水中钢栈桥设计与施工工艺

第19卷 第5期 中 国 水 运 Vol.19 No.5 2019年 5月 China Water Transport May 2019 水中钢栈桥设计与施工工艺 郑小荣 （中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西 西安 710021） 摘 要：南盘江大桥跨越南盘江，其施工需要修建钢栈桥作为机械、材料、人员交通运输通道。本方案采用贝雷梁钢栈桥。通过Midas civil有限元软件首先选择弯矩最大的车辆荷载（最不利工况）进行模型分析计算，计算分析后各杆件计算结果均满足要求，证明了该方案选择的可行性，同时计算了钢管柱在南盘江中的入土深度。最后通过对布置在钢栈桥关键位置的应变片进行施工运营监测，验证了模型分析的合理性。该方案为今后类似工程提供了很好的参考价值。 关键词：水中钢栈桥；设计与施工；有限元 中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）05-0195-02 一、工程概况 弥勒至蒙自铁路位于云南省东南部，北起云桂铁路弥勒站，止于红河州州府蒙自市，与昆玉河铁路、沿边铁路相衔接。中铁十二局集团有限公司承建新建弥勒至蒙自铁路站前工程MMZQ-3标，3标段范围DK54+000～DK83+866，正线长29.866km，位于云南省红河州开远市，起点位于中哨村，终点位于大破台村。 本工程南盘江双线大桥设计结构形式为1*24预制箱梁+（65+122+65）连续梁+1*24预制箱梁。主跨（70+120+70）m连续钢构，适用于#11~#14墩，为跨越南盘江而设。 根据南盘江双线大桥悬浇连续梁段施工工艺要求，需要修建钢栈桥作为其施工辅助措施。钢栈桥全长85m，宽度5.5m，栈桥基本跨度为12m。下部结构采用钢管柱基础，桥台台身采用C20混凝土结构。 二、方案比选 通过2种主要方案的经济技术比选后（见表1），采用贝雷片钢栈桥。钢栈桥结构形式如下： ①钢管立柱顶设置双拼40a工字钢横梁，横梁上放贝雷梁； ②贝雷梁横向设置6片，间距900mm； ③贝雷梁顶设置18a工字钢横梁，间距705mm； ④18a工字钢横梁顶设置10槽钢纵梁，间距350mm。 钢栈桥横断面见图1。 图1 钢栈桥跨中横断面图 收稿日期：2019-04-04 作者简介：郑小荣（1981-），女，中铁十二局集团第四工程有限公司工程师。 栈桥类型 型钢栈桥 贝雷梁栈桥 表1 2种方案经济技术对比 优点 结构形式简单，传力明确。传力明确，稳定性较好，跨越跨度大 缺点 跨越跨度相对较小 无 备注 不采用 采用 三、钢栈桥设计 1．采用的材料及计算控制指标 1）相对位移容许值：l/400 2）A3钢：E＝2.06×105 MPa 壁厚<16mm：[σw]＝215MPa 16Mn钢：[σw]＝310MPa 3）荷载： ① 钢材自重：7.85×10³kN/m3； ② 车辆荷载： 混凝土罐车（14m3），履带吊（80t），运梁车（30m） 荷载组合 强度及稳定性计算：1.2×①+1.4×（②） 刚度计算：①+②。 2．结构计算 采用Midas civil有限元分析软件对该钢栈桥进行建模分析，分别施加混凝土罐车荷载、履带吊荷载和运梁车荷载，取荷载所对应的弯矩最大模型进行整体分析计算（经计算运梁车行驶在便桥上时弯矩最大，为最不利工况。以运梁车荷载为车辆荷载进行分析计算） （1）上部结构计算 以运梁车荷载为车辆荷载进行分析计算[1]，计算结果见表2。 计算结果表明，工字钢分配梁、贝雷片、下横梁的剪应力、组合应力及刚度均满足要求，工字钢横梁位移图见图2。 由图2知，工字钢横梁的竖向最大位移发生在跨中位置，其最大值为1.4mm，该跨中相应位置的理论计算位移值为 [τ]＝125MPa [τ]＝180MPa 本方案贝雷梁采用16Mn钢，其余均为A3钢。 196 中 国 水 运 第19卷 L/400=5,000/400=12.5mm，满足要求。 