的主要计算结果见表 1。