复杂竖曲线钢箱梁顶推施工的研究
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复杂竖曲线钢箱梁顶推施工的研究
摘要:近年来随着基础设施建设的蓬勃发展,各种跨线钢箱梁桥梁越来越多,为保障桥下交通的正常畅通,以及施工的安全,要求顶推安装施工的桥梁也越来越多。但有些跨线桥为小型桥梁,平曲线与竖曲线较为复杂,顶推施工存在较大的难度,且由于目前没有系统的对钢箱梁桥梁顶推施工进行分析,因而没有现成的经验可以借鉴,需要施工过程中不断探索与思考。
关键词:复杂竖曲线钢箱梁顶推研究
前言
顶推安装施工,作为桥梁施工的一种方法,被广泛的应用桥梁安装上,顶推安装具有以下优点:
1、顶推设备轻型简便,不需要大型吊运工具,且适合特殊场地施工,如水浅浮吊不能进入的河流,山谷。
2、对桥下地基和净空无要求,不影响通车或通航,不需要中断道路交通。
3、顶推材料多为钢管钢材,可重复利用。
4、工作条件好,劳动强度不高。且跨数越多,经济性更好。
但是,顶推施工虽然源于钢桥安装(拖拉法),但实际多施工于混凝土桥安装,钢桥应用较少,对于钢桥顶推过程中的受力情况,以及设计箱梁平曲线、纵曲线以及的截面形式跟顶推施工结合也很少,即什么样的桥梁才适合顶推,设计方面没有明确的界定。
近两年,我们在武荆高速东西湖枢纽互通与新沟互通进行了7座桥梁的顶推安装,各种曲线的桥型都有,顶推施工遇到不少的困难,也积累了一些成功经验。下面就结合武荆高速AK0+217.030新沟互通A匝道1号桥谈下带竖曲线桥梁的顶推施工。
一、工程简介
武荆高速AK0+217.030新沟互通A匝道1号桥为武荆高速跨越107国道主干线的跨线桥,桥梁分左右幅,两幅结构形式一致:主梁为三跨连续钢箱梁,钢箱梁跨径为35+50+35,全桥长120米,架设于A 匝道5#~8#混凝土墩柱。
主梁横断面为单箱单室结构,“T”型截面,中部梁高1850mm、下宽6040mm,上部两侧各设1620mm宽挑臂,上部总宽9240mm。钢箱梁每延米重4.5吨。
该桥平面位于R=300米圆曲线上,纵面位于R=1600米,T=54米的凸型竖
曲线上,纵坡为3%变为-3.75%,变坡点位于107国道道路中心,即为桥梁的中心位置。桥梁断面图入如下
钢箱梁需要跨越107国道,107国道交通流量大,不能断交施工,另外路西有条小河,河堤布有通信光缆,不能布设临时墩,为顺利跨越107国道与小河而不影响交通,本工程钢箱梁顶推施工需加导梁.根据现场的地形情况临时墩与顶推平台布置情况如下图:LSD1、LSD2、LSD3、LSD4作为顶推平台,LSD4作为顶推反力墩,在此临时墩安装顶推千斤顶。
二、顶推施工存在的困难
根据临时墩布置可以看出,该桥顶推的最大跨距为27.5米左右,为跨越107国道段,也就是变坡段。从桥梁断面图我们发现,由于该桥的纵面位于R=1600米,T=54米的凸型竖曲线上,纵坡从3%变为-3.75%,变坡点位于107国道道路中心,即为桥梁的中心位置该桥不是单一纵坡的定斜率的桥梁,与常规的顶推施工存在一定差距,如果还安装以前的方法顶推,施工存在一定的困难。在顶推方案制定过程中,我们对顶推的全过程在计算机上进行模拟。通过顶推过程的模拟我们发现,以LSD1、LSD2、LSD3、LSD4作为顶推平台,LSD1、LSD2、LSD3、LSD4的之间高程差与成桥时该处的高程差一致,LSD4与LSD5之间安装导梁,顶推到LSD6时,导梁与LSD6间存在262mm 的高差,即导梁与LSD6接触不上,只有导梁与主梁共悬出64695米(导梁每延米重0.5吨,长18米,即主梁需悬出46米左右)时,主梁与LSD6滑枕才会接触,而导梁还是悬空,且LSD7与主梁还有52mm高程差。顶推过程模拟图:
而桥梁规范规定,悬臂安装时,钢箱梁悬臂安装时,最大的允许悬臂挠度不得大于L/300,而通过计算,当钢箱梁与导梁悬出64.695米
钢箱梁强度验算:
导梁与LSD6不接触,即导梁不提供支点反力,按钢箱梁与导梁尽悬出64.695米时,M=-34574400NM
σ= M/wz搭建CAD模型,得钢箱梁惯性距I=2. 746×1011mm4 ,最危险截面离质心y=1.144m
wz=I/yσ= M/wz=144. 02Mpa Q345qc钢许用应力为210 Mpa
σ<【σ】(满足要求)
钢箱梁挠度验算
最不利工况,钢箱梁与导梁尽悬出64.695米时,为方便计算,我们就按主梁悬出46米来进行计算,忽略导梁的影响
最大挠度f=q×l3×l1/6EI- q l× l31 /24EI + q×l4 /8EI 其中l=46m,l1为离前排最近相临桩间距l1=13.2(LSD4到LSD5的距离),惯性距I=2.746×1011mm4
挠度f=623mm>l/300=100mm(不满足要求)
也就是整个顶推过程相当于导梁没有起作用,不能解决主梁悬臂过长,引起的挠度过大的问题。顶推过程中存在极大的危险。此外,整个过程,各临时墩受力极不均衡,在临时墩和滑枕以及四氟乙烯板尺寸设计时,需引起高度重视。
三、采用的解决方法
从计算结果我们看出常规的临时墩设计,导致钢箱梁在顶推过程悬臂挠度超出了桥梁安装允许的挠度极限,钢箱梁顶推施工存在安全隐患。最好的解决办法是制作的临时墩高程是可以随意升降的,导梁端头到达LSD7时,升起滑枕,使导梁与滑枕接触,提供支点反力,根据顶推进程,缓慢下降滑枕。而要求滑枕能够升降,这就需要在临时墩上安装大吨位、大行程的千斤顶,由于大吨位的千斤顶一般可调高程有限(一般200吨以上千斤吨有效行程小于10cm),这就需要跟相关厂家定制,成本较高。而如果该处高程直接在临时墩制作时加高的话,顶推过程中就会存在单临时墩受力过大,存在临时墩的失稳以及钢箱梁局部应力集中,对钢箱梁结构产生不利影响。考虑到技术可行性,并尽力降低施工成本,我们采用在滑枕下安装沙箱,以调整高程,即在一边顶推,一边根据模拟的高程变化情况放沙,这样根据模拟情况,我们在LSD6、LSD7滑枕下设置两组沙箱,
沙箱一般构造以及装沙情况如下图:
说明:沙箱箱体采用直径∮426壁厚8mm的钢管与底面500mm×500mm厚16mm的钢板焊接而成,在钢管与钢板接触的底面两侧设置∮50mm的卸沙孔。活塞由∮390壁厚8mm的钢管与顶面470mm×470mm厚16mm的钢板焊接而成,内设十字加劲肋,活塞与箱体间隙10mm。整个沙箱高582mm,有效装沙高250mm。当导梁与沙箱接触受力后,继续前行过程中,根据模拟的箱梁前进与放沙高度数据,均匀缓慢放沙,两沙箱放沙的沙量应一致。
通过沙箱的放沙操作,解决了竖曲线存在的顶推高程差问题,最终全桥的成功实施顶推。