太湖长江三号深水铁路桥施工拱桥总体设计

太湖长江三号深水铁路桥施工拱桥总体设计

1跨江主桥桥位所处区域芜湖长江大桥位于芜湖山区附近，全长563.36米。主河道的主要桥梁为（99.3.08.58和224.85.3）m的高塔式斜拉桥。桥位所在区域为长江中下游冲积平原，主要受长江径流影响，一般每年5～10月为汛期，11月～次年4月为枯水期。2．鱼内河口面高程与水文水化芜湖长江三桥无为侧和芜湖侧浮桥结构形式类似，以芜湖侧浮桥为例进行介绍。芜湖侧水域内河床面平均高程-20.0m，洪水期水位最高达+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贝雷梁跨主梁安装芜湖侧浮桥布置于5号墩和3号桥塔墩之间，栈桥的终点即为浮桥的起点，浮桥第一跨贝雷梁一端通过连接架与栈桥贝雷梁销轴连接，另一端通过销轴与浮箱底座连接。浮桥全长272.3m，跨径布置为（35.5+6×36+18)m，各跨主梁之间设置0.4m的间隙。浮桥总体布置如图2所示。浮桥终点设置于3号桥塔墩旁的800t驳船上，驳船同时作为施工人员和混凝土泵管到达3号桥塔墩设置沉井基础的施工通道。2.2浮箱及浮箱布置浮桥主跨跨径为36m，主梁采用贝雷梁简支体系，贝雷梁由多组贝雷片通过弦杆端部销轴连接组成，2榀贝雷梁之间通过设置花架提高浮桥结构稳定性。浮桥横向布置4榀贝雷梁，间距为0.9m+3.3m+0.9m，总宽6.0m，浮桥桥面板采用I10@750mm分配梁+6mm厚花纹钢板组成，在浮桥桥面两侧均设置混凝土泵管，泵管间距为0.4m+2.0m+0.4m，人行道布置在间距2.0m混凝土泵管之间。浮箱作为贝雷梁基础，在浮箱上对应贝雷梁弦杆位置设置4个底座，底座间距为0.9m+3.3m+0.9m，且底座上预留销轴孔，通过销轴将贝雷梁弦杆与浮箱上底座进行连接。浮桥横断面布置如图3所示。5号墩和3号桥塔墩之间共设7个浮箱（X1～X7），单个普通浮箱长12m、宽6.1m，由3根ue7882000mm×8mm钢管焊接组拼而成。为减小浮箱所受水流力，将浮箱两端切割成尖端型，以减小水阻系数。浮箱平面布置如图4所示。为保证浮桥横向稳定，在上游侧设置14个混凝土锚碇，下游侧设置7个混凝土锚碇。将浮桥X4号浮箱（最中间的浮箱）长度设计为24m，以减少水流波浪或风振引起的浮桥摆动，提高浮桥的整体稳定性，保证浮桥安全。同时，为适应水位变化，浮桥第一跨贝雷梁两端分别与连接架和浮箱底座销轴连接，浮桥第一跨立面布置如图5所示。浮桥尾端在800t驳船顶面设置纵向滑动底座，使贝雷梁可随水位变化纵向伸缩。3计算与桥差的计算3.1结构内力荷载t浮桥主要承担3号桥塔墩、4号墩施工期间施工人员通行和混凝土的运输。浮桥设计荷载主要为自重和可变荷载。(1）自重。浮桥上部结构自重q(2）可变荷载。可变荷载主要包括：人行荷载、混凝土荷载、风荷载、水流力。其中，(1)人行荷载：浮桥作为桥梁作业人员工作道通，人行道宽度按1.6m计，q(3）浮桥设计荷载按非工作状态和工作状态2种组合进行考虑，荷载组合如表1所示。3.2贝雷梁插杆受力浮桥承重结构为贝雷梁，单跨最大跨度为36m。