市政桥梁钢箱梁梁段安装方法研究.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.3(上)-99-工 程 技 术钢箱梁大桥施工具有一定的难度和特殊性,与现浇混凝土桥梁不同,钢结构需要预制,如果按照设计方案整体制造,其质量通常就会超过吊装机械、运输车辆、路面和地基的承载力,在现实中难以实现,因此分段制作与安装成为解决问题的有效手段。在具体实施的过程中,应该重视地基、临时支架、吊具的设计或者选型,并进行必要的理论计算。随着此类桥梁施工技术的大范围应用,探究其分段安装方法有重要的工程价值。1 工程概况某城市跨河公路桥为双向 8 车道设计方案,横断面的宽度为 50m,跨径为 45m+50m+37m=132m。桥面分为 A 幅和B 幅,宽度分别为 23
2、.38m、26.62m,均为单箱钢箱梁结构,A 幅设计有 4 个箱室,B 幅有 5 个箱室。以分幅中心线为基准,两侧向下设置 2%的坡度,以便降雨时进行排水。两幅桥面的功能布局完全一致,从中心线向外分别为机动车道、绿化带、非机动车道和人行道。2 钢箱梁节段划分2.1 节段划分的基本原则由于钢箱梁整体宽度、长度以及质量都非常大,难以整体吊装就位,因此需要分段制作、分段吊装,再进行组装和焊接,分段时应该遵循以下原则。1)分段位置应规避弯矩大的部位和钢箱梁的支点位置。2)顶板、腹板和底板间的接缝应相互错开且错开的距离应 200mm。3)分段时要考虑地基、吊机、运输车辆、吊具、临时支撑结构的承载力。4
3、)分段时要考虑运输、吊装、合龙以及焊接的便捷性。5)分段制作不应破坏钢箱梁的整体线形。2.2 节段划分结果A、B 两幅共 9 个箱室,每个箱室的结构包括顶板、底板、腹板等,将每个箱室沿横向划分成 7 个节段,共计 79=63个节段,表 1 为钢箱梁分段结果示例。63 个节段的质量在33.5t89.4t,宽度在 4.728m6.523m。节段高度有两种规格,分别为 2.0m 和 2.02m,长度在 8.8m26.11m。3 临时支撑系统设计与验算3.1 临时支墩设计方案及力学验算3.1.1 临时支墩的设计方案钢梁节段须架设至设计标高,在临时支撑系统上进行合龙和焊接,因此临时支墩成为保证施工的重要
4、设施。为满足节段组装需求,本项目沿桥梁纵向设置了 6 个临时支墩,每个支墩由并排分布的钢管柱组成,每排 10 根钢管柱,钢管直径为 0.529m,壁厚为 8mm。相邻的钢管柱设置横梁和斜支撑。水平连接机构(横梁)的数量取决于钢管柱的高度,如果钢管柱高度 8m,那么横梁数量为 2 道。如果钢管柱高度 8m,那么设置 4 道横梁。使用 16#槽钢制作横梁。表 1 钢箱梁分段结果示例序号吊装编号规格(宽高长)/m数量质量/t1GA1A6.5232.026.11189.42GA2A6.02.026.11185.73GA3A6.02.026.11185.74GA4A4.8532.026.11176.25
5、GB1B6.5132.0215.85169.46GB2B6.02.0215.85166.67GB3A6.02.0215.85166.63.1.2 力学验算的关键参数计算时须将最重的节段作为分析对象,支墩钢管柱的材质为 Q235,将其许用应力记为,则有=1401.3=182MPa,其中 1.3 为提高系数,其他重要的计算参数见表 2。表 2 计算参数示例结构物参数名称参数取值钢管柱截面积13094mm2惯性矩4.44mm4108mm4回转半径184.22mm槽钢截面积2190mm2惯性矩8.66mm4106mm4截面模量1.08mm3105mm33.1.3 力学验算方法3.1.3.1 仿真建模支
