大跨度连续梁合拢段劲性骨架设计

大跨度连续梁合拢段劲性骨架设计

摘要：随着交通的发展，大跨度连续梁的修建越来越多，连续梁合拢段如何锁定是合龙施工时的关键工序。本文结合湘桂铁路扩改建工程三街漓江铁路双线特大桥实体工程，详细阐述了合拢锁定方案、温度应力计算、劲性骨架设置、劲性骨架容许力计算和锚固钢板的焊缝检算，为大跨度连续梁合拢段劲性骨架设计积累了新的技术资料。

1、工程概况

湘桂铁路扩改建工程设计速度为200km，采用有碴轨道。三街漓江铁路双线特大桥上跨G322国道（交角为230），为（72+128+72)m三向预应力混凝土连续箱梁桥，该桥采用C55混凝土，为单箱单室变截面直腹板梁，箱梁顶板宽12.2m，底宽6.7m，，梁高纵向按照二次抛物线y=+5.5变化，支点梁高10m，边支点及中跨梁高5.5m，全桥分为2个T构，共71个节段施工，节段长度分为3、3.5、4三种，采用三角形挂篮悬臂浇注施工，施工周期为9天。主跨为128m是湘桂铁路永柳段最大的连续梁。

2、合拢锁定方案

（72+128+72）m连续梁挂篮施工合拢段长均为2.0米，合拢段劲性骨架主要由型钢支撑和梁体预埋件组成。型钢支撑通过锚固钢板焊接在梁体预埋件上。按照设计要求，先合拢边跨，再合拢中跨。(1)边跨合拢。边跨合拢利用挂蓝做为吊架施工，由于边跨现浇段为自由端，因此温度应力对边跨合拢影响很小，用4组I45a工字钢锁定。锁定时可将工字钢一端焊接好，另一端在合拢前在进行焊接，劲性骨架锁定后开始浇筑混凝土并解除边跨支座限位装置，使边跨梁体处于活动状态。(2)中跨合拢。中跨合拢利用挂蓝做为吊架施工，并对两个悬臂端利用水箱进行配重，每端配重为合拢段量体重量的一半即34t。体外劲性骨架采用2I45a，共4组，每组骨架均用钢板焊接连接，组成整体受力。锁定时可将工字钢一端焊接好，另一端在合拢前在进行焊接。同时张拉2N36、2N37钢束，张拉力为400kN。先浇筑合拢段混凝土，待强度达到100%时，再解除临时支座约束。

3、温度应力计算

根据截面上温度应力平衡原理，认为沿梁长的温度分布是均匀的，并忽略断面上局部变化引起的温度分布差异；假定混凝土材料是均质、各向同性的，在未发生裂缝之前，符合弹性变形规律；贝伯努里平面变形假定可以适用；可按单向温度荷载计算，然后叠加，构成双向温度荷载计算。（1）箱梁的纵向温度应力。①板中心的自约束应力计算。=0.174MPa。②沿梁高方向及横向的自约束应力计算。在工程设计计算中，需要求控制温度荷载下的温度应力值。在控制温度荷载情况下，温差分布曲线的最大温差T0和指数a值确定后，可简化为: = 0.24**20*3.55*104*[2.234/13+1.973/420000*(2.75-0.2)-0.135]=0.064MPa，式中：

T0为箱梁的温差；=2.234; =1.973；三街漓江特大桥梁高h=5.5m>2m，因此，，，，，，等系数的计算式简化为：，,=0.0181，=0.0376;; ，式中T0为沿梁高的温差（0C），取T0=200C；Y为外表面至计算点的距离（m），取0.2；n为截面重心轴距外表面的距离（m），取2.75m；a为温度曲线指数（m-1）；A为截面积（m2），A=13；I为惯性矩（m4），Ix=4.2*105。（2）外约束应力计算。。（3）箱梁总的温差应力为：Mpa。

4、劲性骨架设置

通过模型计算由日照温度变化引起的梁体变形产生的水平摩阻力为4511KN。单个型钢支撑及单个预埋件承受的水平力为1127.75KN。水平摩阻力通过梁体预埋件与锚固钢板间的焊缝传给型钢骨架，然后推动整个梁体移动。由于边跨直线段较短，支架产生的水平摩阻力较小，所以计算控制为跨中合拢段施工工况。劲性骨架具体布置见图1。：

图1劲性骨架具体布置

5、劲性骨架容许力计算

根据现场实际情况，在底板及顶板预埋60*80*2cm的钢板，钢板用六根40*10*2cm的钢带锚固在梁体混凝土上，钢带与钢板焊接牢固，再将2I45a工字钢焊接在钢板上，每组工字钢均用钢板连接成整体，形成临时支撑。型钢支撑采用2I45a, 2I45a仅承受轴向力，轴向为4511KN，A=102.40cm2，IX=64480cm4；Wx=2860cm3, t=1.8cm，b=15cm；iy=2.89cm，组合截面的劲性骨架采用体外锁定形式，其预埋在边跨现浇段与悬臂端。（长度取2m进行焊接，视为两端固定），固劲性骨架按照μ=1进行压杆验算。工字钢2I45a组合截面后的最大临界力：λ=μL/iy=1*200/2.89=69.204,取φ=0.694，则单个劲性骨架受力为[f]=205(kN)，[N]= 2*φ*A*[f]=0.694

*2*102.4*205=2913.69(KN)，每个合拢段设置4组2I45a工字钢，其支撑力为：N=4 *[N]=11654.76（KN），2.2*4511=9924.2 KN2.2,满足要求。

6、锚固钢板的焊缝检算

锚固钢板焊缝高度为10mm，焊缝长度为800mm，焊缝计算长度L=790mm。单个主型钢端头共2个锚固钢板，8条焊缝。总焊缝长6320mm，N=1127.75KN，σf=N/heLw=89(N/mm2)<[160] (N/mm2),满足要求。τ=Q/A=94MPa<[τ]=120MPa，满足要求。经验算预埋钢板焊缝满足要求

7、结语

目前该桥已经全部完成施工，通过实践的检验，该合拢段劲性骨架设计满足施工要求，表明该大跨度连续梁合拢段劲性骨架设计是成功的，为同类桥梁提供了可供借鉴的资料。

参考文献：

[1] 孙金,熊非,郭琦.现浇悬臂施工预应力混凝土连续梁的合拢及力学浅析[J]. 交通标准化, 2005,(09).

[2] 任军.武康增建二线堵河特大桥(48+80+48)m连续梁合龙施工技术[J]. 铁道标准设计, 2008,(11).

[3] 董盛国.悬灌连续梁中跨合拢的约束锁定施工[J]. 铁道工程学报, 2006,(03).

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。