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复杂山地环境下人行步道钢结构施工过程分析

复杂山地环境下人行步道钢结构施工过程分析

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工程概况


珠海凤凰山山地步道项目位于凤凰山森林公园东南部,串联沿线城市公园及景观兴奋点,巧妙利用凤凰山地形修筑了一条揽山瞰海的慢行生态健康廊桥,全长约 8.6 公里,总用钢量约0.6万t。主体结构形式为独柱墩钢板梁结构体系,整体走势沿山势而行。


钢结构系统可分为竖向独立钢柱、箱体梁及悬挑T型挑梁结构。独立钢柱采用圆型钢,最大型号为D800×32,最大高度为15m;箱体梁和悬挑T型加固挑梁结构桥面标准净宽度3.6m,最大跨距16m。桥墩与承台采用M48地脚螺栓连接,主梁为箱型,宽0.64m,高0.7m,主梁两侧设置T型加固悬挑次梁。全步道采用10.9S级M28高强螺栓栓接,间隔不超过64m设置伸缩缝,桥墩与主梁分别采用焊接连接或橡胶支座连接,综合考虑结构形式及施工条件的局限性,研发了一种适用于山地栈桥工程项目的桥面吊装设备,大大提升了施工进度,提高了施工质量和施工安全。


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图1 桥面轨道式起重机施工


施工过程仿真分析


桥面吊行驶轨道需要承担上部设备荷载,并将其均匀传递至桥梁结构,是保证施工安全的主要措施。因此,需确保其具有一定的强度且与结构自身能够可靠连接固定,同时便于安拆。轨道选用热轧H型钢(HW294×302×12×12),铺设于钢梁两侧的T型挑臂上,轨道纵向间距为1.8m,挑臂横向间距为1m,轨道与T型挑臂之间采用U型卡扣+压板组合将轨道下翼缘板的左右两侧均夹持于T型挑臂上,每根挑臂与轨道搭接部位均采用夹具固定,经计算分析,具备良好的夹持效果,结构简单轻巧,安拆便捷。


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图2 桥面钢轨加固断面图


采用有限元设计和分析软件MIDAS施工仿真模拟桥面吊行进和吊装过程,通过上部结构整体承重状态改良节点形式和调整施工方法。


桥面吊行进过程中,其自重全部由结构钢梁及挑臂承担,其行进过程产生的震动荷载约等于其自重的1.3倍,当其行进至跨中时,为最不利工况。主梁与柱考虑为刚接,挑臂与主梁采用高强螺栓连接,轨道采用错缝焊接连接为连续梁,模拟分析结果如图所示(图3、图4),结果显示:桥面吊行进过程中钢梁跨中最大挠度为26mm,挠跨比为1/615<1/400;结构构件最大应力比为0.83,可知桥面吊行进过程中构件满足容许应力305MPa限值要求,行走工况结构受力满足要求。


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图3 桥面挠度图


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图4 桥面应力比云图


针对桥面吊在柱顶进行吊装时,其支腿下方的T型挑臂挠度变形过大的现象,需要进行加固处理,从永临结合的角度出发,将支腿下方的T型挑臂采用H型钢(HI50×150×10×14)加强挑臂进行替换(图5)。


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图5 加强挑臂替换模型图


采用有限元分析软件进行分析,取最大吊装工况荷载作用下(桥面吊16m半径吊重3.5t),吊臂转向至与支腿对角线重合时,其吊臂下方的支腿压力值最大,其值为207.8kN。模拟分析结果如图所示(图6、图7),结果显示:加强H型钢挑臂的最大应力比为0.65,最大挠度值为5.06mm,不超过次梁挠度允许值l/250,故桥面吊在柱顶作业时,其支腿下方的加强挑臂承载力满足要求。


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图6 加强挑臂处挠度图


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图7 加强挑臂处节点应力比云图


标准段钢柱与梁底支座采用焊接连接,分联段位置梁底设计为滑动支座连接,梁底支座置于柱顶橡胶垫板上,无侧向支撑措施,当位于分联段钢柱顶作业时,除将分联段两侧钢梁采用临时码板连接成整体外,还需设置侧向临时支撑防止钢梁发生倾覆。由于山地环境特殊,侧向临时支撑考虑依附于现有结构设置,采用热轧HW175×175×7.5×11型钢焊接于柱身(图8),对四个支腿下方的加强挑臂进行支撑,加固箱体梁分联处节点。


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图8 分联处节点强化措施


采用有限元分析软件验算此加固措施稳定性,取最大吊装工况荷载进行分析(桥面吊16m半径吊重3.5t),当吊臂转向至垂直于桥梁方向作业时,为最不利工况,此时吊臂下方的支腿压力值之和为199.3kN,建立整体结构模型,如图(9)所示其强度满足要求。箱体梁最大挠度为32mm,跨度为16m,挠跨比为1/500<1/400;分联处箱体梁结构构件最大应力比为0.82,分联处连接板最大压应力为212MPa,满足容许应力305MPa限值要求,故桥面吊在分联处吊装工况结构受力满足要求。


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图9 分联处挠度图


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图10 分联处节点应力比云图


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图11 分联处连接板应力云图


参考文献

[1] GB 50009-2012 建筑结构荷载规范[S],北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2] GB 50017-2017钢结构设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.


(责任编辑:何雯丽)



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[责任编辑:Susan]

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