五里亭施工钢管拱设计说明书1典尚设计

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1、韶 关 市 五 里 亭 大 桥钢管砼拱设计说明书根据2001年1月19日广东省建设厅对韶关市五里亭大桥初步设计的批复和韶关市建委组织专家及有关部门对五里亭大桥设计的评审意见,我院于2001年3月16日提交了五里亭大桥下部构造施工图设计。2001年6月30日提交了上部构造施工图设计。2001年11月中铁项目部提出提篮式钢管复原为平行式和现浇箱梁修改为预制分条顶推意见得到业主同意后，我院组织8人设计组驻工地，于2002年3月份提交了主桥上部构造修改设计图。2002年7月16日，省建筑设计研究院提供主桥上部结构修改设计审核报告后，我院按审核意见，对施工图设计作了进一步的完善。本册文件是钢管拱施工图设

2、计，现将主要技术问题说明如下：§1、桥型方案韶关市五里亭大桥位于韶关市区，桥梁长505m，桥宽30m。东端引道与帽峰路相接向西跨武江，西端引道经惠民路接新兴路北端。桥长505m范围内分三大段:中部通航孔为190m顶推法施工的拱梁组合桥，跨径组合为（3512035190m）。东引桥长100m(4×15+2×20m),西引桥长215m(10×20+15),均为移动支架分段现浇施工的部份预应力连续箱梁。全桥桥型布置如图S1。(一)、设计标准1、设计荷载：汽超20，挂120，人群荷载3.5KN/m2;设计行车速度80km/h。2、洪水频率：H1%年一遇的设计水位

3、：60.41m(黄海高程)。设计通航水位(H5%),57.76m(黄海高程)。河流为VI级航道。通航净高大于6m,净宽2×2550m。3、桥面宽度：按一级公路标准，无中间分隔带,设双黄实线.a、引桥桥宽30m。其中双向四车道（宽17m）、非机动车（2×3.5m）和人行道（2×3m）。人行道间桥面净宽24m。b、通航孔桥面总宽B33m。其中双向四车道有16m,非机动车（2×3.5m）和人行道(2×3m),另加钢管拱净宽（2×2m）。4、坡度：桥梁双向纵坡2，桥面双向横坡1.5%。在通航孔中设竖曲线，半径R4751.40m,切线长T95.

4、019m。矢距E0.95m。5、地震：广东省工程防震研究院地震场的安全分析提出基本烈度为6度。（二）、设计技术规范1、城市道路设计规范（CJJ3790）2、公路路线设计规范（JTJ01194）3、城市桥梁设计规范（CJJ1193）4、城市桥梁设计荷载标准（CTJ7798）5、公路桥涵设计通用规范（JTJ02189）6、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385）7、公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ02485）8、公路工程抗震设计规范（JTJ00489）9、公路桥涵施工技术规范（JTJ04189）（三）、新型拱梁组合桥特点：1、190m长主桥，用三孔跨过武江。是一种拱梁组合新桥

5、型（即由120m钢管砼拱和190m长顶推连续箱梁相组合的无推力系杆拱），其跨径为国内同类结构目前之最。两条品型钢管砼拱，气势雄伟高耸在桥面30m上,可作为韶关市标志性建筑。建成后的五里亭大桥将成为粤北古城一道绚丽的风景。2、无承台大直径桩墩，在190宽的河面上，仅有四根4m大直径墩柱。上无盖梁、下无承台，受力明确、造型简洁；独柱桩墩阻水面积小、泄洪效果好。基础采用5.6m/3.5m/3m变截面钻孔桩，其桩径和轴力(5000t)均为目前国内桥梁钻孔灌注独桩之最。3、先梁后拱新工艺。与一般“先拱后梁”工艺不同，190m连续梁顶推到位后在梁上用汽车吊安装钢管拱，再以提升法竖立。这与缆索吊装和支架现浇

6、法相较，施工安全、设备简单、速度快、工业化程度高。“先梁后拱”工艺特点是：将钢管砼拱所需要的推力（约7000t）提前在顶推箱梁中实施，因此减少了复杂的系杆施工的工序。可以预见全部预制拼装的“先梁后拱”工艺的成功，将为我国平原地区系杆拱施工找到了一条新途径。4、集束式三管拱。经综合分析认为，品型集束式钢管拱与常规哑铃型钢管拱相较，具有单肋横向稳定性大，可以实现无风撑（或少风撑）。与桁架式钢管拱相较，集束式钢管拱加工费用低20%。为了确保钢管拱与砼的粘结强度，设计在钢管内壁中加焊纵肋和横向加劲圈；在管内增设三根对拉32mm钢筋；在三管间联结板中加焊加劲肋等措施，来提高钢管砼的可靠度。5、镦头和夹片

