合福鐵路高溝制梁場(chǎng)箱梁靜載試驗(yàn)臺(tái)座設(shè)計(jì)

王紹棟

1 項(xiàng)目概況

合福鐵路銅陵長(zhǎng)江大橋北岸鐵路引橋(DK122+089.769～DK130+051.748)上部結(jié)構(gòu)除 N4～N7，N101～N104采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁外，其余均采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁，其中245片32 m簡(jiǎn)支箱梁，6片24 m簡(jiǎn)支箱梁。梁場(chǎng)主要施工方案為:梁場(chǎng)內(nèi)高臺(tái)位法制梁，900 t輪胎式搬運(yùn)機(jī)移梁，存梁臺(tái)座單層存梁，箱梁運(yùn)送至提梁區(qū)由跨線450 t提梁機(jī)提梁上橋，橋上900 t輪式運(yùn)梁車運(yùn)梁，900 t上導(dǎo)梁式架橋機(jī)架梁施工方案。箱梁架設(shè)順序先向福州方向架設(shè)112片梁，后向合肥方向架設(shè)139片梁。

2 地質(zhì)情況

梁場(chǎng)位于無(wú)為縣高溝鎮(zhèn)銅陵公鐵長(zhǎng)江大橋北岸，原地主要為農(nóng)田及水塘，場(chǎng)地較平坦，地面標(biāo)高一般在6.86 m～7.27 m之間。

據(jù)勘察報(bào)告，梁場(chǎng)場(chǎng)地范圍內(nèi)的土層劃分為6層，各土層的土性特征及其分布情況自上而下分述如下:

3 靜載試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)文獻(xiàn)[1］[2］的要求，試驗(yàn)采用10臺(tái)千斤頂同步加載來(lái)實(shí)現(xiàn)。加載時(shí)10臺(tái)千斤頂分為2列，每列5臺(tái)，中間的千斤頂位于箱梁跨中，其余的在其兩側(cè)對(duì)稱布置，千斤頂之間的縱向間距為4 m，橫向間距為6.236 m。根據(jù)文獻(xiàn)[1］[2］的計(jì)算，試驗(yàn)時(shí)單臺(tái)千斤頂最大加載值約為1 140 kN，靜載試驗(yàn)臺(tái)座系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)按單臺(tái)千斤頂1 300 kN考慮。

試驗(yàn)時(shí)箱梁所需荷載由位于箱梁頂面的千斤頂提供，箱梁為千斤頂提供的反力由反力架、傳力桿傳遞到“地錨+抗拔樁”平衡，箱梁靜載試驗(yàn)立面圖與橫截面圖示如圖1，圖2所示。

圖1 32 m箱梁靜載試驗(yàn)立面布置圖

圖2 靜載試驗(yàn)橫截面示意圖

3.1 反力架

反力架長(zhǎng)15 m，采用6排單層加強(qiáng)型貝雷桁架，排間距226 mm。每排貝雷桁架之間采用自制支撐架連接，以增強(qiáng)整組桁架的橫向穩(wěn)定性。上下均設(shè)置分配梁，分配梁型號(hào)為2[32a。上分配梁用于精軋螺紋鋼筋拉桿的錨固，下分配梁用于傳遞千斤頂荷載。反力架彎矩:Mmax=FL=1 300×3.532=4 591.6 kN·m。反力架剪力:Qmax=F=1 300 kN。反力架抗彎能力:[M］=nξ[N］H=6×0.95 ×1 125×1.5=9 618.8 kN·m ＞Mmax=4 591.6 kN·m，滿足要求。反力架抗剪能力:[Q］=nξk[N斜］=6 ×0.95 ×1.43 ×171.5=1 397.9 kN＞Qmax=F=1 300 kN，滿足要求。反力架剛度按吊車梁和吊車桁架容許撓度l/500驗(yàn)算，即反力架容許最大撓度為(6 236+3 532×2)/500=2.7 cm。根據(jù)文獻(xiàn)[3］經(jīng)驗(yàn)公式 fm=d×(n2－1)/8=0.355 6×(52－1)/8=1.1 cm ＜2.7 cm，滿足要求。

3.2 傳力桿

單側(cè)傳力桿采用4根φ32精軋螺紋鋼筋，強(qiáng)度等級(jí)PSB785，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值650 MPa，傳力桿與分配梁間通過(guò)配套螺母錨固。

單根精軋螺紋抗拉承載力設(shè)計(jì)值F=π×322/4×650=530 kN＞1 300/4=325 kN，滿足要求。

3.3 地錨、抗拔樁

單側(cè)混凝土地錨基礎(chǔ)尺寸(長(zhǎng)×寬×高):19 m×2.5 m×2.3 m，γ =22 kN/m3。按四跨連續(xù)梁計(jì)算，q=2.3 ×2.5 ×22=126.5 kN/m，5組傳力桿中由地錨提供的最小拉力為434 kN。傳力桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)置2根PHC500-100抗拔樁，抗拔樁承受向上拉力Fmax=1 300－434=866 kN，抗拔樁入土深度計(jì)算參數(shù)如表1所示。依據(jù)文獻(xiàn)[4］摩擦樁軸向受拉容許承載力[P′]=0.30U∑aifili=0.30 ×0.5π ×(12.17×20+13.83 ×50)=440 kN ＞0.5 ×Fmax=433 kN。 根據(jù)管樁生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)，PHC500-100單樁所能承受的最大軸向拉力為600 kN＞0.5×Fmax=433 kN。因此，每組傳力桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)置2根l=26 m的PHC500-100抗拔樁，可滿足試驗(yàn)加載要求。

