【doc】向莆铁路东新赣江大桥650kN浮吊施工设计.doc

向莆铁路东新赣江大桥650kN浮吊施工设计?桥梁?向莆铁路东新赣江大桥650kN浮吊施工设计龚国锋(中铁大桥局股份有限公司,武汉430050)DesignonConstructionof650kNFloatingCraneforDongxinGanjiangBridgeGongGuofeng摘要:向莆铁路东新赣江特大桥为(126+196+126)113变高度连续钢桁梁桥.大桥钢梁架设吊装吊高高,吊重,吊距大,目前赣江里没有能满足60m吊高,42II1吊距的大型浮吊.如果采用梁上架梁吊机架设本桥钢梁,则须同时具备上,下坡(+19.一19.)和过拱顶的功能,研制难度大,造价高,工期不能满足本桥要求.经过研究论证,本桥采用由2艘800t双体船+1200kN桅杆吊改制而成的一台650kN浮吊进行钢梁架设,并产生良好的经济与社会效益.对650kN浮吊设计中的重点,难点进行了充分地讨论,对WD120桅杆吊机,650kN浮吊的设计要点作了系统地阐述,并重点研究了双体船连接支架设计和船舶的纵横向总体稳定问题.关键词:钢桁梁;浮吊;双体船;稳定性中图分类号:U445.32文献标识码:A文章编号:10042954(20l1)070048041工程概述向莆铁路是以客运为主兼顾货运的快速铁路干收稿日期:20l10215;修回日期:20110421作者简介:龚国锋(1973一),男,高级工程师,2003年毕业于重庆交通学院土木工程专业.线,东新赣江特大桥作为项目控制性工程之一,桥址位于既有生米公路大桥上游1.5km处.桥址处通航等级为一3级航道,通航净空10m,施工水位+16.5m.其中主桥39号42号墩跨间上部结构为(126+196+126)m下承式连续钢桁梁,全长448m,钢桁梁标准节间长度为14m,边跨9个节间,中跨14个节间,全桥共计32个节间.桥式布置如图1所示.图1主桥立面布置(单位:ff1)2主桥钢梁架设设备比选主桥钢梁安装吊机原计划采用南京大胜关长江大桥2台700kN架梁吊机改制而成,改制后的设备除应满足原有性能要求外,还应能同时满足上,下坡(+19.一19.)和过拱顶的要求.通过方案研究,原来吊机改制难度较大,费用也很高,特别是改制工期满足不了本桥钢梁架设的时间要求.在对架梁方案进一步比6结语(1)纵梁与框架墩横梁固接结构,框架墩立柱设计时应保证足够的柔度,减小纵横梁的伸缩对框架墩立柱产生过大内力.(2)横梁与纵梁相交接的区域,由于杆系模型计算方法的缺陷,应力计算存在着失真的情况.杆系模型在横梁与纵梁相交的区域应力的计算结果是偏大的,按此应力进行设计偏于安全,实际应力应予以折减.(3)地基基础的刚度对框架墩梁,墩柱结构的内力影响很明显,设计中应准确模拟基础刚度,同时在结构不同部位验算时,要采用对应的安全数值去检算.(4)主梁与横梁,横梁与墩柱连接施工与成桥后体系发生转换,要求在纵梁与框架墩横梁固接处,横梁与墩柱固接处的混凝土分阶段浇筑,以符合设计的目的参考文献:1中华人民共和国铁道部.TB10002.12OO5铁路桥涵设计基本规范S.北京:中国铁道出版社,2005.2中华人民共和国铁道部.TB10002.32O05铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范S.北京:中国铁道出版社,2005.3李廉锟.结构力学M.北京:中国铁道出版社,2004.4田万俊.预应力混凝土框架墩设计研究J.铁道标准设计,2003(8).5周敬库.铁路连续刚构桥墩梁固接处的局部应力分析研究J.铁道建筑,2008(10).6万志勇,兰南.框架墩的计算与应用J.城市道桥与防洪,2006(1).7郝丽维.津滨轻轨先铰接后刚接的钢一混凝土混合框架墩设计J.铁道标准设计,2003(8).8刘彦文,李玉臣.框架墩纵向受力分析J铁道标准设计,2003(8).9王伟,冯建明.门式框架墩在高速公路的应用J.中国公路,2008(22).10张明欣.