6、撑体系的结构较为复杂,采用 Midas 软件建立钢立柱支撑体系的三维模型,将临时结构的材质设定为 Q235,剪应力、压应力、拉应力分别设置为 120MPa、182MPa、182MPa。项目临时支墩体系的建模结果如图 1 所示。市政桥梁钢箱梁梁段安装方法研究曲娜(山东华邦建设集团有限公司,山东 潍坊 262500)摘 要:大型市政钢箱梁桥梁具有跨度大、质量大的特点,在施工过程中需要将箱梁划分为若干个梁段,以便运输、吊装、组对以及焊接。研究过程旨在探索此类工程的施工方法,以国内某跨河桥梁为分析对象,重点探讨了钢箱梁节段划分方法、临时支撑体系的设计方法与力学验算、钢箱梁分段吊装、合龙测量、合龙过程控
7、制、钢梁焊接工艺和焊接顺序等内容,形成了较为全面的梁段安装施工工艺。关键词:钢箱梁桥梁;节段划分;临时支架中图分类号:U445文献标志码:A图 1 临时支墩体系三维建模结果中国新技术新产品2024 NO.3(上)-100-工 程 技 术3.1.3.2 载荷计算载荷分为动载荷和静载荷,动载荷包括人机材的质量和风载荷,静载荷主要为钢箱梁和支架结构的质量,将风载荷标准值记为 k,其计算方法如公式(1)所示。k=oZSZ (1)式中:o为当地十年一遇基本风压,取值为 0.3kN/m2;Z为结构粗糙度,取值为 1.0;S为结构体型系数,取值为 1.8;Z为风振系数,取值为 0.71。将这些参数代入公式中
8、,可求得 k=0.378kN/m2。其他参数按照载荷质量与重力加速度的乘积进行计算。3.1.3.3 临时支墩结构应力验算结果将所有计算参数和载荷输入仿真模型中,由软件工具求出分配梁的最大应力、连接结构的最大应力、钢管柱的最大强度应力,结果见表 3。表 3 应力验算结果验算指标计算结果设计阈值是否合格分配梁最大应力169.77MPa182MPa是连接结构最大应力77.25MPa182MPa是钢管柱最大强度应力107.39MPa182MPa是3.1.3.4 临时支墩结构变形验算结果模拟结果显示,分配梁的最大变形量为 11.4mm,允许值为分配梁长度的 1/400(15mm),符合要求。连接结构的模
9、拟最大变形量为 1.1mm,允许值为连接结构长度的 1/400(5mm),符合要求。在临时支墩体系中,钢管支架的最大高度为 10m,桥面宽度达到 50m,高宽比为 0.2。当高宽比不超过 3 时,可忽略侧向风载荷对结构体系稳定性的影响。在这种情况下,决定临时支墩体系稳定性的主要影响因素为竖向应力。经屈曲分析,临时支墩钢管架的临界载荷系数为 40.06,超过 4.0 的最低限值,稳定性符合技术要求。3.2 支架基础设计方案及力学验算钢管柱的基础采用独立承台,每个承台为 4 根钢管柱提供支承力,承台的厚度为 1.0m,长宽均为 2.0m,用 C30 混凝土进行浇筑,承台受到钢管柱的最大作用力为 5
10、64.167kN。承台基础配筋为 HRB335。3.2.1 地基承载力验算承台作为临时支墩和钢梁节段的主要承载结构,其下方的地基必须具备足够的承载力。将承台基础的地基在单位面积上的受力记为 Pk,其计算方法如公式(2)所示。Pk=(Fk+Gk)/A (2)式中:Fk为承台上受到的最大作用力,取值为 567.167kN;Gk为承台自重;A 为承台的水平截面积,A=22=4m2;将所有参数代入公式中,可求得 Pk=166.041kN,地基的设计承载力为 180kN,由于 Pk180kN,因此地基承载力满足要求。3.2.2 基础受剪承载力验算钢管柱与承台基础的交接面存在一定的剪切作用力,因此要验算基
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