表2 强度计算结果 序号 构件名称 组合应力/MPa 剪应力/MPa 强度设计值/MPa 1 贝雷片弦杆 151 310 144 180 107 310 2 贝雷片立杆 90 180 55 215 3 下横梁 55 125 图2 工字钢横梁位移图 （2）钢管柱应力及稳定性计算[2] 由计算得该构件最大应力为σ=9MPa＜[σ]=215MPa， 最大轴力为127kN，钢管柱φ630×8mm截面积A为1.56×104mm2，φ630×8mm（轧制）为b类截面，查《钢结构设计规范》GB50017-2003附录C，x0.962 N1273A100.9621.561048.5N/mm2＜215MPa，钢管柱的稳定性满足要求。 结论：该构件满足使用要求。 （3）钢管柱在河中入土深度计算 轴心竖向力最大值Nk=533.1kN，钢栈桥按11#墩处地质状况核算钢管桩的长度。此处粉土（QalplHh）层厚度约7.1m，粉质黏土（QalplHh）层厚度约6.5m，钢管桩桩端进入粉质黏土（QhH）层。 NkRQuk/2(μqsikliλpqpkAp)/2 则533.1×2=1.9782×（30×13.6+30×L）+0.8×130×0.3116 L=3.82m，即桩端进入粉质黏土（QhH）层3.82m可满足承载力要求[3]。即全桥钢管桩入土长度为18m，钢管桩顶标高为33.000。 四、钢栈桥施工 1．桥台施工 按照钢栈桥整体布置图，现场采用GPS准确测放基础结构边界点位。基础开挖基础采用人工配合机械开挖，开挖至设计标高位置上方10cm换用人工开挖清理，严格控制尺寸。 2．钢管桩打设 钢管桩由80t履带吊配合DZ120型振动锤振动沉桩，沉桩顺序由小里程向大里程逐跨推进。 3．下横梁安装 钢管桩施打完毕后即可进行下横梁的施工。栈桥下横梁材料采用双拼工40a型钢。采取在后场先加工，拖运至现场直接吊装的施工方法。 4．贝雷梁安装 （1）下横梁安装就位后，通过测量确定主纵梁的位置。 （2）主纵梁贝雷片在后场按设计拼成12、15m长度，然后用平板运输车运输到位，安装在双拼40工字钢下横梁上。 （3）贝雷片安装时，与上一跨贝雷片阴阳接头组合（阳头套在阴头内）。且节点位置一定要落在横梁上。 （4）安装就位后，与下横梁焊接限位，进行横向、竖向限位，并将其固定在下横梁上。 5．横纵向分配梁安装及桥面铺装 分配横梁采用I18a，间距70.5cm，必须安装在贝雷片节点上。分配横梁与贝雷梁连接采用U型螺栓连接。U型螺栓每隔3m固定一道。 五、栈桥运营监测 为更好的监测钢栈桥的应力及变形状况，在钢栈桥关键部位（钢管柱和下横梁跨中）布置应变片来监测钢管柱和下横梁的应力状况，并在栈桥上车辆荷载最大时采用全站仪监测下横梁跨中位置最大位移。通过监测发现钢管柱最大应力为15MPa，下横梁跨中位置最大应力为60MPa，该位置最大位移为1.6mm，应力及位移值与模型模拟数值接近。 六、结语 根据南盘江双线大桥悬浇连续梁段施工工艺要求，需要修建钢栈桥作为机械、材料、人员交通运输通道。经过方案比选后选择贝雷梁钢栈桥。通过Midas civil有限元软件首先选择弯矩最大的车辆荷载（最不利工况）进行模型分析计算，计算分析后各杆件计算结果均满足要求，证明了该方案选择的可行性，同时计算了钢管柱在南盘江中的入土深度。最后通过对布置在钢栈桥关键位置的应变片进行施工运营监测，验证了模型分析的合理性。为今后类似工程提供了很好的参考价值。 参考文献 [1] 北京钢铁设计研究总院.GB50017-2003，钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003. [2] 周水兴，何兆益，邹毅松等.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，1995. [3] 赵明华.土力学与基础工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2003.