大跨径框架墩在跨线桥中的应用J.公路,2009(7)48铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2011(7)龚国锋一向莆铁路东新赣江大桥650kN浮吊施工设计选和结合国内现有设备资源的情况下,原天兴洲长江大桥的2艘800t双体船+1200kN桅杆吊通过:高等措施后可以满足本桥钢梁架设的需要.因此决:定采用2艘800t双体船+1200kN桅杆吊进行钢梁的架设施工.3650kN浮吊方案简介原天兴洲长江大桥的1200kN浮吊采用万能杆件支架将2艘800t的甲板驳船连接成双体船结构作为【瑚I13000,2.oo9009十4514,L200047014ooo一fa)650kN浮吊总装立面?桥梁?1200kN桅杆吊的支承浮体,每艘驳船船长47.0m,船宽12.0m,型深3.0m,设计吃水2.0m.为最大限度地保持原浮吊结构,减小工程投入,根据设计计算,原船体以上12In高的万能杆件支架可以全部保留,但须局部加强.为满足本桥吊高(水面以上约55m)要求,需将原万能杆件支架再接高20m.由于支架加高较多,船体的纵,横向稳定性减弱,结合本桥钢梁实际最大吊重,本浮吊按最大吊重650kN进行施工设计.加高后的650kN浮吊总布置见图2.一340l一!oo0,后支腿锚固支座分配梁7|r:一-/,l_/ll之謇吊机底|驳船,量_-L.,/善._支架前支肚座分酉一/丹u|Iu支架32_/,帮张T,/,米煎墓/重驳船_I/_.,j塞蕉歪7二/§0/,/后支腿锚固支座,王,后支腿锚固支座分配粱L452oo92(m6000200047014o09丑J,20003o0O2000L1r2|/T/卜_一/娣/,/i/,:,/¨,/,/,/,/i/_一1-L一r'1(b)2-24650kN浮吊支承体系设计要点图265(1kN浮吊总布置(单位:mm)置于水中的船舶是一个漂浮体系,船舶的内力受船体载重分布和浮力的分布控制.由于本浮吊作业工况变化多.连接支架杆件内力变化幅度大,浮吊的总高度比船的长度和高度均要大.因此650kN浮吊支铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2011()承体系的设计重点在于连接支架的分析计算和船舶的纵横向总体稳定计算.4.1WD12O桅杆吊机介绍WD120桅杆吊机由吊臂,立柱,斜撑,底盘,锚固系统,主起升机构,回转机构,变幅机构,司机室及电气控制系统等组成.本桥根据实际选用55m长度的吊49a_0N×0I.ln?桥梁?龚国锋一向莆铁路东新赣江大桥650kN浮吊施工设计臂,最大吊重650kN.WD120桅杆吊机如图3所示.图3WD120桅杆吊机总布置主钩在臂长55m时最大吊重为650kN,原最大起升高度:吊机安装平台以上49m,平台以下22m.由于加高后吊机底盘到水面距离约有35m,导致卷扬机容绳量不够,由于吊重减少(原吊机最大吊重1200kN)较多,将原主钩钢丝绳走l2改为走6,这样就解决了卷扬机容绳量不足的问题.4.2650kN浮吊设计4.2.1设计条件分析根据650kN浮吊支承结构体系及作业环境,可知作用于连接支架的外力主要有2类.第一类直接作用于支架上吊机锚固点的支反力;第二类是作用于每个驳船上的波浪力,通过船体发生相对位移而传递给连接支架的荷载.根据船舶强度结构设计中波浪附加弯矩计算所述,在一定的装载状态下船舶的质量分布是一定的,船体梁荷载的改变将完全取决于波浪要素以及船舶与波浪的相对位置,而船体弯矩与剪力又是荷载的积分,船体弯矩与剪力的改变完全取决于波浪要素以及船舶和波浪的相对位置.因此本吊机设计条件分析重点在于波浪力的分析,计算.4.2.2设计假定(1)不考虑吊机底盘纵梁对支架一,二之间的相互影响.支架三不参与受力计算.(2)两驳船当成刚性体,计算忽略了船体由于荷载的作用而产生的变形,在任何荷载作用下,同一个驳船上支架与船体的连接节点始终在同一平面上.