7、相结合的吊杆。在总结冷铸镦头锚运输困难，安装不便、费用高以及钢铰线夹片锚作下端在低应力状态易松弛的经验基础上，从综合两者优点出发，设计吊杆采用热挤PE索套21镀锌钢丝。吊杆下端用环氧树脂固结的1687镦头锚；上端用HM21-24夹片锚。在施工中上端用分索张拉的方法来调整吊杆拉力和长度后，再以环氧树脂固定，以后吊杆调整均在下端镦头锚中进行。§2、钢管砼拱设计（一）、钢管材质选择1、钢管拱主要作用是施工中承担砼拱自重，所以选择普通A3钢。与低合金钢相较，A3钢来源丰富，价格便宜，而便于加工和焊接，质量容易保证。2、由于等截面钢管拱趾负弯距比拱顶将近多一倍，因此在拱趾8m长范围将钢管材料质

8、改用了强度高的16Mn是合理的。（二）、截面型式1、哑铃型:是钢管砼拱初期形成（上下两管用钢板焊接而成）。其缺点是横向稳定性差，必须要用密布风撑来保证安全，这样致使汽车行驶视野受阻，有穿越模框架不良感觉。根据大桥美观的要求，在初步设计中首先弃用这种常规结构。2、三角型：要减少横撑必须加大拱的横向刚度，一般方法是用桁架式。例如：黑龙江依兰特丹江桥（无风撑三管式100m）和河南安阳文峰路桥（四管式138m）。施工结果表明，桁架式钢管仅加工费用4000-5000（元/吨），比集束式（钢管靠拢焊接）多一倍多。因此在湖南桃源沅水大桥（2X100m）经过详细研究分析后，提出三根不同直径的集束钢管结构。即：

9、下面两根小管（100cm）用于解决横向稳定，上面一根大管（140cm）用以增大砼面积。这种一大一小型式俗称“熊猫”。五里亭大桥在修改设计中经反复比较，最后仍然采用这种施工方便、造价低廉、稳定性好的“熊猫式”钢管截面。（三）、技术保障措施钢管砼拱自1990年四川旺苍大桥起，至今只有十多年时间。经过设计、施工、运营的反复实践，取得了一定经验。但是近年来一些重载大交通量的钢管拱接二连三的出现了不少问题。2001年11月9日，在重庆召开的全国桥梁学术会议期间，发生了四川省宜宾南门大桥吊杆断裂，横梁及两孔桥面堕落的重大事故，这引起了国内桥梁界的高度重视。在这种形势下，我院通过修改施工图设计，从复查钢管砼

10、拱安全度出发，采用了一系列技术保障措施：1、钢管：钢管内壁增设8条纵肋，（宽100mm厚14mm）,在每1.8m一节钢管中又增设一道厚30m，宽100mm内法兰圈。通过纵横相交的肋，加强了管壁与砼的粘结，确保了钢管与砼的共同作用。2、钢丝：为了防止施工期间吊杆高强钢丝的锈蚀，改用镀锌7高强钢丝。3、吊杆：考虑万一出现单根吊杆断裂情况时，行车道梁要能保证抢险车辆的通行要求。因此吊杆由19S21增加至24S21。另外，在横隔梁上，增设2个小换索孔。4、调索：利用顶推箱梁强大的抗弯刚度对吊杆索力进行调整，改善钢管拱和顶推箱梁受力状态，以及桥面的平顺。§3、钢管拱制作和安装（一）、执行规范J

11、TJ041-2000 公路桥涵施工技术规范GB50205-95 钢结构工程施工及验收规范JB4730-94 压力容器无损检测规范（二）、主要技术指标1、弯曲度：fL/1000且f8mm2、椭圆度：f/D=3/10003、接缝错边：1mm4、钢管端部不平度：f/D1/500且f3mm5、拱肋宽度误差：±3mm6、拱肋高度误差：±3mm7、拱肋节段（Lm）旁弯：3+0.1L mm且10mm8、吊杆孔水平间距误差：±3mm9、吊杆孔标高误差：±5mm10、吊杆长度偏差：±10mm11、拱轴线长度误差：20mm12、吊装成拱后横向偏位：±10

