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 張紅華

 (中鐵武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司  武漢  430074)

摘要  武漢市鸚鵡洲過(guò)江通道武昌岸接線梅家山立交上跨京廣鐵路立交橋采用50 m+85 m+50 m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為主線雙向6車道+E匝道與主線并線漸變段(橋?qū)?5. 0～26.O m)，采用單箱四室斜腹板箱形截面。為保證施工期間鐵路運(yùn)營(yíng)的安全，在鐵路左右側(cè)分別采用轉(zhuǎn)體施工，單個(gè)橋墩轉(zhuǎn)體重量為9 600 t，轉(zhuǎn)體角度分別為順時(shí)針62。及70。。文中介紹了該橋橋型布置、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算結(jié)果。

關(guān)鍵詞  連續(xù)梁轉(zhuǎn)體系統(tǒng)有限元球鉸上轉(zhuǎn)盤(pán)撐腳

 武漢市鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋兩岸接線工程，道路等級(jí)為城市快速路，全線采用高架橋加地面輔道型式。道路標(biāo)準(zhǔn)寬26 m，雙向6車道；主線設(shè)計(jì)車速60 km/h，匝道40 km/h;主線橋面橫坡為1.5%；跨京廣鐵路處凈空不小于8.5 m;橋梁抗震設(shè)防類別B類，抗震設(shè)防烈度6。（對(duì)應(yīng)水平向設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)加速度峰值0. 05g），抗震設(shè)防措施等級(jí)7級(jí)。

1  總體設(shè)計(jì)

 武昌岸接線工程梅家山立交主線橋于京廣鐵路下行線K1211+ 717. 20處上跨京廣鐵路。公路里程為K14+056～K14+241，全長(zhǎng)185 m，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為主線雙向6車道+E匝道與主線并線漸變段(橋?qū)?5. 0～26.O m)。上跨橋橋址位于武昌火車站南咽喉，距武昌車站700 m左右，既有鐵路共6股道。

橋跨的布置應(yīng)滿足京廣鐵路的紅線控制范圍及鐵路各項(xiàng)技術(shù)要求，保證施工期京廣鐵路的運(yùn)營(yíng)安全。所選橋型應(yīng)盡量減少橋梁維修對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)母蓴_，滿足現(xiàn)狀鐵路及規(guī)劃鐵路的規(guī)范凈空要求。綜合考慮以上因素及橋梁結(jié)構(gòu)的功能、安全、經(jīng)濟(jì)和美觀性要求，以及結(jié)構(gòu)與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，梅家山立交主線橋采用50 m+85 m+50 m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁上跨京廣鐵路。采用轉(zhuǎn)體施工，在鐵路左右側(cè)分別轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)體橋墩為ZW220及ZW221，單個(gè)橋墩轉(zhuǎn)體重量為9 600 t，轉(zhuǎn)體角度分別為順時(shí)針62。及70。。橋型布置見(jiàn)圖1。

2上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主梁采用單箱四室斜腹板箱形截面，中支點(diǎn)處梁高5.0 m，端部梁高2.5 m，梁底線形按圓曲線變化，50 m邊跨端部直線段長(zhǎng)9.15 m，中跨合龍段長(zhǎng)3.5 m。箱梁頂板寬26～35 m，底板寬16. 65～25. 65 m，兩側(cè)懸臂板長(zhǎng)各4.0 m，懸臂板端部厚22 cm，根部厚55 cm;箱梁體頂、底板傾斜形成橋面橫坡。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，其中縱向預(yù)應(yīng)力采用17-Qs15.2及9-Qs15.2鋼絞線，15-17及15-17P型錨固體系，預(yù)應(yīng)力采用頂、底板及腹板布束方式且盡量靠近腹板布置；橫向預(yù)應(yīng)力采用3-Qs15.2，BM15-3型錨固體系，單端交錯(cuò)張拉，間距50 cm；豎向預(yù)應(yīng)力采用直徑32 mm精扎螺紋鋼筋，張拉控制應(yīng)力為540 kN，沿主橋縱向間距100 cm布置，張拉完縱向預(yù)應(yīng)力束后和橫向預(yù)應(yīng)力一并張拉。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橫斷面見(jiàn)圖2。

3下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1橋墩、承臺(tái)及基礎(chǔ)

 下部結(jié)構(gòu)中墩采用雙柱式框架墩，墩身橫橋向尺寸為3.0 m，縱橋向尺寸2.5 m，轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)采用環(huán)道與中心支承相結(jié)合的球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體系；基礎(chǔ)采用直徑2.0 m的鉆孔灌注樁。矩形承臺(tái)尺寸為12.6 m×12.6 m×3.0 m。邊墩采用雙柱式框架墩，墩身橫橋向尺寸為1.7 m，縱橋向尺寸1.7m，基礎(chǔ)采用直徑1.5 m的鉆孔灌注樁。單個(gè)矩形承臺(tái)尺寸為6.8 m×2.5 m×2.5 m。

3.2轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)由下轉(zhuǎn)盤(pán)、球鉸、上轉(zhuǎn)盤(pán)、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)及微調(diào)系統(tǒng)等組成，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)布置見(jiàn)圖3。

 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)布置圖中，球鉸平面Ri，滑道中心半徑Rz，球鉸球面半徑R3，定位鋼柱直徑Di，下盤(pán)滑道寬度D2，上盤(pán)保險(xiǎn)腿直徑D3，豎向外力F，，偏心e，保險(xiǎn)腿受力F2，定位銷剪力t，球鉸采用C50混凝土。

