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大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法操作原理

2022/07/15153 作者:佚名
导读:大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法适用范围 《大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法》适用于在施工中具有通航要求的大跨度、跨河桁架式斜拉桥;施工用地面积较小的山区公路、市政、铁路桁架式斜拉桥梁等。 《大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法》对施工季节没有特殊要求,对施工环境进行了很好的保护,当采用大跨度,又要保证桥下通航的要求,支架法施工有困难时,可以很好的采用该工法施

大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法适用范围

《大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法》适用于在施工中具有通航要求的大跨度、跨河桁架式斜拉桥;施工用地面积较小的山区公路、市政、铁路桁架式斜拉桥梁等。

《大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法》对施工季节没有特殊要求,对施工环境进行了很好的保护,当采用大跨度,又要保证桥下通航的要求,支架法施工有困难时,可以很好的采用该工法施工。

大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法工艺原理

《大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法》的工艺原理是:

1.工艺原理

为保证大桥下水运的正常通航,故采用悬臂挂蓝施工的工艺,挂篮的设计、制作及安全操作施工是该工艺的关键技术。挂篮是实施悬浇施工的主要设备,悬臂挂在已完成悬浇施工的悬臂桁架上,用于进行下一节段的施工,如此循环直到桁架浇筑完毕。

挂篮组成(图2、3):斜上横梁、斜吊杆、前下横梁、后下横梁、后上横梁、后吊杆、主梁(贝雷片)及限位器。

图2 挂篮组成

图3 悬臂浇筑施工照片

2.斜拉工作平台受力计算

荷载计算:按最大的混凝土方量计算,即施工下弦杆X2时(单侧重量),混凝土:47.8立方米,合119.6吨(47.8x2.5);主梁(贝雷架):24片,合7.2吨(0.3x6x4);方木:45根,合3.645吨(0.9x45x0.152x4);另加施工人员、一半横联及模板的重量,按150吨计算。

2.1后下横梁计算:

1.4片贝雷片按后下横梁X2布置图布置,计算简图为图4。弯距图与剪力图分别为图5、图6。

图4 计算简图

图5 弯距图

图6 剪力图

2.4片贝雷片按后下横梁X3-X7布置图布置,计算简图为图7。弯距图与剪力图分别为图8、图9。

图7 计算简图

图8 弯距图

图9 剪力图

=12.75x104/170x106=750立方厘米;

[40b的

=932.2平方厘米,为提高安全系数,取2根[40b;
=75吨,τ =37.5/83.05=45兆帕<[τ]=100兆帕。

3.后下横梁吊杆的计算

每侧后下横梁ф32精轧螺纹钢吊杆共3根,则每根吊杆承重25吨,而每根吊杆的极限拉力为64.3吨,故拉力安全系数K=25/64.3=0.39<[K]=0.8,满足要求。

2.2贝雷架主梁计算:

设置一道前下横梁,贝雷架受力布置与计算简图为图10。

在该荷载下,弯距图和剪力图为图11、图12。

图10 计算简图

图11 弯距图

图12 剪力图

按4片贝雷架布置,则每片贝雷架的最大弯矩和剪力分别为:

=291.26/4=72.815吨・米=728.15千牛・米<[M]=788.2千牛・米

=88.06/4=22.02吨=220.2千牛<[Q]=245.2千牛

=5q
/384EI=5x14.56x104x13.64/(4x384x250497.2x10-8x2x1011)=32毫米<13.6/400=34毫米,满足要求。

实际施工过程中,先浇筑下弦杆混凝土,最大方量重为GX2=57吨,故实际浇筑贝雷片最大挠度为12毫米。

2.3前下横梁的计算:

1.斜拉吊杆的计算:

前下横梁所受的最大拉力为∶

=104.37吨,斜吊杆采用4根ф32精轧螺纹钢;ф32精轧螺纹钢的极限拉力为64.3吨,而实际每根受力为26.09吨,则拉力安全系数为K=26.09/64.3=0.41<[K]=0.8满足要求。

