山东临沂迎宾自锚式悬索桥监控总结报告.docx
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山东临沂迎宾自锚式悬索桥监控总结报告
临沂市柳清河迎宾桥
施工监控
总结报告
大连xxxxx有限公司
二○○八年十二月
临沂市柳清河迎宾桥
施工监控总结报告
审定:
教授
项目负责人:
教授级高工
参加人员:
副教授
工程师
工程师
工程师
博士
博士
大连xxxxx有限公司
2008年12月
1.桥梁概况……………………………………………………………………………
1
1.1桥址自然情况………………………………………………………………………
1
1.2主要材料……………………………………………………………………………
1
1.3桥梁结构……………………………………………………………………………
1
2.施工监控的基本参数及计算模型………………………………………………
4
2.1荷载……………………………………………………………………………………
4
2.2容许应力……………………………………………………………………………
4
2.3控制断面截面特性…………………………………………………………………
4
2.4计算模型……………………………………………………………………………
4
3.施工监控准备工作…………………………………………………………………
5
3.1与设计单位沟通………………………………………………………………………
5
3.2施工组织方案审查……………………………………………………………………
5
3.3施工中的问题与变更…………………………………………………………………
5
4.施工过程的控制……………………………………………………………………
5
4.1施工步骤……………………………………………………………………………
6
4.2施工控制的工作内容…………………………………………………………………
6
4.3施工控制的实施过程…………………………………………………………………
7
5.结论…………………………………………………………………………………
19
1.桥梁概况
1.1桥址自然情况
迎宾桥位于柳清河下游地段,向南约1.8公里汇入沂河。
柳清河因多年人工筑坝,下游水流平缓,平均水深小于1.0米,河床底已基本处于稳定状态,洪水集中在夏季,最大水位约在标高68.0米。
地貌上属河床和河堤,形态为U字型,地形起伏较大。
春秋冬三季多偏东北风,夏季多东至东南风;降雨量年变化大,累计年平均降水量864.50毫米,最多年降雨量为1417.3毫米,最少年降雨量为529.5毫米,降水量时间多集中在夏季,占全年降水量的63.9%,为春秋两季降水量的二倍。
初霜期平均在霜降前后,年无霜期平均200天,年平均相对湿度69%,年平均蒸发量1767.3毫米。
年平均气压1007.9毫米。
1.2主要材料
1.2.1钢筋:
Ⅰ级钢筋、Ⅱ级钢筋。
1.2.2预应力钢材:
主梁纵横向预应力采用低松弛高强度预应力钢绞线,应符合国家标准GB5224-2003的规定,单根钢绞线直径15.2mm,公称面积A=140mm2,抗拉强度标准值fpk=1860MPa,弹性模量E=1.95×105MPa。
1.2.3主缆:
标准强度σb=1770MPa,平行钢丝成品索(不带外护套)。
1.2.4吊杆:
标准强度σb=1670MPaφ7镀锌钢丝。
1.2.5主索鞍、散束套、索夹:
ZG270-500。
1.2.6锚具:
主缆、吊杆:
冷铸锚;预应力钢绞线:
主梁纵横向预应力锚具采用OVM系列群锚及配套的设备。
1.2.7混凝土:
C55:
主梁
C55:
索塔
1.2.8沥青混凝土:
桥面铺装
1.3桥梁结构
1.3.1总体布置
桥梁结构采用独塔双索面自锚式混凝土悬索桥形式,桥梁主跨为70m,边跨为25m,主缆中心距32m,吊索沿顺桥向间距4m。
索塔采用欧式塔型,塔结构总高34米,桥面以上塔结构高24.2米(其中2.5米为装饰部分,桥面至主缆中心点为21.7米);横断面上共两个欧式塔,中间不设横向连接。
桥梁横断面宽43米,上部加劲梁采用双边肋纵梁与吊杆间横梁相交的框架体系,纵横梁高度采用2.3米,其间设置现浇钢筋混凝土桥面板,桥面铺装采用7cm厚沥青混凝土。