表1 抗拔樁入土深度計(jì)算參數(shù)表

3.4 地錨與抗拔樁連接

地錨和抗拔樁通過(guò)管樁內(nèi)填充膨脹鋼筋混凝土連接，混凝土之間粘結(jié)強(qiáng)度0.1 MPa，螺紋鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度2.5 MPa，則:

填芯混凝土深度為:h=433×103/(3.14×300×0.1)=4 597 mm，考慮到施工過(guò)程中不利因素的影響，填充深度按6 000 mm取值。

不考慮混凝土受拉，需對(duì)填芯混凝土進(jìn)行配筋，HRB335抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值280 MPa，則 As=433 ×103/280=1 546 mm2，采用8φ22(As=3 041 mm2)沿填芯混凝土徑向布置可滿足要求。受拉鋼筋在混凝土地錨內(nèi)錨固長(zhǎng)度:l=433×103/(2.5×8×3.14×22)=313 mm，考慮施工過(guò)程中不利因素的影響，錨固深度取500 mm。

3.5 傳力桿與地錨抗拔樁連接處理

傳力桿在地錨內(nèi)埋置深度1 500 mm，底部設(shè)分配梁穿過(guò)2根抗拔樁頂錨固鋼筋，同時(shí)將地錨內(nèi)錨固鋼筋彎折一定角度呈喇叭狀并增設(shè)螺旋筋、鋼筋網(wǎng)片提高地錨局部承壓能力和結(jié)構(gòu)錨固效果。

3.6 存梁臺(tái)座基礎(chǔ)

箱梁四角支座分別支承于四個(gè)存梁臺(tái)座上，立柱截面為圓形，直徑D=760 mm，高度1 200 mm，鋼筋混凝土承臺(tái)尺寸為2.5 m×2.5 m×1.0 m，底部持力樁為 PHC500-100混凝土預(yù)應(yīng)力管樁，相鄰混凝土樁間距1.5 m，立柱與承臺(tái)的混凝土標(biāo)號(hào)均為C30。

3.6.1 臺(tái)座立柱

梁體自重、加載力、輔助設(shè)備總重為2 218 t，每個(gè)支點(diǎn)單獨(dú)承載554.5 t，按截面最小配筋率配筋采用10根φ18，As′=2 545 ＞3.14 ×3802×0.5%=2 267 mm2。

其中，N為軸向壓力設(shè)計(jì)值;A為構(gòu)件的截面面積;As′為全部縱向受壓鋼筋截面面積;fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，采用C30混凝土，取14.3 MPa;fy′為縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，HRB335鋼筋取280 MPa;φ為鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，短柱取1.0。將各計(jì)算數(shù)值代入式中，單個(gè)立柱受壓承載力為:NU=0.9×1.0 ×(14.3 ×3.14 ×3802+280 ×2 545)=6 476.8 kN，滿足使用要求。

3.6.2 臺(tái)座樁基礎(chǔ)

每個(gè)立柱下設(shè)4根PHC500-100管樁，軸向壓力P=(5 545+6.7×25)/4=1 428 kN，依據(jù)文獻(xiàn)[4］計(jì)算出單根管樁深度為32 m。

3.6.3 臺(tái)座承臺(tái)

縱筋合力點(diǎn)至近邊距離為100 mm，截面有效高度h0=1 000－100=900 mm，承臺(tái)頂?shù)膱A形立柱換算成方柱，bp=0.8×d=0.8×0.76=0.608 m，樁列間距及樁行間距 Sa=1.5 m，即柱邊彎矩設(shè)計(jì)值計(jì)算如下:

混凝土標(biāo)號(hào)為 C30，鋼筋采用 HRB335，即 fc=14.3 MPa，ft=1.43 MPa，fy=280 MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

高溝制梁場(chǎng)箱梁靜載試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用施工中常用的貝雷梁作為反力架，安裝拆除方便;抗拔樁采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工快捷，系統(tǒng)整體受力特點(diǎn)明確，強(qiáng)度、剛度及整體穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，在實(shí)際使用過(guò)程中效果良好。

[1]TB/T 2092-2003，預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支梁靜載彎曲試驗(yàn)方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S］.

[2]HF-18，關(guān)于靜載試驗(yàn)有關(guān)問(wèn)題的回復(fù)[M］.北京:中鐵咨詢橋梁工程設(shè)計(jì)研究院，2011.

[3]黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)[M］.北京:人民交通出版社，2002.

[4]TB 10002.5-2005，鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[5]葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M］.第2版.北京:人民交通出版社，2004.