2.前下横梁的布置与受力简图为图13。

图13 计算简图

弯距图与剪力图为图14、图15。

图14 弯距图

图15 剪力图

=25.5吨・米;
=37.5吨。

布置两根工字钢,则每根

=12.75吨・米;
=18.75吨,

则W=12.75x104/(170x106)=0.075x

立方米=750立方厘米,取I40b,
=1140立方厘米。

=Qs/Izb=18.75x104/(33.6x
x12.5x
)=44.6兆帕<[τ]=100兆帕;满足要求。

3.前下横梁轴计算

取用45号钢,受力简图为图16。图16 计算简图

=PL/4=52.19x104x0.2/4=2.6x104牛・米

σ=

/W<[σ]=360兆帕;

W>2.6x104/(360x106)=7.2x

立方米;

π

/32>7.2x
立方米;d>9.02厘米;为安全起见,选d=13毫米(45号钢)。

=16Q/(3π
)=16x26.09x104/(3x3.14x0.132)=26.2兆帕小于[τ]=125兆帕;满足要求。

大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法施工工艺

  • 工艺流程

《大跨度桁架式钢筋混凝土预应力桥斜拉挂篮施工工法》的主要工艺流程见图17、图18。

图17 工艺流程图

图18 主要工艺流程示意图

  • 操作要点

一、精确安装悬挂式移动挂蓝

挂篮及中横梁底模拼装成整体后利用缆索吊吊装到预定位置,首先利用后吊杆固定挂篮主梁后端,斜上横梁固定于上节点位置,利用斜拉杆与前下横梁连接固定挂蓝主梁前端,然后根据监控单位提供的立模标高和中线对挂篮和中横梁底模标高、中线进行精确定位,挂篮主梁的标高利用斜拉杆和后吊杆进行调节,并固定牢固完成挂蓝的安装定位(图19、图20)。

图19 挂篮安装

图20 挂篮安装

二、下弦杆、中横梁、下节点施工

在已精确定位固定好的挂篮工作平台上,根据设计图纸和规范要求施工下弦杆,下弦杆采用木模、钢管支架与主梁配合,利用缆索吊机运输混凝土并浇筑。浇筑前在下弦杆前端底部预埋4根40工字钢外露混凝土面40厘米作为下一节段施工挂篮的后限位器。在绑扎下弦杆钢筋的同时安装该节段拉腹杆预应力钢绞线及压浆管道。下弦杆混凝土浇筑完毕后混凝土强度达到设计强度的85%后,浇筑该节段下节点混凝土。浇筑前对下节点混凝土与下弦杆混凝土接触面进行凿毛处理,保证混凝土的衔接(图21、图22)。

图21 下弦杆、中横梁、下节点施工

图22 下弦杆、中横梁、下节点施工

三、拉腹杆的施工

待下弦杆及下节点混凝土强度达到85%后,在已浇筑的下弦杆混凝土上搭设碗口支架立模浇筑拉腹杆混凝土。腹杆混凝土采用定制钢模板施工,由于腹杆长度较长(最长14米)故分两段浇筑,在腹杆模板顶面侧模开窗,用于浇筑混凝土并对混凝土振捣密实。由于腹杆是扇形斜面布置,故支架必须搭设牢固以免产生下沉变形。腹杆顶面与上一节段混凝土的上节点连接处模板设置成导斗形式,可使混凝土浇筑更为密实。拆模后将多余混凝土凿除并修面,在浇筑腹杆混凝土最后一斗时使用微膨混凝土,防止连接处出现裂缝(见图23、图24)。

