深圳北站大桥抗设计与实践.doc

深圳北站大桥抗风设计与实践 中铁二局五处 任天泽、刘应军、蒋光全、格林 抗风计算： 陈正贵 摘要：深圳北站大桥拱肋吊装施工正值台风影响期。台风对施工危害十分严重。为保证施工安全和火车正常运行，铁二局五处大桥经理部采取了一系列抗风措施。该措施经历了三次台风检验。台风不仅验证了施工方案的正确与否，而且使大桥经理部的干部和工人经受了一次考验。本文就北站大桥施工的抗风设计和经历9908＃台风的情况作一介绍。 关键词：抗风、设计、实践 1、前言 1.1 工程概况 深圳北站大桥位于深圳火车北站，全长386.37米，主跨为150米的下承式钢管混凝土系杆拱。设拱肋2片，主拱结构为四肢格构桁式截面（高3m、宽2m），矢跨比为1/4.5的钢管拱肋，拱矢高达34m，拱顶离地面44m，受风面积大。 1.2 施工环境 北站大桥与深圳火车站站场相交，一跨跨越29股道，每天从早6点到晚10点，通过客车68对，货车15对，并有大量编组调车作业，吊装作业必须在晚11点后进行。2.75万伏高压电气化接触网在桥下通过，施工时丝毫不敢大意。主桥墩下设φ3.00m大直径挖孔桩，外侧与钢轨最近2.5m。铁路两侧为高楼群，楼房墙面距引桥侧面相距2m，施工场地十分狭窄，安全威胁极大。 1.3 区域风况 深圳位于我国东南沿海，属台风影响区，区域主导风向为东南风，次主导风向为西北风，春夏盛吹东南风，冬季吹偏北风。年平均风速为3.3m/s，实测最大风速达40m/s。台风主要集中在7～9月。 按施组安排，钢管拱安装合拢在4～6月份。因地亩拆迁、变更设计工期推迟，钢管拱安装期推到7～9月份，正是台风影响季节。 2、施工抗风设计 2.1、施工方案选择 本桥主体施工共有三个施工选择方案：一是龙门吊机加支架方案；二是高架索道加支架方案；三是高架索道加扣索方案。经多方论证，最终选择了高架索道加扣索方案作为本桥的实施性施工方案，其中的一个重要原因就是考虑到施工地域属台风区，而吊装拱肋的时间正处于台风频发期间，方案一、二都因大型临时设施其自身的受风面太大，且高度极大，稳定性差而否定。方案三的大部分受力均为索式体，其抗风能力强。故首选其作为实施性施工方案。 2.2、施工方案的设计 针对本桥主桥向为东西向（方位角102.3°），顺桥向的迎风面相当小，顺拱向的刚度大，而深圳地区的主导风向为东南风和西北风，因此在施工方案设计时对台风的考虑就以横桥向的风力作为考虑对象。 2.2.1、高架索道的抗风 高架缆索吊机的抗风主要是指塔架的横向抗风能力，虽然塔架高达66m，但因塔脚宽已达24m，而单塔的自重就有250多吨，因此就塔而言，其横向的稳定性是足够的，但考虑到在施工吊装过程中的索鞍横移，索鞍横移后吊重时对塔产生的横向水平推力及刮台风时高强阵风的影响等，仍然设置了塔架横向侧缆风，单塔每侧设两根φ28的6×19+1的钢丝绳作侧缆风，以增大高架缆索吊机的横向稳定性。 2.2.2、拱肋斜拉扣挂系统的抗风 主桥拱肋分七段在工厂预制成型后，再运至工地进行吊装，在空中实现段间的联接和合拢，由于采用无支架吊装（即千斤顶斜拉扣挂系统），因扣索的设置与拱轴线的水平夹角很小，因此其主要作为克服拱肋重力的设施，对拱肋的横向稳定可不作考虑，仅将其看作是调整拱肋标高的装置。这样，拱肋在安装过程中的横向稳定最主要依靠拱肋的侧缆风来保证。 2.2.3、拱肋侧缆风的抗风计算 2.2.3.1、风荷载计算 2.2.3.1.1、基本风压 查全国风压分布图，得深圳市的基本风压W０=700N/m２，相当于平均最大风速v==33.5m/s（32.6m/s，相当于12级飓风）时的基本风压。 2.2.3.1.2、单位面积上的风荷载： w=βzμSμzμrw0 经查表计算可得： w=2.9×0.73×1.36×1.1×700=2217(N/m２) 2.2.3.1.3、作用在拱肋上的水平风力： 钢管拱肋在铅垂面上的投影高度为1.5m，因此作用在水平面一的水平风力为q=2217×10-３×1.5=3.33（kN/m） 2.2.3.2、抗风计算： 2.2.3.2.1、计算模型： 结构模型包括钢管拱段（各工况下的各节钢管拱段）、缆风和扣索，由于北侧与南侧在合拢前的状况基本相仿、故可仅计算南侧的情况。因为合拢前的工况为悬臂长度最大，且尚未形成拱，此工况应为最危险的工况，计算模型如下图所示： 2.2.3.2.2、各索的物理性能： 2.2.3.2.2.1、缆风： 每根缆风均采用2根φ15.