(3)静水中及浮吊受波浪力作用产生内倾,外倾和受扭的工况,水浮力均作为弹性支承考虑,弹性系数:CoxBxL,xy式中n所加弹性支承数量;50C修正系数,按表1取值;B型宽;水线长;水的容重.表1修正系数C取值水面线系数1o.95o.90o.85o.8Oo.75o.70o.65修正系数c1o.88o.79o.67o.62o54o.48o.43(4)浮吊在部分脱空状态下,将一侧船体加固定约束,另一侧船体悬臂,将浮吊自重,吊重及改变后的水浮力当成外荷载进行计算.4.2.3连接支架强度计算本浮吊船体和下面12m高的支架虽然在天兴洲桥已经成功使用,但由于本浮吊较原浮吊加高了20m,其稳定性发生很大改变,大部分结构的内力和以前相差较大,使用的水域也发生变化,所以在方案研究时必须重新计算.连接支架结构内力计算采用MIDAS2006建模进行三维受力分析,模型中支架采用桁架单元模拟,驳船采用板单元模拟,吊机分配梁采用梁单元模拟.支架与驳船及吊机分配梁之间采用刚性连接.驳船底部建立弹性连接来模拟水的浮力.弹性系数:k=CxBxL×1.0x12.0x47×10kN/m.三维受力分析模型见图4.=32.229图4650kN浮吊三维受力分析模型650kN浮吊连接支架三维受力计算分析时,计算工况较多,在此不再赘述,具体计算方法可参见文献3中相关内容.4.2.4整体稳定性计算根据WD120桅杆吊机厂家提供的船用吊重曲线和驳船的安全,650kN浮吊在任何工况下,必须满足以下条件:船的纵,横向倾角不能大于1.5.;船底到水面的距离不小于0.5m,船甲板面到水面的距离铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2011(7)龚国锋一向莆铁路东新赣江大桥650kN浮吊施工设计不小于0.5m.(1)浮吊纵向稳定性计算通过对浮吊在吊重和非吊重(主要是抵抗台风)工况下的比较,浮吊在吊重工况下较为不利.驳船纵向稳定性计算见图5.图5浮吊纵向稳定性计算(单位:mm)设驳船底板中心点为坐标原点,浮吊系统在工作状态下自重及重心坐标计算如表1所示.表1浮吊在吊重状态下系统纵向重心坐标及倾覆弯矩统计名称i(勤kN.(鼬kN.Ill备注设在竖向荷载作用下浮船的均匀吃水深度为h,则由水的浮力计算公式F=pgV排可知:9.8x247×12xh=G=1262.3x9.8根据上式可求出:h=1.12m对应的水线长度:z=43.1m11,)重心至浮心高度:.=15.49+(3一)=17.93in铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN一20J(7)?桥梁?船舶吃水体积:V=1262.3Ill性矩小12=159014m倾斜半径:尺=126m驳船的纵倾角正切值:tan=12623261而793_-1364168-0.Ol2.×r1一.).一倾角:=0.69.驳船首尾吃水深度分别为:船首吃水深度T=h+f一)×fan:1.12+(23.5_l_17)×0.012:1.39m;船尾吃水深度:=一f+1×tan=1.12一(23.5+1.17)xO.012=0.82m.(2)浮吊横向稳定性计算驳船横向稳定件计算见.图6誊星暑后支腿锚同支座,一l驳船琴2,_7,/-支架J支架2连接系÷前支>一挂一,赢/,/.;葛;一0茼枷.,帆嚷/,/一/盘纵粱_I:驳船_r啊一,/系c/.,一2一一+,/.敛,/,/,Zo092O0045142O003O0O200O图6浮吊横向稳定性计算(单位:mm)座设驳船底板中心点为坐标原点,浮吊系统在工作状态下自重及重心坐标计算如表2所示.同理可计算得到驳船的纵倾角正切值:tan=M1262_31鱼0鱼89993=11鱼4945=0.023.×f.一l7.)倾角:=1.33.驳船首尾吃水深度分别为:远离吊重处船的吃水4深度1=一(Y)×tan=1.12(17+2.19)0.023=0.68m;靠近吊重处船的吃水深度T2:h+(芋一小tan_1.12+(172.19)×0.023=1.46mo1j丽一謇,竺薹I謇?