【工程追踪】深圳马峦山公园1号桥

 

马峦山公园1号桥桥梁总长为1847.55m,其中有4*45波形钢腹板-钢管组合梁。主梁由混凝土顶底板、波形钢腹板、下弦杆、钢桁连接等构成。...



文/陈宜言 董桔灿 代亮(深圳市市政设计研究院     福州大学)

波形钢腹板PC组合箱梁桥较传统PC箱梁桥,不但减轻了主梁自重,改善了施工性能,而且提高了预应力效率,降低了工程造价。考虑传统的波形钢腹板在浇筑混凝土底板时较为麻烦,采用受压性能优越的钢管混凝土弦杆替代混凝土底板。法国的Maupre高架桥采用钢管混凝土为下弦杆,通过波形钢腹板与混凝土桥面板上弦形成整体。但单根管的倒三角形结构自身稳定性差,下弦单管可操作空间有限,另外其不太适用于跨径大或桥面宽的桥梁。

受Maupre桥主梁构造启发,深圳市政院和福州大学陈宝春教授提出了新型组合结构——波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁,并申请了发明专利。它由混凝土板上弦、哑铃形钢管混凝土下弦,通过波形钢腹板连接组成,如图1所示。结构受力上,一方面,组合梁在连续梁跨中正弯矩处,可利用混凝土顶板抗压强度大的特点来承受压应力,利用下弦钢管抗拉性能好的优势承受拉应力;另一方面,在支座处可由施加了预应力的混凝土顶板和抗压强度高的钢管混凝土下弦杆共同承受负弯矩的作用

图1(左上) 波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁
图2 桥梁效果图

工程概要

马峦山公园1号桥是深圳市南坪三期快速路工程中的一座城市桥梁,位于深圳市大山陂-矿山水库南侧水源保护区内。该水库是东部供水干线检修期间的备用水库,也是现状塘岭水厂的供水水源,等级为小(Ⅰ)型。根据水源保护单位的要求,为减少桥梁施工期间对环境的影响,需要快速施工、无支架施工的桥梁工程。常规方案是采用装配式预制小箱梁、钢箱梁等结构。经过多方案比选,本项目采用多弦杆组合梁改良结构。它是一种新颖结构桥型,具有原创性和研究价值。该桥为3×45m连续梁,桥宽20m。



主要技术标准

1.道路等级:城市快速路,车速80km/h。

2.设计基准期:100年;设计安全等级为一级。

3.汽车荷载:城-A级。

4.环境类别:地面以上结构Ⅰ类,地面以下结构Ⅱ 类。

5.地震烈度:Ⅵ度,地震动峰值加速度0.05g。桥梁抗震设防分类为乙类,场地类别为II类。

6.温度荷载:竖向日照正温差T1=14℃,T2=5.5℃; 竖向日照反温差T1=-7℃,T2=-2.75℃。



结构设计

马峦山公园1号桥主梁由混凝土顶底板、波形钢腹板、下弦杆、钢桁连接等构成。同波形钢腹板PC组合箱梁相比,由于采用钢管下弦管代替混凝土底板,减轻主梁自重,提高结构抗裂性和整体性。与桁架组合箱梁相比,避免了腹杆与底管相贯节点,很好地解决了节点疲劳破坏问题,具有较强的抗形变能力和延性。具有自重轻、抗震性能好、结构抗裂性和整体性能优异的优点。

主梁设计
已建波形钢腹板PC组合箱梁大多数是单室箱梁结构, 随着多室箱梁的翘曲应力、扭转应力及各腹板剪力分担比例计算方法的完善,横截面的构造形式也将会实现多样化。马峦山公园1号桥箱梁采用双箱单室断面,桥面宽度20m,跨中标准断面梁高2.8m,横梁断面梁高3m。悬挑端部厚20cm,根部厚50cm,箱梁顶板标准厚度30cm,横梁附近1.2m范围内顶板加厚至50cm,底缘采用直径720mm圆钢管,内部灌注C50微膨胀混凝土。箱内每4.8m设置一道横隔,一跨45m共设9道横隔,箱间每4.8m同箱内对应设置一道横隔,增加整体抗扭性能。墩顶设置混凝土横梁,端支点横梁厚度为1.2m,中支点横梁厚度为2.5m。全桥均采用波形钢腹板,钢材为Q345qC,板厚12mm~24mm,其形状为1600型。

横断面布置为:2m(检修道及栏杆)+16m(行车道)+2m(检修道及栏杆)=20m。单向横坡2%。
波形钢腹板及连接设计
波形钢腹板的形状是按照剪切屈服前不发生剪切屈曲,极限荷载作用时不发生剪切屈服,并且考虑桥梁横向刚度等因素确定构造尺寸。其次,压力机的制作能力、运输尺寸的限制、现场吊装和拼装要求也决定了波形钢腹板的形状。另外,经济性、景观性等也是决定波形钢腹板形状的条件。本桥波形钢腹板的构造尺寸采用1600型,波长1600mm,波高22mm,直板段水平长度为430mm,斜板段水平长度为370mm,钢材为Q345qC,板厚12mm~24mm。

波形钢腹板与顶板混凝土之间的连接,主要作用在于传递桥轴方向的剪力,是确保波形钢腹板与混凝土顶板和下弦管底板共同受力的关键构造。因本桥箱梁较宽,为确保连接的可靠性,波形钢腹板与混凝土顶板的连接采用波形钢腹板顶端焊有翼缘板的焊钉连接键,焊钉直径22mm,长度150mm,根据内力分段布置;与下弦管连接采用直接对焊。



施工工序及要点

桥位处地形以旱地为主,施工场地大部分地区较为宽阔,施工时要保护水源,减少对环境的破坏与影响。

施工顺序
1.桩基、承台、桥墩及桥台施工,同步进行钢梁工厂制作,拆卸成节段运至现场;

2.临时支墩施工,同步进行现场桁架梁拼装;

3.钢骨架吊装就位,拼接缝焊接及修复;

4.绑扎横梁钢筋,浇筑横梁混凝土,并养护;

5.浇筑混凝土顶板,分批张拉负弯矩区预应力钢束;

6.安装伸缩缝、栏杆,铺装桥面沥青混凝土;

8.拆除模板及支架,清理钢结构表面,涂装最后一道面漆;

9.整理场地,成桥运营。


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