太湖長江三號深水鐵路橋施工拱橋總體設計

太湖長江三號深水鐵路橋施工拱橋總體設計

1跨江主橋橋位所處區(qū)域蕪湖長江大橋位于蕪湖山區(qū)附近，全長563.36米。主河道的主要橋梁為（99.3.08.58和224.85.3）m的高塔式斜拉橋。橋位所在區(qū)域為長江中下游沖積平原，主要受長江徑流影響，一般每年5～10月為汛期，11月～次年4月為枯水期。2．魚內(nèi)河口面高程與水文水化蕪湖長江三橋無為側和蕪湖側浮橋結構形式類似，以蕪湖側浮橋為例進行介紹。蕪湖側水域內(nèi)河床面平均高程-20.0m，洪水期水位最高達+11.0m，水流流速2.5m/s，水深31.0m；枯水期水位低至+0.5m，水流流速1.5m/s，水深20.5m2.1貝雷梁跨主梁安裝蕪湖側浮橋布置于5號墩和3號橋塔墩之間，棧橋的終點即為浮橋的起點，浮橋第一跨貝雷梁一端通過連接架與棧橋貝雷梁銷軸連接，另一端通過銷軸與浮箱底座連接。浮橋全長272.3m，跨徑布置為（35.5+6×36+18)m，各跨主梁之間設置0.4m的間隙。浮橋總體布置如圖2所示。浮橋終點設置于3號橋塔墩旁的800t駁船上，駁船同時作為施工人員和混凝土泵管到達3號橋塔墩設置沉井基礎的施工通道。2.2浮箱及浮箱布置浮橋主跨跨徑為36m，主梁采用貝雷梁簡支體系，貝雷梁由多組貝雷片通過弦桿端部銷軸連接組成，2榀貝雷梁之間通過設置花架提高浮橋結構穩(wěn)定性。浮橋橫向布置4榀貝雷梁，間距為0.9m+3.3m+0.9m，總寬6.0m，浮橋橋面板采用I10@750mm分配梁+6mm厚花紋鋼板組成，在浮橋橋面兩側均設置混凝土泵管，泵管間距為0.4m+2.0m+0.4m，人行道布置在間距2.0m混凝土泵管之間。浮箱作為貝雷梁基礎，在浮箱上對應貝雷梁弦桿位置設置4個底座，底座間距為0.9m+3.3m+0.9m，且底座上預留銷軸孔，通過銷軸將貝雷梁弦桿與浮箱上底座進行連接。浮橋橫斷面布置如圖3所示。5號墩和3號橋塔墩之間共設7個浮箱（X1～X7），單個普通浮箱長12m、寬6.1m，由3根ue7882000mm×8mm鋼管焊接組拼而成。為減小浮箱所受水流力，將浮箱兩端切割成尖端型，以減小水阻系數(shù)。浮箱平面布置如圖4所示。為保證浮橋橫向穩(wěn)定，在上游側設置14個混凝土錨碇，下游側設置7個混凝土錨碇。將浮橋X4號浮箱（最中間的浮箱）長度設計為24m，以減少水流波浪或風振引起的浮橋擺動，提高浮橋的整體穩(wěn)定性，保證浮橋安全。同時，為適應水位變化，浮橋第一跨貝雷梁兩端分別與連接架和浮箱底座銷軸連接，浮橋第一跨立面布置如圖5所示。浮橋尾端在800t駁船頂面設置縱向滑動底座，使貝雷梁可隨水位變化縱向伸縮。3計算與橋差的計算3.1結構內(nèi)力荷載t浮橋主要承擔3號橋塔墩、4號墩施工期間施工人員通行和混凝土的運輸。浮橋設計荷載主要為自重和可變荷載。(1）自重。浮橋上部結構自重q(2）可變荷載?？勺兒奢d主要包括：人行荷載、混凝土荷載、風荷載、水流力。其中，(1)人行荷載：浮橋作為橋梁作業(yè)人員工作道通，人行道寬度按1.6m計，q(3）浮橋設計荷載按非工作狀態(tài)和工作狀態(tài)2種組合進行考慮，荷載組合如表1所示。3.2貝雷梁插桿受力浮橋承重結構為貝雷梁，單跨最大跨度為36m?？