下部结构主塔基础采用φ150cm的群桩,主跨桥台采用钻孔灌注桩,小边跨桥台采用半整体式重力桥台。
1.3.2桥面横断面布置
桥面布置为双向八车道+双非机动车道(兼人行道),具体布置为:
0.25m(护栏)+4m(人行及非机动车道)+2.5m(锚索区)+(0.5m+4×3.5m+0.5m+4×3.5m+0.5m)(机动车道)+(2.5m锚索区)+4m(人行及非机动车道)+0.25m(护栏)。
桥面设双向1.5%的横坡。
1.3.3桥梁结构构造
设计采用了现浇钢筋混凝土梁格体系,加劲梁在全桥为双主梁,主跨设置为箱形截面形式,小边跨采用实心以用做压重。
每个塔柱处各设1根主梁,每根主梁高2.3m,宽4m,端部5.5米范围内高度变为3.05米;渐变段长度0#台为2米,2#台为1.5米,采用C55混凝土;对应于加劲梁的吊杆处均设置预应力混凝土横梁,主跨中横梁宽度为40厘米,边跨中横梁宽度为70厘米,塔间横梁在两塔间的部分为空心箱形截面,宽度为3米;主跨桥面板厚度采用22厘米,考虑配重,边跨桥面板采用25厘米;加劲梁两端尺寸加大,用于锚固主缆索并用作压重。
预应力体系:
主梁采用三向预应力体系,纵向下缘设21φj15.2和12φj15.2预应力钢绞线,fpk=1860MPa,设于边主梁内;横向预应力采用7φj15.2预应力钢绞线,fpk=1860MPa,设于横梁内;纵梁两端主缆锚固区采用竖向φ32精轧螺纹钢筋。
本桥主塔全高34米,桥面以上高24.2米(其中2.5米为装饰部分,桥面至主缆理论中心点为21.7米)。
全塔均为实体矩形截面,桥面以上塔身作等截面布置,纵横向基本结构尺寸为3.0×2.1米,桥面以下为单向变截面,纵向3.5米保持不变,横向尺寸由顶部2.5×3.5米变化到3.5×3.5米。
主缆采用了悬索桥常用的平行钢丝成品索,全桥主缆共计2根,主缆间横向间距32m,最大索力约为7000吨/根,每根主缆由37股平行钢丝成品索(不带PE护套)编制而成,每股成品索由127丝φ5.25mm的钢丝组成,每股成品索的破断荷载为4866.1kN。
标准强度
σb=1770MPa,安全系数K>2.5。
主缆的空隙率,在索夹处控制为18%,其余控制为20%。
吊杆分别采用73φ7mm、121φ7mm、163φ7mm及223φ7mm镀锌高强平行钢丝,强度为1670Mpa,拉索外加双层PE,黑色+彩色,吊杆安装后,下部PE外表面包不锈钢护套以防止滑伤。
吊杆由专业厂家生产,安全系数K>3。
吊杆上端通过索夹固定于主缆,吊杆与索夹采用耳板销接,下端与梁体为冷铸锚锚固,张拉端设在底部。
基础采用承台下设置钻孔灌注桩群桩结构,每个主塔承台下设置9根Φ150cm嵌岩桩。
钻孔桩按柱桩设计。
桥梁照片及结构的立面布置分见图1、图2。
图1桥梁照片
2.施工监控的基本参数及计算模型
2.1荷载
主梁混凝土容重按26kN/m3计,索塔混凝土容重按26kN/m3计,根据设计提供的数据,二期恒载按77KN/m计。
2.2容许应力
在整个支架施工过程中,主梁应力可以保证自身安全。
主梁完成后,在吊杆力调整过程中,每张拉一次吊杆,就会引起主梁各处应力的变化,此时材料容许应力按规范规定的短暂状况构件的应力计算。
各种材料的容许应力如表1所示。
表1各种材料的容许应力表单位:
Mpa
工序
材料
张拉过程(规范要求)
压应力
拉应力
C55
24.85
1.92
吊杆
/
556
2.3控制断面截面特性
本桥在施工监控计算中,主梁的截面模量按有效宽度进行折减。
结构各主要部位的截面特性见表2。
表2结构主要断面截面特性表
截面位置
截面面积(m2)
截面模量(m3)
W上
W下
主梁标准断面
17.752
14.501
5.919
塔柱
2×6.3
2×3.15
2×3.15
2.4计算模型
本桥的结构受力具有平面杆系结构受力特性,因此,整体结构分析采用平面杆系结构进行。
模型中的单元包括主梁、主塔、主缆、吊杆、支架等。
单元和节点的划分见图3。
图中未示出支架等临时性单元。
3.施工监控准备工作
3.1与设计单位沟通
根据设计提供的施工图纸,我单位首先对迎宾桥的成桥状态进行了计算复核,发现成桥状态下迎宾桥主梁的拉压应力过大,经过与设计单位的积极沟通和反复对比验算,确定由设计单位对迎宾桥的施工图进行变更,变更内容如下:
