昌平钢-混凝土结合连续刚构桥的设计与施工.pdf
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1、8 4 桥梁建设2 0 1 2年第 4 2卷第 1期( 总第 2 1 1 期 ) B r i d g e Co n s t r u c t i o n ,Vo 1 4 2,No 1 ,2 0 1 2( To t a l l y No 2 1 1 ) 文章编 号 : 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 8 4 0 6 昌平钢 一混凝 土结合连续 刚构桥 的设计与施工 马立芬 , 王冰 ( 中铁第五勘察设计院集团有限公司, 北京 1 0 2 6 0 0 ) 摘 要 :昌平跨 线桥 采用 两联 跨度 为 ( 3 7 +6 0 +7 9 +4 2 5 )m 及 (
2、4 2 5 +7 9 +4 2 5 )m 的钢 一 混凝土结合连续刚构型式。该桥 主梁为钢 一混凝土结合梁, 钢箱梁采用单箱单室直腹板截面, 桥 面 板为钢筋混凝土结构 , 钢箱梁在中墩处与混凝土墩身固结, 下部结构墩柱均采用矩形桥墩 。采用有 限元程序 MI DAS C i v i i 建立全桥空间结构计算模型, 对该桥进行静力计算分析, 结果表明钢箱应力 及 结构 强度 均满足 规 范要 求。为 减 少对桥 下 交通的 影响 , 该 桥钢 箱 梁采 用工厂预制 、 现 场 吊装 的方 法施工, 预制桥 面板按先跨 中后 支点的顺序施工, 采用间断法安装。 关 键词 :刚构桥 ; 钢 箱梁
3、; 钢 一混凝 土 结合 梁 ; 固结段 ; 桥 梁设计 ; 桥 梁施 工 中图分 类号 : U4 4 2 5 ; U4 4 8 2 3 文献标 志码 : A De s i g n a nd Co n s t r u c t i o n o f S t e e l a nd Co n c r e t e Co n t i n u o u s Co mp o s i t e Ri g i d Fr a m e o f Ch a ng p i n g Ov e r pa s s Br i d g e MA L i f e n, WA NG B i n g ( C h i n a Ra i l wa
4、 y W u y u a n S u r v e y a n d De s i g n Gr o u p C o ,L t d ,Be ij i n g 1 0 2 6 0 0,Ch i n a ) Ab s t r a c t :The Cha n gp i n g Ov e r p a s s Br i dg e i s a s t e e l a n d c on c r e t e c o nt i n uo us c omp os i t e r i gi d f r a me b r i d g e a r r a n g e d i n t wo c o n t i n u o
5、u s u n i t s ,e a c h b e i n g( 3 7 + 6 0 + 7 9 + 4 2 5 )m a n d( 4 2 5 + 7 9 + 4 2 5 )mTh e ma i n g i r d e r o f t h e b r i d g e i s d e s i g n e d a s a s t e e l a n d c o n c r e t e c o mp o s i t e o n e 。o f wh i c h t h e s t e e l b o x g i r d e r i s o f t h e s i n g l e c e l l ,
6、s i n g l e b o x a n d v e r t i c a l we b s e c t i o n a n d t h e d e c k s l a b s a r e t he r e i n f o r c e d c on c r e t e s t r uc t u r e The bo x gi r d e r i s r i g i dl y f i x e d wi t h t he c on c r e t e pi e r s h a f t a t t he i nt e r m e di a t e pi e r a nd a l l pi e r c
7、 o l umns o f t he br i d ge a r e t he r e c t a ngu l a r o ne s The f i ni t e e l e me n t pr o gr a m M I DAS Ci v i l wa s u s e d t o e s t a b l i s h t he c a l c u l a t i on mod e l f o r s pa t i a l s t r u c t u r e o f t he who l e br i dg e,t he s t a t i c f o r c e o f t he b r i d
