重载管廊栈桥宽幅预制箱梁精细化设计.pdf
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1、 重载管廊栈桥宽幅预制箱梁精细化设计 杨 胜,樊小伟,许富琳(中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北武汉 430071)摘要:本文结合东华能源(茂名)烷烃资源综合利用项目,针对重载管廊栈桥的受力特点,从方案选择、总体计算、横梁尺寸分析、实体模型分析对比、局部模型分析、应力扰动区设计等方面介绍了重载管廊栈桥宽幅预制箱梁精细化设计。宽幅预制箱梁承载能力强、整体刚度大,特别适用于重荷载、长距离、管廊分期实施的重载管廊栈桥。关键词:宽幅预制箱梁;管廊栈桥;应力扰动区;拉压杆模型 中图分类号:U448.18 文献标识码:A 文章编号:1004-9592(2023)04-0067-05 DOI:10.1
2、6403/ki.ggjs20230415 Precise Design of Wide Precast Box Girder for Heavy Load Pipe Gallery Trestle Yang Sheng,Fan Xiaowei,Xu Fulin(CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd.,Wuhan Hubei 430071,China)Abstract:Based on Donghua Energy(Maoming)alkane resource complex,the precise design of wide prefabricate
3、d box girder for heavy-load pipe gallery trestle is shown in detail from the aspect of plan selection,overall calculation,beam size analysis,solid model comparative analysis,partial model analysis,stress disturbed zone design by focusing on the stress characteristics of heavy-load pipe gallery trest
4、le bridge.Wide prefabricated box girder is of strong bearing capacity and high overall stiffness,which especially apply to the pipe gallery trestle with heavy load,long distance and executed in stages.Key words:wide prefabricated box girder;pipe gallery trestle;stress disturbed zone;strut-and-tie mo
5、del 引引 言言 管廊栈桥在水运工程中非常常见,通常用于连接港区与码头,设计时一般根据管廊规模、工艺需求,常选用钢联桥、空心板、T 梁、预制箱梁等结构形式。钢联桥造价高,运营期维护困难;空心板承载力小、耐久性差;T 梁施工期稳定性差、整体刚度小、工期长的问题;预制箱梁整体刚度大、工期短、承载能力强,比较适合长距离的重载管廊栈桥。本文以东华能源(茂名)烷烃资源综合利用项目中的管廊栈桥为例,介绍了一种适用于重荷载、管廊分期实施、承受大偏载的宽幅预制箱梁精细化设计。1 工程概况工程概况 东华能源(茂名)烷烃资源综合利用项目的管廊栈桥连接码头和港区,管廊栈桥总长度为 4 169.9 m,其中陆域段长
6、度为 625.5 m,海域段长度为 3 544.4 m。2 总体方案总体方案 2.1 荷载工况荷载工况 根据工艺、检修需求,拟建管廊栈桥布置为:管廊宽度 5.5 m,预留管廊宽度 5.5 m,中间设置 4.5 m 宽检修车道,管廊栈桥两侧各设置 0.25 m防护栏杆,管廊栈桥桥面总宽度 16 m。管廊标准收稿日期:2022-11-10 作者简介:杨胜(1980-),男,本科,高级工程师,主要从事桥梁及结构设计工作。67Port,Waterway and Offshore Engineering 跨距为 10 m,共 4 层,总高度 6.5 m。管廊断面布置情况如图 1 所示。图 1 管廊栈桥断
7、面布置图 图 1 管廊栈桥断面布置图 一期管廊上架设管线 30 多根,荷载大、偏载严重,荷载工况复杂,一期管廊柱脚传递至栈桥上的荷载情况如表 1 所示。表 1 管廊柱脚荷载汇总表 表 1 管廊柱脚荷载汇总表 管廊荷载标准组合 位置 竖向力/kN水平力/kN 弯矩/kN.mB 轴 173.34 17.08 23.31 标准段 A 轴 282.57 27.05 45.48 B 轴 460.30 36.24 114.75 垂直补偿段 A 轴 622.59 58.54 200.87 主梁单片梁所承受的垂直补偿段管廊荷载是公路-级荷载的 2.3 倍以上。2.2 总体方案总体方案 根据水文、地质条件、施工
8、条件,进行多跨径比选,栈桥最优跨径为 30 m。同时结合管廊荷载特点(重载、偏载),运输、吊装能力(吊重要求控制在 180 T 以内)及工期要求,经综合比选,上部结构采用梁宽 3.5 m 的宽幅预制箱梁方案。图 2 宽幅预制箱梁断面布置 图 2 宽幅预制箱梁断面布置 3 总体分析总体分析 3.1 结构计算结构计算 主梁上部采用Midas/Civil软件建立三维整体梁格模型,准确模拟宽幅预制箱梁在自重、二期恒载、温度、检修车、管廊等荷载的受力情况。有限元模型如图3所示。图 3 整体有限元计算模型 图 3 整体有限元计算模型 对宽幅预制箱梁进行承载能力极限状态和正常使用极限状态验算,主要计算结果如
9、表 2 所示。表 2 宽幅预制箱梁计算结果汇总表 表 2 宽幅预制箱梁计算结果汇总表 承载能力极限状态 正常使用极限状态 持久状况构件应力 正截面拉应力/MPa 正截面抗弯承载能力验算/kN.m 频遇组合准永久组合斜截面主拉应力/MPa 正截面压应力/MPa 主压应力/MPa 计算内容 作用效应 结构抗力 最大限值最大限值最大限值最大 限值 最大限值 一期管廊 18 937.2 27 528.1 1.84-1.8552.010-0.51-1.85514.2 16.2 14.219.44 一期管廊+预留管廊 22 092.8 27 528.1 1.73-1.8552.330-0.57-1.855
10、15.48 16.2 15.4819.44 注:表中拉应力为正,压应力为负。计算结果表明,在承受一期管廊荷载及一期管廊+预留管廊荷载两种不同工况下,宽幅预制箱梁的整体计算均能满足规范要求,且有一定的安全储备,表明宽幅预制箱梁在承受偏载和管廊荷载作用下,具备良好的受力性能。3.2 横梁尺寸分析横梁尺寸分析 管廊栈桥的特点是在每片预制箱梁上设置两道管廊支腿,支腿尺寸为 70 cm70 cm(横桥向顺桥向),支腿预埋件需要埋设进预制梁体内约 80 cm,因此初步考虑支腿处设置宽度 70 cm 的横梁。支腿横梁除直接承受支腿荷载外,还能增加四片预制箱梁之间的横向刚度,提高箱梁整体受力性能。为研究不同横
11、梁宽度对栈桥结构的影响,选取三种不同宽度的支腿横梁进行对比分析。偏载工况下,四片梁的计算结果如表 3 所示。68 表 3 一期管廊作用下预制箱梁跨中弯矩 表 3 一期管廊作用下预制箱梁跨中弯矩 仅一期管廊/kNm 承载能力组合/kNm 支腿横梁 宽度/cm 1#梁 4#梁 1#梁 4#梁 70 4 569.3 1 558.2 17 215.6 13 045.2 100 4 487.3 1 613.6 17 531.3 13 553.0 150 4 340.0 1 719.4 18 041.6 14 417.5 根据对比分析结果,横梁宽度从 70 cm 增加到150 cm,在仅承受一期管廊荷载时
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