纵梁梁高增加至2.3m,加厚顶底板及腹板,增加了预应力筋数量。
3.2施工组织方案审查
通过对施工单位提交的施工组织方案进行审查,提出以下要求:
1.吊杆张拉必须在桥面板浇筑完成之后进行;2.土建部分的施工应严格按照施工图中的要求进行;3.缆索施工应严格按照我单位的监控指令进行。
3.3施工中的问题与变更
由于本桥主梁混凝土用量较大,施工单位对纵梁采取分层浇筑并于第一层混凝土浇筑完毕后进行了全部纵梁预应力的张拉,而后进行顶层其余部分混凝土(包括桥面板)的浇筑,导致纵梁先浇筑混凝土压应力过大,后浇筑混凝土中没有压应力储备。
为防止施工中按原吊杆张拉力进行张拉导致主梁压溃,施工单位委托同济大学对原施工方案进行了调整,在主跨的第一根中横梁下加设了辅助墩,并提出了相应的吊杆力(见同济大学《迎宾桥计算分析报告》(2008年6月)),我单位以本报告为计算依据,重新进行了每一步吊杆张拉的计算,确保了迎宾桥在施工过程中安全。
4.施工过程的控制
本桥的监控本着安全第一的原则,努力使结构的各部位在各阶段的受力都尽可能合理,而不是为了追求吊杆力的一次到位,使结构处于一种不合理的受力状态。
4.1施工步骤
迎宾桥的施工步骤如下:
①桩基础施工→②桥面以下索塔施工→③支架浇筑加劲梁→④现浇主塔→⑤安装索鞍、散索套→⑥主缆挂设并调整空缆线形→⑦紧缆机紧缆→⑧安装索夹及吊杆→⑨分组张拉吊杆→⑩桥面铺装、栏杆等附属设施施工及主缆缠丝、防腐。
4.2施工控制的工作内容
主缆无应力长度的确定。
吊杆的下料长度。
主缆的空缆线形。
确定索夹安装位置。
确定吊杆张拉顺序,使主缆达到设计线形,吊杆力达到设计吊杆力,加劲梁的线形达到设计要求,加劲梁的应力合理。
提供索鞍预偏量,控制张拉过程中索鞍顶推量,确保施工过程中及成桥状态主塔保持直立,弯矩在规定范围内。
确保2#桥台处的反力拉杆提供拉力在允许范围之内并且均匀增加,2#桥台应力和变形在允许范围之内。
在整个吊杆张拉过程中对主梁的主要截面和桥塔主要截面(与主梁相交处)的应力进行监测。
在整个吊杆张拉过程中对主梁的标高进行监测。
在整个吊杆张拉过程中对塔顶位移进行监测。
在整个吊杆张拉过程中通过对主缆锚固区和2#桥台台身进行外观监测(裂缝和变形),确保主缆锚固区和2#桥台在施工过程中的安全。
在本桥的施工监控过程中,我单位所发出的监控指令和测量项目如表3所示:
表3监控指令与测量项目一览
监控指令
索鞍预偏量
测量项目
监控指令涉及数据
空缆线形
主梁和桥塔应力
索夹坐标
2#台反力拉杆力增加量
索鞍顶推量
塔顶位移
吊杆张拉力
主缆锚固区应力与变形
2#台反力拉杆力
2#台应力与变形
主缆标高
对于索鞍预偏量和索鞍顶推量,误差控制在1mm内,对于空缆线形、索夹坐标和主缆标高,误差控制在1cm内,对于吊杆张拉力和2#台反力拉杆力,误差分别控制在1t和0.5t内。
4.3施工控制的实施过程
(1)主缆的无应力索长的确定
主缆的无应力索长采用循环搜索法,利用非线性有限元程序进行计算。
该方法得到的主缆长度精度较高,已经在多座自锚式悬索桥的施工控制中采用并获得了成功。
根据上述理论可以计算迎宾桥中心索股的无应力长度为112.584m。
(2)吊杆下料长度确定
由于主缆无应力长度计算的准确可以保证成桥状态主缆的线形与设计线形非常接近,所以吊杆的长度可根据设计线形、吊杆力、索夹的尺寸和角度等数据直接计算。
表4吊杆下料长度(单位:
m)
吊杆编号
长度
吊杆编号
长度
1
3.263
10
14.182
2
3.999
11
16.057
3
4.802
12
18.066
4
5.743
13
20.129
5
6.823
14
17.636
6
8.025
15
13.882
7
9.361
16
10.331
8
10.833
17
6.949
9
12.440
(3)主缆的空缆线形
首先通过“倒拆法”得到主缆的空缆线形,然后在新的计算模型中采用“正装法”对空缆线形进行复核,以保证空缆线形的准确无误。
(4)索夹安装位置的确定
图4索段编号示意图
表5主缆索段长度
索段编号
长度(m)
索段编号
长度(m)
1#
9.602
11#
4.423
2#
4.059
12#
4.478
3#
4.085
13#
4.537
4#
4.116
14#
4.543
5#
4.150
15#
5.997
6#
4.184
16#