8、g e wa s c a l c ul a t e d a nd a n a l y z e d a nd t he r e s u l t s of t he c a l c u l a t i on a nd a na l y s i s pr o ve d t h a t t he s t r e s s a n d s t r u c t u r a l s t r e ng t h o f t he bo x g i r de r c ou l d me e t t h e r e l e va nt r e qu i r e me n t s i n t he c o de s T
9、o m i ni mi z e t he i nt e r f e r e nc e o f c o ns t r uc t i o n t o t he t r a f f i c u nd e r t he br i d g e,t he bo x g i r de r wa s f a b r i c a t e d i n s ho p a nd l i f t e d i n pl a c e a t t he b r i d ge s i t e The p r e c a s t d e c k s l a bs we r e i ns t a l l e d by t he d
10、i s c on t i n uo us m e t ho d i n t he s e q ue nc e o f t he pa r t s of t he br i d ge a t t he mi ds p a n f i r s t a nd t he p a r t s c l os e t O t h e s u pp o r t s l a t e Ke y wo r ds :r i gi d f r a me br i d ge ;s t e e l b ox gi r d e r ;s t e e l a n d c on c r e t e c o m p os i t
11、e gi r d e r ;r i gi dl y f i x e d s e c t i o n;b r i d g e d e s i g n;b r i d g e c o n s t r u c t i o n 1 工 程概 况 昌平跨线桥位于北京市轨道交通昌平线北清路 站西二旗 站区间, 跨越现况北 清路 、 现况京包铁 路 、 东北环铁路、 规划京兰铁路、 预留京包铁路复线 , 与现况北清路 交角 3 2 8 2 。 , 与现 况京包 铁路交 角 4 3 7 8 。 。线路位于 R一4 5 0 m 的平 曲线和 R一5 0 0 0 m 的竖曲线上 , 上坡坡度为 3 , 下坡坡度为
12、 2 0 o 。 考虑桥下公路 、 铁路现状 、 未来规划的要求及新建桥 收稿 日期 :2 0 1 1 1 0 1 7 作者简介 :马立芬, 高级工程师 , E ma i l : m1 6 6 0 5 1 6 3 c o rn。研究方 向: 钢结构设计 、 制造与施工。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 昌平钢 一混凝土结合连续 刚构桥 的设计 与施 工 马立芬 , 王冰 8 5 梁对铁路运营干扰 、 施工工艺和工程造价等综合 因 素, 昌平跨 线桥 采 用两 联跨 度 为 ( 3 7 + 6 0 + 7 9 + 4 2 5 )m 及 ( 4 2 5 +7 9 +
13、4 2 5 )m 的 钢 一 混凝 土 结 合连续刚构型式 。 2 结 构构 造设 计 2 1 总体设计 昌平跨线桥采 用钢一混凝 土结合 连续 刚构方 案 , 桥面结构由钢箱梁和钢筋混凝土桥面板组成 , 钢 北清 路站 2 1 8 5 ( 第1 联) 箱梁和混凝土桥面板通过剪力钉结合在一起整体受 力口 。边支点梁高为 2 2 m, 中支 点梁 高 3 6 ( 4 ) m。钢一混凝土结合梁采用直腹板形式 , 在中墩与 墩身固结。主桥两端接 3 0 m预应 力混凝土简支箱 梁, 梁高 1 8 m, 钢一混凝土结合梁与混凝土箱梁相 接时 , 在混凝土箱梁的梁端加厚 4 0 c m( 与钢一混凝 土
14、结合梁梁高取得一致) , 加厚段顺桥 向长 1 m, 再 采用 1 m渐变段将梁高渐变为 1 8 m。主桥立面布 置 及分 段见 图 1 。 1 6 4 ( 第2 联) 西二旗站 ! 一 _ 一 一 2 6 4 2 I 2 3 O 7 4 8 2 7 8 3 5 2 9 6 2 7 8 2 8 ( 。 。 图 1 主桥立面布置及分段 Fi g 1 El e va t i o n a nd S e c t i o n Di v i d i n g of M a i n Br i d g e 2 2 钢箱梁设计 钢箱梁截 面为 单箱单 室 直腹 板形 式 , 顶 板 宽 5 2 I n , 边支点
