斜拉索管桥在区域供水工程中应用.doc

斜拉索管桥在区域供水工程中应用给水管道在穿跨越河道时，一般可根据河面的宽度采用简支梁式管桥结构实施，但遇到高等级的航道，净空要求比较高，传统根据单（多）跨连续梁结构设计确定跨径并在河道中加设桩式支架的方式已不能满足要求时，必须采用沉管、折线（刚架）拱或斜拉索等桥型的方法进行河道跨越。本文仅对斜拉索型给水管桥结构作一浅述。 一、工程实例 常熟市区域供水工程实施时，2001年初步设计采用一根DN600给水管道向冶塘望庄供水。管道需跨越望虞河，该处河道净宽120米，平均水深5.0米，该河道属于太湖水系的泻洪主通道，船只众多航运十分繁忙。 1.管桥结构选型 根据上述情况，该管桥必须一跨过河，但沉管方岸因影响航道水运时间过长，泻洪流速大对河底冲刷严重，刚架拱型桥由于中跨跨度太大，钢管的自然挠度计算已不能满足要求，故选择采用斜拉索桥型方案进行管桥设计。 2.下部结构确定 管桥基础考虑跟相邻公路桥梁跨度，下部结构主墩为转孔灌注桩基础，桩径DN1000，桩长按JT024-85《公路桥梁地基与基础规范》计算桩底标高为-23.0米，共有灌注桩两排，每排两颗，桩距为90.0米，设两座边砼支架，支架距桩基40.0米。标高4.2米处设80*120*1040系梁以增加横向刚度。标高9.0米处设盖梁采用80*120*1040，以上砼均采用C25。灌注桩配筋采用18φ18。 3.上部结构选型和计算 按照施工条件和美学要求，初选主管采用DN800*10螺旋焊管，拉索采用DN159*6螺旋焊管，索塔采用预制砼A字架。上述管身主管带外防腐用8710一底二布三油，内防腐采用8710三度。DN800主管道设预拱度，拱曲线方程为Y=-0.0001176X2+0.02X，管桥总长为L=170米（边跨砼支架间距），起拱高度为0.85米。 结构计算时，该管桥可简化为简支梁计算，主要承担构件自重（可视为均布荷载），拉索传来的垂直和水平集中荷载，、温度荷载和风荷载等的作用，DN800给水管道和以后运行的流体荷载都集中受力于砼A字架，A字架两边各设置4个拉索受力点，各受力点间距为9.0米，砼A字架索塔总高度为17.612米，现场预制，采用三挡横梁利于起吊安装，A字索塔顶设四对拉杆下接点板，接点采用16mmQ235级结构用钢，索塔底部预埋钢板安装时与盖梁索塔基座预埋钢板焊接，并浇筑封锚砼。对于索塔上钢接点的剪切力计算大于每9.0米构件均布荷载的水平和垂直受力总和。在钢构件满足要求后，演算砼索塔水平受力的平衡以及砼A字架的受压计算。对中跨中段18.0米的给水管道的受力演算主要是满足钢管在运行荷载的情况下的自然挠度核算。在计算出砼A字架的垂直受力后合盖梁、系梁和砼桩的构件自重，验算灌注桩的长度。在计算灌注桩的直径和配筋计算时要考虑河道泻洪水流的最大水平冲击力，适当加大配筋率。 对于拉索的结构设计按拉杆计算，DN159*6螺旋焊管拉杆长度分别为中跨38.659米、30.402米、22.667米、16.275米，边跨38.966米、30.685米、22.910米、16.437米，在计算最长拉索和最短拉索时，按截面应力计算得到的截面不一样，截面应力远小于允许应力，但考虑美观条件，仍统一选取为DN159*6螺旋焊管。 4.支座 管桥的四个支座承受弯距、剪力和轴向力的共同作用，采用先根据支座处的轴向力计算支座的焊缝长度，再进行弯距和剪力的验算，在满足要求的前提下适当放大确定支座处的截面形式和尺寸。 5.上部结构的安装 安装的基本顺序为基础结构—砼索塔安装—DN820给水管道安装—DN159斜拉索安装—钢管中间合拢—调试。 在安装DN800给水管道时，为了确保水平钢管的稳定和校正钢管预提拱，应在水上搭设支承支架。在安装斜拉索安装时，应首先在索塔顶进行焊接连接，其次采用锚固螺栓安装水平管的安装，安装时进行需要反复调整，使斜拉索的角度、钢管的预拱度等符合要求，当完成斜拉索部分安装完成后，最后在只承支架上进行中间钢管的合拢。 本桥管索塔顶标高较高，为防止雷击，在索塔顶放置一根钢筋，设置引弧点，并连接在灌注桩底设置一根通长接地钢筋。 二、设计和施工的注意点 1.设计方面 （1）设计计算横向风载影响按JTJ021-89《公路桥涵设计通用规范》W=K1*K2*K3*K4*W0确定，抗倾覆验算满足要求。 （2）设计中砼结构配筋m法计算，A字砼支架和桩顶端允许有一定的位移，故在安装时钢管、支架和桩顶预埋钢板焊接考虑，同时也可以增加横向刚度。 （3）整体管桥不设置伸缩器考虑，正常运行时的热胀冷缩通过砼支架的位移和管桥两侧的四只30度的钢制弯头自身调节。 （4）斜拉索中间的焊缝和拉索与钢管接点间的焊接变形影响，设计时考虑对该部分接点