5.498
7#
4.225
17#
5.362
8#
4.269
18#
5.230
9#
4.316
19#
7.669
10#
4.368
以空缆线形为基础,按照表5提供的索段长度在主缆上放样,所得到放样点即为索夹的空缆安装位置。
实际操作中,曲线长度的放样会有一定的误差积累,这是工程中不允许的,尤其是1#索夹位置放样,如果有1cm的偏差,短吊杆就会有明显的倾斜迹象,不仅受力不好,而且影响美观。
因此,在索夹放样的过程中,采用两种量测方法相互校核。
一是采用表5提供的索段长度在主缆上进行量测,另外提供了索夹点对应的里程标高再用全站仪进行复核,以确保索夹安装位置准确。
吊杆张拉过程中,根据索夹滑移实验的结果反复对索夹进行了紧固,确保索夹与主缆间不会出现相对位移。
。
(5)吊杆张拉及索鞍顶推实施过程
迎宾桥的张拉分3轮进行,具体控制步骤及数据如下:
1)第一轮张拉控制
通过计算分析并借鉴在多座自锚式悬索桥的施工控制中的经验,发现对所有直接锚固或通过接长杆锚固在加劲梁上的吊杆而言,在一次张拉吊杆的过程中,张拉点主缆的位移对其它点主缆的位移影响很小,可以忽略,称之为主缆位移的弱相干性。
根据这个特性确定了在第一轮张拉过程中以主缆的位移量作为控制量。
这个观点的科学性还在于,第一轮张拉时,部分吊杆尚未锚固到加劲梁上,处于悬空状态,还有部分吊杆虽然已经锚固在加劲梁上,但吊杆处于松弛或弯曲状态,这时以张拉力作为控制目标将产生较大误差,而采用位移控制精度容易保证,并且新张拉的吊杆对已经锚固的吊杆的位移几乎没有影响。
首先从1#和2#吊杆开始张拉,每次张拉两根吊杆,张拉完2#、3#吊杆后,改在边跨进行张拉,以减小索塔两侧的不平衡力。
在边跨张拉17#、16#、15#吊杆结束后,回到主跨,继续张拉到7#吊杆,顶推索鞍,然后继续对剩余吊杆自西向东进行张拉,完成第一轮张拉。
表6第一轮张拉控制数据
步骤
内容
索夹中心点标高
参考张拉力(KN)
1
张拉1#、2#
1#
2#
1#
2#
75.929
76.9
153
104
2
张拉2#、3#
2#
3#
2#
3#
76.798
77.86
139
188
3
张拉17#、16#
17#
16#
17#
16#
80.201
83.656
362
149
4
张拉16#、15#
16#
15#
16#
15#
83.611
87.228
194
163
5
张拉3#、4#
3#
4#
3#
4#
77.802
79.055
366
296
6
张拉4#、5#
4#
5#
4#
5#
78.916
80.284
536
376
7
张拉5#、6#
5#
6#
5#
6#
80.133
81.615
722
364
8
张拉6#、7#
6#
7#
6#
7#
81.453
83.049
887
252
9
顶推索鞍至0.04m
参考顶推力(KN)
1100
10
张拉7#、8#
7#
8#
7#
8#
82.876
84.535
800
285
11
张拉8#、9#
8#
9#
8#
9#
84.385
86.08
656
510
12
张拉9#、10#
9#
10#
9#
10#
85.99
87.789
754
344
13
张拉10#、11#
10#
11#
10#
11#
87.691
89.572
689
334
14
张拉11#、12#
11#
12#
11#
12#
89.494
91.449
577
418
15
张拉12#、13#
12#
13#
12#
13#
91.395
93.431
510
665
16
张拉15#、14#
15#
14#
15#
14#
87.222
91.004
649
700
2)第二轮张拉控制
第二轮张拉采用主缆位移和吊杆张拉力双控的方法,以主缆位移为主,吊杆力为辅,使主缆的线形完全按照控制的数据进行,吊杆力作为参考,以避免个别吊杆力张拉过度,对加劲梁不利的情况发生。
根据表7提供的数据进行张拉,在本轮张拉结束时,索夹上的观测点的标高与计算值偏差较小。
表7第二轮张拉控制数据
步骤
内容
索夹中心点标高
参考张拉力(KN)
1
张拉1#、2#
1#
2#
1#
2#
75.743
76.739
2031
298
2
张拉2#、3#
2#
3#
2#
3#
76.56
77.644
1471
798
3