15、内侧梁高 1 7 7 4 m, 中支点梁高3 1 7 4 ( 3 5 7 4 )m_ 3 “ 。全 桥 钢 箱 梁 分 为 1 7个 梁 段 , 最 长 梁段 长 3 5 2 m, 最 大 吊装 重 量 2 2 0 t 。梁段 间 除顶 板之间采用焊接外, 其余均采用 高强螺栓连接。箱 梁顶 、 底板与腹板间纵缝焊接均采用全熔透角焊缝 。 钢箱梁截面形式见图 2 。 1 2 边跨 9 4 0 2 1 2 中跨 9 4 0 2 图 2 钢箱梁截面形式 Fi g 2 Cr o s s S e c t i o n o f S t e e l Bo x Gi r d e r 钢箱梁顶板为正交异性板 ,
16、 采用 U形闭合加劲 肋及开 口加劲肋 , 其中, U形闭合加劲肋上 口宽 3 0 0 mm, 底宽 2 0 0 mm, 高 2 4 0 I T l m, 基本 间距 6 0 0 mm, 板厚 8 mm; 开 口加劲肋高 2 0 0 ( 2 5 0 )mm, 间距 4 0 0 单位: mm, 板厚 1 6 , 2 0 , 2 4 , 2 8 mm。 腹板水平加劲肋采用开 口加劲肋形式。横隔板 采用板式结 构, 分普通横 隔板 、 竖肋、 支点横 隔板。 横隔板留有人孔 , 普通横隔板每隔 3 m设置 1块 , 竖 肋板每隔 1 m设置 1块。 2 3 墩 、 梁 固结段 设计 钢箱梁在 中墩处
17、与混凝土墩身进行 固结 , 为保 证此节点处钢 一混凝土的整体工作性能及较高的承 载能力和抗疲劳性 , 墩梁 固结段采用剪力钉及 P B L 剪力键相结合 的形 式进行 固结 5 , 固结段钢套筒 长 3 m, 固结段截面形式见图 3 。固结段处钢箱梁底 板厚 5 0 mm, 腹板厚 3 2 mm, 底板加劲肋厚 2 4 mm, 腹板 加劲 肋厚 1 6 1 T i m。 固结 段 腹 板 、 隔板 及 底板 上 均焊有剪力钉 。 钢箱梁内与固定墩连接端增加了刚性方框与周 围壁板、 腹板相连 , 以控制箱 口尺寸 。固结段隔板上 增加 4道永久工艺支撑 , 以避免在运输 、 吊装等过程 中发生
18、变形而影响安装 , 固结段 隔板见图 3中的 C C、 DD剖面。为 了控制焊接变形, 在固结套筒 内部增加 2道支撑 , 固结套筒加 固形式见图 4 。 2 4 桥面板设计 混凝土桥面板顶宽 9 4 m、 板厚 3 8 C 1T I , 为钢筋 壶 一十 板 。 蠡 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 桥梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n A - A 5 2 0 0 AI- B l 勖 1 钢筋孔 L 、 一= : : _ : : : : : : 剪力钉 : B B D厂 C厂 5 2 0 0 l i j i 。
19、; 。 i 。 = E _ _ : _ 盥 付 m 图 3 固结段截 面形式 Fi g 3 Cr o s s S e c t i o n o f Ri g i d l y Fi x e d Se c t i o n 。 。 。 。 。 。 lP。lP I 。 o o 。lP。O O。 d l o O 。 I 。 I o d I lb 。lb I 。【bl O O o 。O 1 6 0 0 8 0 0 图 4固结套筒加 固形式 Fi g 4 Re i nf o r c i n g by Ri g i d Fi x i ng Bo x 单位 :m m 混凝土结构。标准预制桥面板每块尺寸为 9 4
20、m 2 5 1T I , 预制板之 间设现浇混凝土接缝 , 标准接缝尺 寸为 9 4 m0 5 IT I 。采用工厂分段预制 , 现场湿接 缝连接的方法施工。现浇混凝土接缝处的钢板上布 置焊钉 , 形成 共 同受 力的钢 一混凝 土结 合段_ 7 。 为适应钢梁上成束布置 的剪力钉, 在预制板上对应 于剪力钉的位置开剪力钉槽, 槽 口基本尺寸为 1 0 0 c m2 5 C 1 T I , 顺桥向基本间距 5 0 c m。 桥面板横向配筋设计为 1 8 mm1 0 0 c m, 纵 向配筋设计为 , , 2 8 mm1 2 5 c m( 2根 1 束) 。湿接 缝处顺桥向钢筋采用扣环搭接 (
21、悬臂处直筋采用双 面焊接) , 顺桥向钢筋伸出预制板部分设计 为环形 , 环形钢筋成型采用双面焊接 , 焊接接头应错开 , 在同 一 位置不 得 大于 5 0 。 为降低桥面板 中支点负弯矩区的混凝 土拉应 力 , 保证结构的安全及耐久性 , 在中支点设 置 2 2束 5 7 5高强度低松弛钢绞线纵向预应力筋 , 标准间 距 0 1 5 m。 为减少 混凝土 收缩 、 徐变 对结构 的不利 影响 , 要 求预制板存放时间宜不少于 4个月, 同时要求剪力 钉槽和湿接缝 处采用 C 5 O微膨 胀混凝 土。为保证 预制板与钢梁顶缘密贴, 两者 间铺垫 1层环氧树脂 砂浆。在钢一混凝土接触面外缘粘贴
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