高赞大桥主桥施工方案
导读:
高赞大桥及引道工程是佛山市“四纵九横”中“横九”主干线的一部分,也是连接杏坛镇和容桂镇的重要道路。路线全长3.3KM,其中高赞大桥长1735m,引道长1570m。
主桥采用双塔单索面,墩、塔、梁固结的预应力砼斜拉桥;主梁采用近似三角形断面;主塔采用独柱式;引桥上部采用预应力砼先简支后连续小箱梁;下部采用独墩配大挑臂式盖梁。桥梁整体造型轻盈,线条挺拔简洁,施工方便,基础紧凑,主、引桥衔接自然,整体桥型与桥位处天然环境相和谐。桥跨组合为(4x30+5x30+5x30+5x31)m+(150+280+150)m+(3x40+5x30+5x30+5x30)m(见图1~2)。
1 高赞大桥主梁施工方案比选
目前,斜拉桥主梁施工方法很多,大体可分为支架法、顶推法、转体法、悬臂拼装法和悬臂浇筑法等。国内预应力砼斜拉桥主梁所采用的施工方法多种多样,各种施工方法均被采用,但主要还是以挂篮悬浇法为主(见表1)。
高赞大桥跨越容桂水道,地处珠三角经济区,容桂水道水上交通繁忙,两岸经济发达,施工场地有限,相比支架法、顶推法、转体法以及悬臂拼装法等施工方法,悬臂浇筑法具有优势。
悬臂浇筑挂篮可分为后锚点挂篮、劲性骨架挂篮和前支点挂篮3种,3种施工方案的比较见表2。
因高赞大桥主桥设计为单索面斜拉桥,近似三角形断面,在国内未有先例(仅崖门大桥截面相似,但宽高比优于该桥),结合本桥设计特性,经过多方调研和方案比选,确定主梁悬浇采用前支点挂篮方案。
2 高赞大桥前支点挂篮计算分析
前支点挂篮由2部分组成,一部分为底篮结构,另一部分为行走提梁结构。底篮结构作为主梁悬浇的主要承重结构,前端由斜拉索锚固支撑,后端通过悬吊系统锚固在已浇注梁段上;行走提梁结构通过设置在箱梁顶面的2组独立桁片来完成,在底篮系统行走时悬挂在底篮前端,通过牵引带动底篮前移就位,行走提梁结构为施工辅助结构,不参与箱梁悬浇时的结构受力。
底篮结构由钢箱梁和桁架组成,桁架中心处高度为2.5m,等截面处钢箱梁截面高度为2.0m,适应斜拉索布置位置设置,中心间距为2.0m,钢箱梁宽度为1.0m,前端设置弧形梁,以适应不同块段斜拉索角度的变化。根据箱梁截面的变化特征,桁架高度采用变截面形式,从中心向两侧高度以底面直线形式过渡。
2.1 底篮结构计算工况
采用ANSYS有限元分析软件,通过建立空间模型,分析挂篮结构的刚度、强度和整体稳定性。将悬浇箱梁块段的重量,并考虑涨模、冲击和施工荷载后等代施加在挂篮结构上进行受力分析。因箱梁截面较宽,斜拉索布置较集中在中心位置,考虑到梁段悬臂长度较大,在两侧顶板悬臂根部设置横向对拉系统,在主梁悬臂浇注时施加对拉力。在挂篮行走状态和非浇注状态时可卸除或部分卸除对拉力,以减轻对挂篮结构的额外附加作用力。
底篮控制设计以边跨1#块和21#块为主,即斜拉索最短(倾角最大)和斜拉索最长(倾角最小);以21#块作为控制计算,因为在21#块时斜拉索对挂篮产生最大的水平推力,同时也作为牵索挂拉止推器的设计控制荷载。
底篮控制设计的主要工况:工况一为悬臂浇注状态,此时底篮前端挂索,后端锚固;工况二为底篮通过提梁结构提住行走到位后锚固前的状态,此时底篮整体处于悬空时的最不利状态。通过两种工况控制设计底篮主体结构的强度、刚度及稳定性,同时控制设计局部构件的选型和验算。[page]
2.2 底篮结构计算结果
工况一下的计算结果:结构最大变形发生在底篮桁架横向的最外端,最大值为-13.14mm;结构最大拉应力为111MPa,小于允许应力(140MPa);结构最大压应力为95.9MPa,小于允许应力(140MPa)。
工况二下的计算结果:结构的最大竖向位移为12.8mm,出现在钢箱梁的弧形梁前端;结构的最大拉应力为33.7MPa,小于允许应力(140MPa);结构的最大压应力为29.3MPa,小于允许应力(140MPa)。
2.3 行走桁架系统计算结果行走桁架采用空间桁架结构,总体上分2组,每组由2片菱形桁架组成,桁架高4m,纵向长13.441m。控制工况为挂篮刚行走到位时。最大变形发生在桁架的最前端节点处,净载时为18mm,考虑1.3的系数时为23mm。结构单元主要承受轴向力,228a杆件所受最大压力为46t,220a杆件所受最大压力为28.1t,最大拉力为38.7t。材料允许应力取值为140MPa,对各杆件进行受拉、受压(包括稳定性)验算,均满足要求,且富余较多,主要受刚度的控制。
3 结 语
通过分析比较砼斜拉桥主梁各种施工方法,结合高赞大桥设计、施工的实际情况,从安全、经济及创新等方面考虑,选择前支点挂篮作为高赞大桥主梁悬臂浇筑施工挂篮;通过建立挂篮结构空间模型,分析了挂篮结构的刚度、强度和整体稳定性,并验算了挂篮结构的安全可靠性。对高赞大桥及同类型桥梁的设计和施工具有一定的参考价值。
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