3、結構分析
結構分析采用有限元程序SAP91進行三維空間計算,包括整體分析、穩(wěn)定分析等,用橋梁專用平面分析程序PRPB和BSACS分別進行了驗算。在計算時橋面以上主拱拱肋除按鋼管混凝土設計外,還用類似于鋼筋混凝土構件的方法進行施工計算,在截面形成階段采用應力疊加法設計。鋼管的套箍系數(shù)取0.8.
3.1 施工階段計算本橋施工體系轉換分五個階段進行,施工中中孔利用既有鐵路鋼橋作支架,待新橋建成后拆除既有橋。
第一階段:在支架上現(xiàn)澆兩邊段(立柱、拱、橫梁)及全橋邊縱梁,待混凝土達到強度后每片邊縱梁內張拉兩根預應力束。
第二階段:將工廠內制造的主拱肋鋼管,每側7段,運到工地,在邊縱梁上搭設支架拼裝就位?珍摴芄袄吆蠑n后即封住主拱、縱梁結合處,再形成鋼管混凝土截面。待主拱內混凝土達到設計強度后即開始張拉吊桿,給吊桿以初始張拉力,后錨固于主拱肋內,F(xiàn)澆中段橫梁,待混凝土達到設計強度的90%后,張拉橫梁預應力筋,澆全橋小縱梁,待混凝土達到設計強度后,張拉小縱梁內的預應力束。在每片邊縱梁兩端施加預應力,張拉兩根預應力束。
第三階段:張拉邊縱梁內T2及B2各一束,鋪裝中孔橋面板后,拆除中拱支架。
第四階段:拆除邊拱支架,澆注全橋橋面板,張拉邊縱梁內三根預應力束。
3.2 成橋階段計算進行以下幾方面的計算:
1. 二期恒載按換算均布荷載分擔到橫梁和縱梁上;
2. 支座沉降計算;
3. 溫度變化計算;
4. 活載為輕軌列車荷載,每列最多八節(jié),每節(jié)8軸,重車軸重170kN,輕車軸重80kN,雙線荷載;
5. 計算承軌臺在成橋后三個月、六個月、一年、三年的徐變變形量。
3.3 穩(wěn)定性分析在本橋的穩(wěn)定性方面,設計時考慮兩片主拱之間加設三道一字型風撐,拱肋基礎連成整體。全橋整體穩(wěn)定分析采用SAP93曲屈穩(wěn)定分析程序進行計算,彈性穩(wěn)定系數(shù)10-12.
3.4 樁基計算樁基設計從三方面控制:
1.地基承載力控制:Nd= (upfili+fipAp)/K;
2.樁身強度控制:s£0.2R;
3.沉降控制:滿足軌道變形的要求,控制在2cm.最終沉降量采用分層總和法計算,將樁基承臺樁群與樁之間土作為實體深基礎,且不考慮沿樁身的壓力擴散角,壓縮層厚度自樁端全斷面算起,至附加壓力等于土的自重壓力的20%處。
沉降計算結果
4、施工關鍵問題
4.1 與既有鐵路橋關系及處理蘇州河橋橋位選擇的目的即是利用舊滬杭鐵路上的舊鐵路桁架作為施工架橋的臨時支架,新橋完成后即拆除舊橋。
經(jīng)調查得知:滬杭鐵路內環(huán)線上既有的蘇州河橋,建于1907年,基礎樁采用木樁,上部結構于1994年更換新鋼桁梁,鋼桁梁為一孔跨度44.34m的簡支梁,其全長45.4m,桁高5.5m,采用高強螺栓連接。一孔重量為132.98t(包括東側人行道及上弦檢查走道,人行道1.5m)。該橋為單線橋,設計活載為中活荷載。蘇州河橋其南端接萬航渡路平交道口,鐵路通訊、信號電纜從橋下穿過,市區(qū)電線、高壓線由橋側上空跨過。
因此橋梁設計時應考慮兩個問題,其一,如何使新橋在施工的各個階段施加于支架上的荷載不超過舊有鐵路橋的設計承載力,其二,保證舊橋拆除時不影響新橋的安全穩(wěn)定。
設計時,每個施工階段的計算均增加了一項,即驗算舊橋的承載力,對支架拆除順序進行了準確規(guī)定。但在施工時,有遇到以下問題:
1. 根據(jù)現(xiàn)場量測結果,新橋縱軸線偏離老橋軸線(南端82mm,北端73mm),使得老橋偏心受力。
2. 由于新橋全寬12.5m,而老橋全寬5.9m.新橋的兩側邊縱梁均位于老橋的外面,故施工支架必須伸出老橋之外,采用I字鋼橫向架設于老橋頂上,以滿足立模的需要和剛度要求。
3. 由于老橋桁梁的兩端為斜焊,上面不能架設I字鋼,另外,既有人行道在施工期內又不能封閉,故必須對老橋進行接長處理,以滿足架設I字鋼和橋上支架與岸上滿堂支架連接的需要,老橋接長采取在上弦桿用2根并列的I200mm接出,梁端部和岸上的豎桿均采用Φ300mm的鋼管,在梁的斜桿中間另加一根豎桿,各桿件的連接均采取滿焊的方式,并在縱橫向加設斜拉桿以增加穩(wěn)定。
4. 由于軌頂標高限制,老橋梁頂與新橋邊縱梁底的間距較小,架設施工支架I55 I 字鋼后,僅剩32cm左右的間隙,故邊縱梁底模下的縱向隔柵只能采用10X20cm的方木,在縱向隔柵與I字鋼之間墊楔形木,用以調整梁底標高,同時便于以后拆模。
結構分析采用有限元程序SAP91進行三維空間計算,包括整體分析、穩(wěn)定分析等,用橋梁專用平面分析程序PRPB和BSACS分別進行了驗算。在計算時橋面以上主拱拱肋除按鋼管混凝土設計外,還用類似于鋼筋混凝土構件的方法進行施工計算,在截面形成階段采用應力疊加法設計。鋼管的套箍系數(shù)取0.8.