张拉17#、16#
17#
16#
17#
16#
80.151
83.587
2217
1046
4
张拉16#、15#
16#
15#
16#
15#
83.557
87.191
1356
824
5
张拉3#、4#
3#
4#
3#
4#
77.531
78.755
1533
643
6
张拉4#、5#
4#
5#
4#
5#
78.623
79.95
1481
724
7
张拉5#、6#
5#
6#
5#
6#
79.829
81.253
1423
790
8
顶推索鞍至0.07m
参考顶推力(KN)
2500
9
张拉6#、7#
6#
7#
6#
7#
81.148
82.673
1342
720
10
张拉7#、8#
7#
8#
7#
8#
82.584
84.193
1139
785
11
张拉8#、9#
8#
9#
8#
9#
84.116
85.828
1202
656
12
张拉9#、10#
9#
10#
9#
10#
85.744
87.544
1168
710
13
张拉10#、11#
10#
11#
10#
11#
87.481
89.391
1189
480
14
张拉11#、12#
11#
12#
11#
12#
89.322
91.316
1014
790
15
张拉12#、13#
12#
13#
12#
13#
91.267
93.359
1012
1319
16
张拉15#、14#
15#
14#
15#
14#
87.17
90.97
1307
1411
3)第三轮张拉控制
第三轮张拉采用吊杆张拉力为主的控制方法,主缆位移为辅,吊杆力完全按照控制的数据进行,等张拉完成后测量主缆的位移和全部吊杆的索力。
表8第三轮张拉控制数据
步骤
内容
索夹中心点标高
张拉力(KN)
1
张拉1#、2#
1#
2#
1#
2#
75.595
76.464
2728
1529
2
张拉2#、3#
2#
3#
2#
3#
76.371
77.419
2309
1160
3
张拉3#、4#
3#
4#
3#
4#
77.312
78.508
2211
868
4
张拉4#、5#
4#
5#
4#
5#
78.383
79.674
1925
1340
5
张拉5#、6#
5#
6#
5#
6#
79.581
81.004
2050
1029
6
张拉17#、16#
17#
16#
17#
16#
80.118
83.539
3789
1939
7
张拉7#、8#
7#
8#
7#
8#
82.429
84.001
1229
1343
8
顶推索鞍至0.1m
参考顶推力(KN)
3600
9
张拉13#、12#
13#
12#
13#
12#
93.308
91.22
2374
1700
10
张拉12#、11#
12#
11#
12#
11#
91.175
89.25
2047
1177
11
张拉11#、10#
11#
10#
11#
10#
89.25
87.371
1668
951
12
张拉10#、9#
10#
9#
10#
9#
87.306
85.628
1832
165
13
张拉7#、8#
7#
8#
7#
8#
82.341
83.886
1556
1502
14
张拉6#、9#
6#
9#
6#
9#
80.887
85.523
1231
1092
15
张拉16#、15#
16#
15#
16#
15#
83.525
87.162
2611
1475
16
张拉15#、14#
15#
14#
15#
14#
87.135
90.948
1948
2101
4)张拉调整
由于在张拉过程中存在各种偏差,在三轮张拉完成后的吊杆力测量的过程中,发现部分的吊杆内力值和要求的吊杆力值有差异。
因此在吊杆力调整过程中,对部分吊杆力进行调整,调整后的吊杆力如表9所示。
表9成桥吊杆力
吊杆编号
下游吊杆力(KN)
目标吊杆力(KN)
误差(%)
上游吊杆力(KN)
目标吊杆力(KN)
误差(%)
1
2437
2480
-2
2398
2480
-3
2
1639
1720
-5
1655
1720
-4
3
1305
1380
-5
1317
1380
-5
4
1
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