 本橋設(shè)計(jì)尺寸為Ri =1. 65 m，R2一3.8 m，R3 =6 m,D,一0.27  rri,D2 =1.1 m,D3—0.8 m。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算，轉(zhuǎn)盤(pán)上部結(jié)構(gòu)合力取Fi一96 000 kN。假設(shè)主梁兩側(cè)不平衡力400 kN（包括齒塊重量差和施工誤差），作用于最大懸臂端，力矩16 300 kN．m，偏心為0.17 m。

 根據(jù)橋梁所在地區(qū)基本風(fēng)壓值計(jì)算主梁承受的風(fēng)力為：F= 195.5 kN，橋墩承受風(fēng)力F= 13.4kN，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)平面的力矩之和為：195.5×14+28,8×5=2 881.3 kN．m，偏心0.03 m。風(fēng)力和主梁自身不平衡力的合力矩偏心為0.172 m。

3.2.1球鉸設(shè)計(jì)

 球鉸是實(shí)現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵，是轉(zhuǎn)動(dòng)體系的核心構(gòu)件，本橋由于轉(zhuǎn)體重量大，故采用鋼球鉸。

球鉸按不考慮保險(xiǎn)腿受力設(shè)計(jì)，當(dāng)有不平衡荷載時(shí)，球鉸為偏心受壓構(gòu)件，假設(shè)承壓面為小偏心受壓，轉(zhuǎn)心面積A一7tRi2。

3.2.4定位銷抗剪設(shè)計(jì)

 定位銷受力最不利情況為結(jié)構(gòu)荷載偏心最大，保險(xiǎn)腿不受力的情況。結(jié)構(gòu)偏心產(chǎn)生的水平不平衡力由定位銷和球鉸摩擦力共同承擔(dān)，由于摩擦力很小，不考慮摩擦力的影響時(shí)，定位銷承受的水平剪力為

 定位銷直徑取27 cm，抗剪容許應(yīng)力80MPa，抗剪設(shè)計(jì)值為4 241 kN，滿足抗剪要求。

3.2.5上盤(pán)受力計(jì)算

上盤(pán)是轉(zhuǎn)體的重要結(jié)構(gòu)，在整個(gè)轉(zhuǎn)體過(guò)程中形成一個(gè)多向、立體的受力狀態(tài)，上盤(pán)布有縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力鋼筋。上盤(pán)邊長(zhǎng)1 080 cm，高200cm;轉(zhuǎn)臺(tái)直徑870 cm，高度90 cm。上轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)應(yīng)力布置見(jiàn)圖4。

由于上轉(zhuǎn)盤(pán)受力復(fù)雜，采用有限元軟件MI-DAS FEA建立實(shí)體模型進(jìn)行分析，模型見(jiàn)圖5。經(jīng)計(jì)算上轉(zhuǎn)盤(pán)均為壓應(yīng)力，未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求且有較大的富余。

4轉(zhuǎn)體施工控制

 本橋?yàn)樽儗挾葮蛄�，轉(zhuǎn)體施工前及轉(zhuǎn)體施工時(shí)須對(duì)主梁的線形、下轉(zhuǎn)盤(pán)應(yīng)力、轉(zhuǎn)盤(pán)平整度等進(jìn)行一系列的控制測(cè)量。轉(zhuǎn)體前必須委托科研單位對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行稱重，實(shí)測(cè)其重心位置，并進(jìn)行配重，使全部轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)重量主要由中心球鉸承擔(dān)。

 正式轉(zhuǎn)體前應(yīng)進(jìn)行試轉(zhuǎn)，對(duì)監(jiān)控量測(cè)和參數(shù)測(cè)試結(jié)果對(duì)理論啟動(dòng)牽引力、轉(zhuǎn)動(dòng)牽引力、配重等進(jìn)行調(diào)整。應(yīng)避免在雨雪天氣、大風(fēng)天氣、夜間等外部不利條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)體�？啥啻无D(zhuǎn)體，但要盡量減少轉(zhuǎn)體次數(shù)。必要時(shí)對(duì)梁體進(jìn)行姿態(tài)微調(diào)，然后鎖定上下轉(zhuǎn)盤(pán)，對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行固封，并將懸臂梁端通過(guò)臨時(shí)鎖定結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起。

5結(jié)語(yǔ)

 梅家山立交跨京廣鐵路立交橋?yàn)槲錆h市鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋兩岸接線工程的控制節(jié)點(diǎn)，工期緊，精度要求高，采用轉(zhuǎn)體法施工。由于本橋?yàn)樽儗挾葮蛄�，試轉(zhuǎn)之前，對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了稱重試驗(yàn)，并進(jìn)行了合理的配重。該橋于2014年10月23日及24日對(duì)鐵路左右側(cè)橋梁進(jìn)行了轉(zhuǎn)體，分別歷時(shí)40 min，轉(zhuǎn)體過(guò)程平穩(wěn)，梁體的應(yīng)力狀態(tài)和線形均滿足設(shè)計(jì)要求。

 隨著我國(guó)公路、市政及鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，橋梁跨越既有鐵路的機(jī)會(huì)增多，為減少對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響，應(yīng)優(yōu)先采用轉(zhuǎn)體施工。