考虑相关荷载组合，浮桥上部结构在使用期间，主要承受荷载Q经计算可知：贝雷梁竖杆内力为57.3kN，弦杆内力为368.6kN；桥面板中I10型钢最大应力为59.2MPa,6mm厚花纹钢板最大应力为18.5MPa，浮桥上部结构设计截面布置及材料规格选取均满足规范要求。3.3浮箱模型计算(1）浮箱水流力。按相关规范和水流流速进行计算，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与重力相等确定。非工作状态和工作状态下浮箱的吃水深度分别为0.93m和1.3m，浮箱ue7882000mm钢管满足吃水深度要求。3.4浮箱预应力与边界条件浮箱在锚绳拉力、水流力作用下会出现顺时针偏角，浮桥设计时将浮桥上部结构沿浮箱中心线向下游侧预偏，可保证浮箱水平。由于上、下游侧均设置锚碇，下游侧锚碇预拉力为水平力的0.5倍，上游侧锚碇受力为水平力的1.5倍，考虑上、下游锚绳共同作用时，浮箱受力计算简图如图7所示。预偏量Δ计算时，取自重+1/2可变荷载，上部结构自重G锚绳作用下产生的弯矩及水平力附加弯矩：M根据弯矩平衡可得：预偏量Δ=M同时，为保证浮桥在其它极端条件下的横向平衡稳定，可在浮箱下游侧设置可移动式混凝土压重，压重位置根据实际情况进行调整。3.5锚系统的计算和分析3.5.1混凝土锚碇混凝土为控制浮箱在水流力及水位变化条件下平面位置，在上、下游设置混凝土锚碇，抛锚距离浮桥100m。混凝土锚碇采用C25混凝土，尺寸为2.0m×2.0m×1.0m，自重G=96kN，单个混凝土锚碇可提供水平力为自重的0.3倍。浮桥所受风力F混凝土锚碇提供的水平力应大于浮箱所受水平力，则锚碇提供的水平力：F=0.3G=28.8kN>23.68kN。3.5.2最大深水计算锚绳采用6×37S+FC型钢丝绳(1）锚绳长度。根据近几年水文资料可知，枯水期水位为+0.5m，洪水期水位为+11.0m。计算锚绳长度时取洪水期最大水深计算，即h=31m。选定混凝土锚碇抛锚点与浮箱之间的水平距离为l=100m，则锚绳长度可采用下式计算。洪水期水位为+11.0m时，浮箱所受水平力F=F水(2）锚绳收放长度。通过对洪水期和枯水期锚绳长度的计算，当水位变化Δh=7.0m时，锚绳长度变化Δl=S-S(3）锚绳受力。经计算，混凝土锚碇与浮箱之间的锚绳受力P=17.76kN。ue78822mm钢丝绳破断力[P]=267kN，安全系数μ=[P]/F=15.0>[μ]=4。4桥梁施工和使用维护4.1桥梁施工浮桥构件在工厂制作完成后运至桥位。首先将浮箱拖到设计位置，抛锚及拉设锚绳固定浮箱4.2浮箱及预锚装置(1）浮桥与栈桥之间的连接架为重要受力构件，水位变化剧烈时应对其变形进行观测。(2）为保证施工期间航道安全通行，在浮箱上相应位置设置航道警示灯，保证浮桥在使用过程中避免行船碰撞。(3）浮桥在水流速度及水位变化下产生较大横向位移，定期对水位及水流速度进行观测，及时收放锚绳，减少浮桥在水平位移下产生的弯矩。收放锚绳时，可采用3t导链配合作业，锚绳调整到位后，对锚绳重新打梢。(4）在锚绳与浮箱底座连接处应使用套环（离心环）连接，防止入水口钢丝绳与浮箱间密贴而损伤钢丝绳。(5）定期清理浮桥所拦杂物，保持桥面干净、整洁。5结构形式的选择芜湖长江三桥施工浮桥充分利