3.1 施工階段計算本橋施工體系轉換分五個階段進行,施工中中孔利用既有鐵路鋼橋作支架,待新橋建成后拆除既有橋。
第一階段:在支架上現(xiàn)澆兩邊段(立柱、拱、橫梁)及全橋邊縱梁,待混凝土達到強度后每片邊縱梁內張拉兩根預應力束。
第二階段:將工廠內制造的主拱肋鋼管,每側7段,運到工地,在邊縱梁上搭設支架拼裝就位?珍摴芄袄吆蠑n后即封住主拱、縱梁結合處,再形成鋼管混凝土截面。待主拱內混凝土達到設計強度后即開始張拉吊桿,給吊桿以初始張拉力,后錨固于主拱肋內,F(xiàn)澆中段橫梁,待混凝土達到設計強度的90%后,張拉橫梁預應力筋,澆全橋小縱梁,待混凝土達到設計強度后,張拉小縱梁內的預應力束。在每片邊縱梁兩端施加預應力,張拉兩根預應力束。
第三階段:張拉邊縱梁內T2及B2各一束,鋪裝中孔橋面板后,拆除中拱支架。
第四階段:拆除邊拱支架,澆注全橋橋面板,張拉邊縱梁內三根預應力束。
3.2 成橋階段計算進行以下幾方面的計算:
1. 二期恒載按換算均布荷載分擔到橫梁和縱梁上;
2. 支座沉降計算;
3. 溫度變化計算;
4. 活載為輕軌列車荷載,每列最多八節(jié),每節(jié)8軸,重車軸重170kN,輕車軸重80kN,雙線荷載;
5. 計算承軌臺在成橋后三個月、六個月、一年、三年的徐變變形量。
3.3 穩(wěn)定性分析在本橋的穩(wěn)定性方面,設計時考慮兩片主拱之間加設三道一字型風撐,拱肋基礎連成整體。全橋整體穩(wěn)定分析采用SAP93曲屈穩(wěn)定分析程序進行計算,彈性穩(wěn)定系數(shù)10-12.
3.4 樁基計算樁基設計從三方面控制:
1.地基承載力控制:Nd= (upfili+fipAp)/K;
2.樁身強度控制:s£0.2R;
3.沉降控制:滿足軌道變形的要求,控制在2cm.最終沉降量采用分層總和法計算,將樁基承臺樁群與樁之間土作為實體深基礎,且不考慮沿樁身的壓力擴散角,壓縮層厚度自樁端全斷面算起,至附加壓力等于土的自重壓力的20%處。
沉降計算結果
4、施工關鍵問題
4.1 與既有鐵路橋關系及處理蘇州河橋橋位選擇的目的即是利用舊滬杭鐵路上的舊鐵路桁架作為施工架橋的臨時支架,新橋完成后即拆除舊橋。
經(jīng)調查得知:滬杭鐵路內環(huán)線上既有的蘇州河橋,建于1907年,基礎樁采用木樁,上部結構于1994年更換新鋼桁梁,鋼桁梁為一孔跨度44.34m的簡支梁,其全長45.4m,桁高5.5m,采用高強螺栓連接。一孔重量為132.98t(包括東側人行道及上弦檢查走道,人行道1.5m)。該橋為單線橋,設計活載為中活荷載。蘇州河橋其南端接萬航渡路平交道口,鐵路通訊、信號電纜從橋下穿過,市區(qū)電線、高壓線由橋側上空跨過。
因此橋梁設計時應考慮兩個問題,其一,如何使新橋在施工的各個階段施加于支架上的荷載不超過舊有鐵路橋的設計承載力,其二,保證舊橋拆除時不影響新橋的安全穩(wěn)定。
設計時,每個施工階段的計算均增加了一項,即驗算舊橋的承載力,對支架拆除順序進行了準確規(guī)定。但在施工時,有遇到以下問題:
1. 根據(jù)現(xiàn)場量測結果,新橋縱軸線偏離老橋軸線(南端82mm,北端73mm),使得老橋偏心受力。
2. 由于新橋全寬12.5m,而老橋全寬5.9m.新橋的兩側邊縱梁均位于老橋的外面,故施工支架必須伸出老橋之外,采用I字鋼橫向架設于老橋頂上,以滿足立模的需要和剛度要求。
3. 由于老橋桁梁的兩端為斜焊,上面不能架設I字鋼,另外,既有人行道在施工期內又不能封閉,故必須對老橋進行接長處理,以滿足架設I字鋼和橋上支架與岸上滿堂支架連接的需要,老橋接長采取在上弦桿用2根并列的I200mm接出,梁端部和岸上的豎桿均采用Φ300mm的鋼管,在梁的斜桿中間另加一根豎桿,各桿件的連接均采取滿焊的方式,并在縱橫向加設斜拉桿以增加穩(wěn)定。
4. 由于軌頂標高限制,老橋梁頂與新橋邊縱梁底的間距較小,架設施工支架I55 I 字鋼后,僅剩32cm左右的間隙,故邊縱梁底模下的縱向隔柵只能采用10X20cm的方木,在縱向隔柵與I字鋼之間墊楔形木,用以調整梁底標高,同時便于以后拆模。