紤]相關荷載組合，浮橋上部結構在使用期間，主要承受荷載Q經(jīng)計算可知：貝雷梁豎桿內(nèi)力為57.3kN，弦桿內(nèi)力為368.6kN；橋面板中I10型鋼最大應力為59.2MPa,6mm厚花紋鋼板最大應力為18.5MPa，浮橋上部結構設計截面布置及材料規(guī)格選取均滿足規(guī)范要求。3.3浮箱模型計算(1）浮箱水流力。按相關規(guī)范和水流流速進行計算，洪水期浮箱水流力F(2）浮箱吃水深度。浮箱吃水深度由浮力與重力相等確定。非工作狀態(tài)和工作狀態(tài)下浮箱的吃水深度分別為0.93m和1.3m，浮箱ue7882000mm鋼管滿足吃水深度要求。3.4浮箱預應力與邊界條件浮箱在錨繩拉力、水流力作用下會出現(xiàn)順時針偏角，浮橋設計時將浮橋上部結構沿浮箱中心線向下游側預偏，可保證浮箱水平。由于上、下游側均設置錨碇，下游側錨碇預拉力為水平力的0.5倍，上游側錨碇受力為水平力的1.5倍，考慮上、下游錨繩共同作用時，浮箱受力計算簡圖如圖7所示。預偏量Δ計算時，取自重+1/2可變荷載，上部結構自重G錨繩作用下產(chǎn)生的彎矩及水平力附加彎矩：M根據(jù)彎矩平衡可得：預偏量Δ=M同時，為保證浮橋在其它極端條件下的橫向平衡穩(wěn)定，可在浮箱下游側設置可移動式混凝土壓重，壓重位置根據(jù)實際情況進行調(diào)整。3.5錨系統(tǒng)的計算和分析3.5.1混凝土錨碇混凝土為控制浮箱在水流力及水位變化條件下平面位置，在上、下游設置混凝土錨碇，拋錨距離浮橋100m?；炷铃^碇采用C25混凝土，尺寸為2.0m×2.0m×1.0m，自重G=96kN，單個混凝土錨碇可提供水平力為自重的0.3倍。浮橋所受風力F混凝土錨碇提供的水平力應大于浮箱所受水平力，則錨碇提供的水平力：F=0.3G=28.8kN>23.68kN。3.5.2最大深水計算錨繩采用6×37S+FC型鋼絲繩(1）錨繩長度。根據(jù)近幾年水文資料可知，枯水期水位為+0.5m，洪水期水位為+11.0m。計算錨繩長度時取洪水期最大水深計算，即h=31m。選定混凝土錨碇拋錨點與浮箱之間的水平距離為l=100m，則錨繩長度可采用下式計算。洪水期水位為+11.0m時，浮箱所受水平力F=F水(2）錨繩收放長度。通過對洪水期和枯水期錨繩長度的計算，當水位變化Δh=7.0m時，錨繩長度變化Δl=S-S(3）錨繩受力。經(jīng)計算，混凝土錨碇與浮箱之間的錨繩受力P=17.76kN。ue78822mm鋼絲繩破斷力[P]=267kN，安全系數(shù)μ=[P]/F=15.0>[μ]=4。4橋梁施工和使用維護4.1橋梁施工浮橋構件在工廠制作完成后運至橋位。首先將浮箱拖到設計位置，拋錨及拉設錨繩固定浮箱4.2浮箱及預錨裝置(1）浮橋與棧橋之間的連接架為重要受力構件，水位變化劇烈時應對其變形進行觀測。(2）為保證施工期間航道安全通行，在浮箱上相應位置設置航道警示燈，保證浮橋在使用過程中避免行船碰撞。(3）浮橋在水流速度及水位變化下產(chǎn)生較大橫向位移，定期對水位及水流速度進行觀測，及時收放錨繩，減少浮橋在水平位移下產(chǎn)生的彎矩。收放錨繩時，可采用3t導鏈配合作業(yè)，錨繩調(diào)整到位后，對錨繩重新打梢。(4）在錨繩與浮箱底座連接處應使用套環(huán)（離心環(huán)）連接，防止入水口鋼絲繩與浮箱間密貼而損傷鋼絲繩。(5）定期清理浮橋所攔雜物，保持橋面干凈、整潔。5結構形式的選擇蕪湖長江三橋施工浮橋充分利