桥梁?轻轨高架桥连续梁墩顶纵向水平线刚度设计探讨崔宏(沈阳铁道勘察设计院有限公司,沈阳110013)DesignonRigidityofLongitudinalHorizontalLineonTopofContinuousBeamPierofLightRailViaductCuiHong摘要:地铁设计规范中对采用无缝线路的连续梁高架结构桥墩墩顶纵向水平线刚度限值选取一直没有明确规定,在实际工程设计中亦存在诸多问题,对线路和桥梁下部基础的设计影响很大.为了合理选取轻轨高架桥连续梁墩顶纵向水平线刚度限值,针对轻轨桥梁特点,分析桥墩纵向水平线刚度变化对无缝线路钢轨伸缩力,挠曲力,制动力等因素的影响,从梁轨相对快速位移和钢轨附加应力两方面入手,采用大型通用有限元程序ANSYS参数化设计语言进行二次开发,通过"轨道一梁一墩收稿日期:20110225;修回日期:20110317作者简介:崔宏(1980一),男,工程师,2003年毕业于中南大学铁道工程专业,工学学士,Email:netch2000126.corn.一基础"一体化模型进行计算.根据本文采用的3孔25m连续梁模型计算结果,其制动墩墩顶纵向水平线刚度限值不小于350kN/cm即可满足设计要求.关键词:轻轨高架桥;桥墩纵向水平线刚度;梁轨相互作用中图分类号:U219.3;U447文献标识码:B文章编号:10042954(20l1)07005203轻轨交通是一种中等运量的城市轨道交通客运系统,随着我国城市化进程的加速,轻轨交通成为各大中城市交通系统的主要发展目标.轻轨桥梁设计是一项相对较新的设计工作,结构要求及其作用与"国铁桥表2浮吊在吊重状态下系统横向重心坐标及倾覆弯矩统计稚自重Y坐Z坐受风面风力大重力矩/风力矩/&柏/kN标/m标/m积/m2/J/kN(kN.m)(kN.m)亩比由上述计算可以看出:驳船纵桥向在最不利吊重情况下的倾角均为0.69.,驳船横向在最不利的吊重的情况下的倾角为1.33.,其角度均小于1.5.,能满足桅杆吊的起吊要求;同时驳船的吃水深度均不会出现船体脱空和超过船体高度的情况,故驳船的倾覆性也满足要求.5结语由于本桥桥型较为特殊,梁上架梁吊机应能同时满足上,下坡(+19.一19.)和过拱顶的要求.吊机设计难度较大,费用也很高.赣江里也没有能满足60m吊高,42m吊距的大型吊机.采用连接支架将驳船连52接成一体作为大吨位浮吊的受力基础,连接支架是浮吊的安全纽带,在结构设计中如何考虑波浪力的作用和浮吊的整体稳定性关系到浮吊的安全.目前东新赣江大桥钢梁已全部按计划工期安全架设完成,650kN浮吊在使用过程中,通过监测监控,各项力学性能均满足设计要求,现在已经安全拆除.在内河中进行桥梁施工或其他施工作业时,如果没有合适的大型浮吊,可采用在驳船上安装其他固定大型吊机组成临时大吨位浮吊的方案,本桥可为类似的结构设计提供参考.参考文献:1程国平.船舶强度与结构设计M.北京:人民交通出版社,1998.2盛振邦,杨尚荣,陈学深.船舶静力学M.上海:上海交通大学出版社,1992.3叶绍其,赵鹏.1200kN浮吊支承结构设计C中铁大桥局集团2005年技术交流大会论文集,武汉:武汉出版社,2005.4中华人民共和国建设部.GB50009-2001建筑结构荷载规范S.北京:中国建筑工业出版社,2006.5中华人民共和国建设部.GB500172Oo3钢结构设计规范S.北京:中国计划出版社,2003.6中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T38112008起重机设计规范S北京:化学工业出版社,2008.7刘俊.200T门式浮吊的设计与应用J.建筑机械,1999(7):4l44.8陈学深,邵世明,陈国权,陈言中.双体船稳性衡准中的横摇角公式J.上海交通大学,1997,31(2):3033.9杨平,黄乐华双体船结构的直接计算分析J航海工程,2006(5):47.铁道标准i殳计RAILWAYSTANDARDDESIGN2011(7)