12、mm13、吊装成拱后竖向偏位：±10mm14、全熔透性焊缝：100%达到JB4730-94的超声波探伤内部质量级，且10%达到JB4730-94的X射线检查评定等级级。15、涂装前除锈： 达st2标准。（三）钢管砼拱材料1、肋管材料有Q235（A3钢）和Q345（16Mn）两种。所有材料进场后均应取样检测，内容包括抗拉强度、屈服强度、伸长率冲击功、冷弯试验和硫、磷、碳含量等。2、焊接材料按GB50205-95进行选定，建议选用：A3母材：E4303，H08-A16Mn母材：E5016埋弧焊和气体保护焊焊丝应据此套用。3、涂装材料：按图纸要求。（四）、钢管拱加工制作：1、单节直接焊管的

13、制作：为方便加工和节省材料，拱轴线可采用2m长左右的分段长度用折线法（对肋管而言便是虾弯法）拼成。本设计总结百旺大桥的经验，按照板材通宽（1.8m）给出相应节点坐标及相关参数，加工单位由此再经电脑处理即可得出每单节直缝焊管的展开放样尺寸，或者将以上参数输入数控切割机编好的程序即可精确解决下料放样这一难题。2、椭圆度的控制：下料时应在每张钢板两端预留200mm长的卷制引弧板（可再利用为管内加劲纵肋），卷毕再通过内法兰圈（外圆经机加工）来控制每节单管的椭圆度。3、分段组对（拱轴线控制）。分段组对必须在1：1地模上进行，施工中可将各节点绝对坐标换算成各段相对坐标，以便于施工和质量控制。分段长度由施工

14、单位所选提升方案及起重、运输条件决定。4、焊接要求。焊接（接缝）的安排原则：相关接头之间的间距应尽量大于100mm，以免出现二次焊接，影响结构质量。肋管纵、环缝以及影响肋管密闭的所有焊缝均为全熔透性焊缝。肋管纵、环缝：100%达到JB4730-94的超声波探伤内部质量级，且抽样10%进行X射线检查并达JB4730-94的评定等级级。850管环缝可不用X射线抽样检查。横撑的焊缝要求同850管。其余焊缝按GB50205-95执行。返修：肋管纵、环缝同一位置焊缝进行返修次数不得多于1次，其他位置返修次数不得多于2次。错边处理：错边小的应进行修磨过渡，错边大的还须作包板加固。（五）、钢管拱安装：1、方

15、案：由于顶推箱梁在水面上其宽度只有11.75m故不能提供卧装条件，所以钢管拱必须在现场分节立式拼装。设计安装方法有转体法和提升法两种。施工单位可根据自己的经验和工地装备和技术条件来选择。2、设备：为了充分利用顶推临时墩，采用提升方案时可在承台上竖立万能杆件塔架，通过双悬臂梁上的千斤顶，上下游对称同时提升钢管拱。其设备根据湖南湘潭湘江二大桥的工程实践，可利用顶推中“连续千斤顶”改装而成。为了安全，提升工作应由专业公司进行分包。3、拼装方式。有两个半拱分别提升和跨中提升，两端接长两种方式。采用“边提边接”方法，对称稳定，场地要求小，施工安全；但钢管拱有40m的悬臂端，挠度及应力都过大。因此要采用特

16、殊的临时措施来解决。有关技术问题，待施工单位确定方案后，设计予配合。§4、钢管砼拱施工（一）、拱轴线控制1、三管式钢管拱具有刚度大重心低和横向稳定性好的特点，因此砼泵送基本上可以自拱趾向拱顶连续泵送方案。但考虑到施工的不对称性，以及对拱轴线偏离控制应尽量小的安全考虑施工，还是辅以一些临时安全措施为好。2、控制要点：在拱趾到反弯点（0.3L处）的砼泵送过程中，会同时出现钢管拱下沉和拱顶上冒现象，一般在拱顶设水箱，用加载的方法来平衡。本桥可利用顶推箱梁的刚度，在拱顶设置一对7#吊杆，通过逐渐张紧吊杆控制拱顶上冒。3、钢管拱的设计轴线为悬索线（钢管自重的压力线）。当砼泵送通过反弯点后，钢管