图23 拉腹杆的施工

图24 拉腹杆的施工

四、腹杆、上节点的施工

待拉腹杆混凝土达到设计强度85%以上,筑压完成拉腹杆预应力钢束的张拉和压浆后,就可以立模浇腹杆混凝土,采用碗扣支架支立模板,绑扎钢筋,完成混凝土浇筑。在浇筑压腹杆前,压腹杆的支架与相邻已浇筑拉腹杆用钢管连接固定,加强压腹杆支架模板稳定性。压腹杆浇筑后待混凝土强度达到设计强度85%以上时立模浇筑上节点,在浇筑上节点时要横向预埋一根40型工字钢,使两端露出混凝土20厘米,用于浇筑该节段上弦杆的立模牛腿(图25、图26)。

图25 压腹杆、上节点的施工

图26 压腹杆、上节点的施工

五、上弦杆的施工

将两根12米长的40型工字钢焊接于相邻两个上节点预埋工字钢上,12米工字钢间距40厘米焊接肋板使2个工字钢连接成整体加强刚度,减小工字钢下挠,在两根工字钢上铺设15x15方木,间距为30厘米,在方木上铺设竹胶板作为下弦杆底模,按照规范要求绑扎钢筋,连接前一节段上弦杆波纹管。波纹管连接要牢固,不能出现漏浆现象,并安装该节段预应力张拉锚具。经监理检验合格后浇筑上弦杆混凝土。待上弦杆混凝土强度达到设计强度85%后张拉该节段上弦杆预应力钢束,同一根上弦杆两根钢束应同时对称张拉,以免将上弦杆拉偏失稳,随上弦杆不断延长此项尤为重要(图27、图28)。

图27 上弦杆的施工

图28 上弦杆的施工

六、挂篮前移

上弦杆张拉压浆完成后拆除所有支架,将挂篮上多余方木一同吊运到桥下以减轻挂篮自重;先将挂篮用精轧螺纹钢锚固于以浇筑梁段,并与混凝土底板脱离,然后拆除斜拉吊杆和后吊杆,使用缆索吊机将斜上横梁及斜拉吊杆调运到下一个上节点处安放到位,最后利用4个缆索吊钩同时起吊将挂篮前移到下一个即将施工的节段处。前移到位后,先将后下横梁连接后吊杆锚固到位,松脱后边两个吊钩,利用松脱的两个吊钩连接斜拉吊杆和前下横梁,连接完成后松脱所有吊钩,初步固定挂篮,完成挂篮的前移。利用斜拉杆和后吊杆对挂蓝的立模标高和中线进行精确定位,开始下一节段的混凝土悬浇工作,如此循环,直至完成整桥施工(图29、图30)。

图29 挂篮前移

图30 挂篮前移

七、合拢段

合拢段的施工顺序按先边跨后中跨的顺序施工。边跨合拢段在挂篮端头搭设支架作为挂篮底部支撑,中跨合拢段将其中一对挂篮后移并拆除,将另一对挂篮前移,悬吊于已浇筑下弦杆预埋孔处,将整桥连为整体。前后吊点各用4根精轧螺纹钢连接,按设计要求施加配重。合拢段施工时,先将相邻两个下弦杆的梁面杂物清理干净,然后焊接劲性骨架绑扎钢筋,连接波纹管。经监理验收合格后,按照设计要求浇筑合拢段混凝土。

为了保证合拢段的合理受力状态,设计中考虑采用顶推法进行合拢,顶推力为2000千牛。相邻两个"T构"上所有观测点的标高精确测量一遍,确定合拢段相邻的两个梁端顶面标高高差符合规范要求后,进行合拢段施工(图31、图32)。

图31 合拢段施工

图32 合拢段施工

八、施工监控

1. 施工控制的目的和意义

小溪塔大桥主桥属于大跨径预应力混凝土斜拉桁架连续刚构桥,是由杆件浇筑而成。其最终形成必须经过一个长时间而又复杂的施工过程。通过理论计算可以得到各施工阶段的理论定型定位尺寸,但在施工中存在着许多误差,这些误差均将不同程度地对桥梁的最终建成产生影响,严重的可能导致桥梁合拢困难、成桥线形及内力状态与设计要求不符等问题。因此,为确保施工过程中的施工安全,实现成桥线形与内力状态符合设计要求,必须对整个施工过程进行有效的监控。通过监控,分析各种影响成桥的各种因素,为制定施工方案提供数据上的支持。根据监控分析结果,制定施工方案,采取纠正措施,确保桥梁施工符合规范要求。

2. 实施方法

为了保证杆件轴线高程的施工精度,通过现场实测,及时准确地控制和调整施工中发生的偏差值。选用高精度水准仪(偶然误差≤1毫米/千米),高程控制以II等水准高程控制测量标准为控制网,箱梁浇筑以Ⅲ等水准高程精度控制网联测。高程测量控制流程图33所示。

图33 高程测量控制流程图

大桥主梁的轴线和里程用全站仪进行测量,高程用水准仪进行测量。将轴线后视点引至过渡墩,用远点控制近距离点。

1)墩顶测量和基准点的设立

利用大桥两岸大地控制网点,使用后方交汇法,用全站仪测出墩顶测点的三维坐标。将墩顶标高值作为梁高程的水准基点,每一墩顶布置一个水平基准点和一个轴线基准点(做好明显的红色标识,施工单位做好严格保护措施)。以首次获得的墩顶标高值作为初始值,每一工况下的测试值与初始值之差即为该工况下的墩顶变位。

2)主梁挠度观测

测点布置:各控制截面设立三个标高观测点,同时也作为坐标观测点。测点须用短钢筋预埋设置并用红漆标明。各控制截面标高和线性测点布置如图34所示,如遇特殊情况,测点可以进行适当调整。

图34 标高和线性测点布置图

测试方法:用高精度水准仪测量测点标高。

测量频率:监控单位和施工单位按各节段施工次序,每一节段按3种工况(即立模后、浇筑混凝土后和张拉后)对杆件挠度进行平行独立测量,相互校核。

测试时间:尽量选择在稳定温度场进行测量。

3)杆件轴线抽测

测点布置:利用观测点的中间测点即可,不必另设观测点。

测量方法:使用全站仪和钢尺等,采用测小角法或视准法直接测量其前端偏位。

4)主梁立模标高及线性的测量

测点布置:立模标高的测点位置见图中的“I”所指处。

测量方法:用水准仪或高精度全站仪测量立模测点标高。

测量时间:立模标高的测量应避开温差较大的时段。施工单位立模到位、测量完毕后,监理单位、监控单位对立模标高进行复测。

5)杆件控制截面的高程的测量

在某一施工工况完毕后,对杆件高程进行直接测量。在测量过程中,同一控制截面测量3个测点,根据高差取其平均值,这样可得到主梁顶面的高程值。同时,根据不同的工况观察主梁的挠度(反拱度)变化值,按给定的立模标高(含预拱度)立模,也可得到杆件的高程值。两者进行比较后,可检验施工质量。

6)两边对称截面相对高差的直接测量

当两边施工节段相同时,对称截面的相对高差可直接进行测量和分析比较。当施工节段不同时,对称节段的相对高差不满足可比性。此时,可选择较慢的一边的控制截面和较快的一边已施工的对乒截面作为相对高差的测量对象,在测量过程中,同一对称截面可测多点,根据横坡取其平均值,可得到对称截面的对应点的相对高差。

7)结构几何形状测量

结构几何形状的测量主要包括:下弦杆上下表面的宽度、腹板厚度、顶板和底板的厚度、杆件截面高度以及杆件施工节段的长度等。监控单位采用抽查的方式,不定期的进行测量。

3. 监控成果

由于采用了合理的监控方案,小溪塔合拢高差为1厘米,桥面平顺,杆件轴线形平顺,达到成桥状态的控制目标,满足规范及设计要求。

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