17、拱将开始出现拱顶下沉，两侧上冒的现象。此时，应将7#吊杆原张拉的索力逐渐解除。砼充满钢管拱后，拱轴恒载均为零（但有均匀的挠度，约10mm左右）。4、为施工方便，7#吊杆也可以用钢丝绳滑轮组来代替。通过卷扬机收放钢丝绳速度快，施工方便。5、砼泵送过程中详细技术问题待施工单位确定方案后，设计予配合。（二）、砼泵送施工：1、应用两台砼输送泵分别从两拱脚同时灌注。泵送速度尽量协调一致，严格按对称加载，均匀原则。2、砼从泵送口跌落高差不宜大于2m，泄浆孔出口垂直高度不小于2m，泵入孔应安装截止阀。3、由于管内构造较为复杂，如交叉钢筋、吊点结构、内加劲法兰圈和加劲纵肋等，对于砼泵送带来一定影响。砼受阻泵压

18、力不断升高时，应及时换管泵送。在钢管拱中已多留了几组进入管。4、泵送过程中，专业质检人员用敲击法制断管内砼填充情况，如有空隙应及时体外加震方法解决。灌注完成后的管内砼应采用超声波探查填充情况，不符规范要求的段必须采用压浆等手段加以补强。5、设计砼出凝时间不小于8小时，钢管砼泵送时间应控制在8小时之内。（三）、吊杆及锚具1、吊杆及锚具系统采用柳州海威姆建筑机械有限公司研制的HM21-24系统。每根s21E无粘结平行钢丝束都可在工厂完成并独立防护，可以分索张拉，安装调索都十分方便，克服了冷铸锚（LZM系列）笨重的缺点，与钢绞线相比较，成本可降低10%15%。吊杆下端在箱梁横隔梁中，采用镦头锚（HD

19、M-168）作固定端，并用环氧树脂固结来防震。吊杆上端采用夹片锚（HVM21-24）作为张拉端。在分级张拉完成后再注以环氧砂浆。以后吊杆调整均在下端镦头锚调整。2、吊杆及锚具的张拉和调整工艺，都是技术性极强的工作。建议由专业性公司分包，由专业技术人员施工，并承担技术质量责任。（四）、钢管拱防护1、涂料防护：钢铁结构由于受到潮湿、酸碱的作用产生锈蚀，从而导致严重后果。解决钢铁结构腐蚀的常规方式是外涂油漆，再好些的是金属喷涂，然后再涂面漆。前者寿命约3-5年，后者寿命可达10-15年。这些方法，对钢铁件表面清理工作要求甚严，只有在工厂中进行喷砂除锈工序，质量才能保证，这样在工地很难保证质量。近年来

20、我国航空材料研究单位研制SZ-IG+881系列无机富锌涂料，设计寿命可达30年，但其实际效果当受工地条件所制（因除锈不干净），使用寿命仅在5-10年左右。2、复合材料外层包腐：是中国航空集团研制的一项专利技术。（专利号01103743.1.）其原理是在钢结构外层表面利用纤维与树脂一起制成的复合材料包裹，由内层向外分别是密实的树脂含量较高的防渗抗腐层、树脂含量减少的过渡层、将纤维材料编制成整体结构的耐磨坚固的结构层，最外层是用树脂制备的表面层。这种航空航天复合材料技术（GCM），推广运用在钢管砼拱中，不但能产生高效的防腐蚀效果，同时还产生增加结构强度的作用。复合材料耐化学腐蚀的能力很强，它在浓度为30%的盐酸、硫酸及苛性钠溶液中都是稳定的，可用于化学工业槽罐容器做衬里。GCM用在一般条件下的钢铁结构防腐，其性能优于前述两种方法，质量更为可靠，其防腐蚀寿命在20年以上。其造价也比喷涂加面漆低。复合材料防腐蚀技术（GCM），目前已在四川洪雅大桥、湖南桃源和益阳等多座大桥成功采用。3、意见：钢管砼防腐措施的质量好坏是直接关系五里亭大桥钢管拱结构使用寿命的一件大事。建议业主组织施工、监理、监督和设计等单位对有GCM技术并有承包钢结构防护经验的企业，进行考察和综合比选。