娄江大桥悬臂节段箱梁挂篮施工技术.docx
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娄江大桥悬臂节段箱梁挂篮施工技术
娄江大桥悬臂节段箱梁挂篮施工技术
一、工程概况
娄江大桥位于312国道改线段陆家~正仪一级公路新建工程中的一座大桥,上跨娄江。
该工程于2002年10月开工,2004年8月竣工。
主桥为三跨预应力混凝土连续梁桥,跨径组合为:
30m+50m+30m,并以道路中心线为对称布置分离式上、下行二座桥。
连续箱梁为单箱单室,箱宽6.8m,翼板悬臂3.35m。
一侧桥面分5个节段(不包括0#块和跨中合拢段6#块),采用无压重自锚式挂篮法悬臂对称浇筑。
娄江大桥立面、箱梁断面如图一所示。
二、支架、锁定柱及挂篮
(一)、0#块支架
由于本工程的主墩均在水中,为保证0#施工过程中的变形得以控制,0#块支架将主要利用主承台布置扇形支架,在浇注承台混凝土前先在承台表面预埋40cm×40cm×2cm钢板若干块,作为扇形支架的支点。
每只承台布置5片扇形支架。
为防止扇形排架失稳,扇形排架上横向用双拼30#槽钢焊接联接,使5片扇形支架相互联结成整体。
扇形支架采用双拼30#槽钢作为骨架材料,所有联结点均采用电焊焊接,根据所处位置不同分为a、b两种型号,a型位于立柱两端,为整体式扇形支架,自重3t,每个0#块设2片;b型位于立柱范围内,为两片分离式结构,两片之间用4根φ25冷拉iv级钢筋锚固,每片自重1.5×2=3t,每个0#块设3片。
1、扇形支架施工验算:
本工程0#块共有钢筋混凝土122.08m3,按比重2.6计,0#块总重317.408t,底模、侧模、内模等其它施工荷载按30t计,荷载总计347.408t;验算荷载a型为150t、b型为130t,总计为150×2+130×3=690t;保险系数为690÷347.408=1.986。
验算采用bsacs桥梁结构分析系统进行,应力验算结果:
a型支架的最大应力为143mpa,b型支架的最大应力为129mpa,无论a型还是b型支架的最大应力均小于允许应力170mpa,验算通过。
根据验算结果支架的最大变形均小于1cm。
2、b型支架对拉φ25冷拉iv级钢筋验算:
同样根据bsacs计算结果得知每片b型支架在对拉接头处的拉力为12.589t,每根φ25冷拉iv级钢筋的允许拉力为33t,从理论上分析一根φ25冷拉iv级钢筋就能满足要求,为了确保安全采用2根φ25冷拉iv级钢筋作为一个锚固点。
(二)、抗倾覆锁定柱
为防止悬臂施工中不平衡因素造成大t构件倾覆,必须在0#块根部设置抗倾覆锁定柱。
抗倾覆锁定柱采用600mm×600mm的钢筋混凝土柱,标号c50,每个0#块设四根。
每根锁定柱内布置1束6孔钢铰线,通过波纹管穿过0#块腹板张拉锚固于0#块顶面。
锁定柱顶紧贴0#块底板,通过张拉钢铰线使锁定柱与箱梁结构联成整体,锁定柱与箱梁无直接连接构造。
1、锁定柱施工荷载验算:
1/4桥恒载自重为2132.52÷4×2.6=533.13×2.6=1386.138t
每根锁定柱承受压应力为:
1386.138÷4÷(0.6×0.6)=962.6t/m2=9.626mpa。
允许压应力为50mpa>9.626mpa,验算通过。
2、锁定柱抗倾覆验算:
假定最不利状态为悬臂长度最大时的不平衡施工,即进行5和5'#块施工时5'#块节段混凝土已经浇注完毕而5#节段还未进行混凝土浇注施工。
设定立柱两侧锁定柱分别为x和y,根据不平衡节段重量、悬臂长度值(略)和力矩平衡σy=0原理,计算得
x=236.43t,2根锁定柱分别承受x/2=118.215t
y=899.58t,2根锁定柱分别承受y/2=449.79t
在最不利状态下4根锁定柱所受均为压应力,没有出现拉应力,最大压应力为449.79÷(0.6×0.6)=1249 t/m2=12.49mpa,小于允许应力。
因此,锁定柱能够满足抗倾覆要求。
3、锁定柱稳定性验算:
失稳临界力pij=(π2ei)/(2l)2=(3.142×3.5×106×1.08×10-2)/(2×5)2=3726.93t > 449.79t
故锁定柱不会失稳。
(三)、挂篮
1. 挂篮设计、制作及安装:
(1)本工程采用无压重式挂篮。
挂篮后部份与桥体锚固,解决倾覆问题。
挂篮自重约40t,挂篮重量与块体之比约为0.4左右。
(2) 挂篮由以下几个部份组成:
主桁架、悬吊系统、锚固系统、 行走系统、底模板平台。
主桁架中主梁由两根双拼1m工字钢组成,后下横梁、后上横梁以及前上横梁均由双拼56#工字钢组成,前下横梁由双拼45#工字钢组成。
悬吊系统采用钢制吊带和φ32冷拉钢筋。
锚固系统采用在箱梁腹板内预埋冷拉钢筋形式,冷拉钢筋将后锚座固定在箱梁顶面,而后锚座与挂篮之间通过吊带锚固。
挂篮的整体纵移采用滑移方式,其动力用卷扬机,使挂篮与滑道相对滑移行走。
挂篮底平台由下横梁、底平台小纵梁(30#双拼槽钢)、方木等组成。
挂篮及挂篮配件表见示意图二
(3) 挂篮主桁架与前上横梁以及后上横梁电焊连结,形成类似井字型整体结构。
(4) 根据现场条件及设计要求,精加工部件由工厂制作,部份较长构件在现场制作。
每只0#块上一组两只挂篮分别在现场拼装就位。
(5) 由于本工程0#块在水面上,给挂篮安装带来一定的困难。
挂篮主梁以及上部结构采用履带吊进行吊装,下部结构采取在驳船上拼装组合,整体起吊就位。
挂篮行走系中滑槽下设置了水泥混凝土滑道,消除桥面横坡对挂篮行走时产生横向力的影响,防止挂篮行走过程中偏移纵轴线。
2、挂篮构件验算
采用bsacs桥梁结构分析系统。
验算荷载包括箱梁节段自重和施工荷载,最大节段重量100t,施工荷载取20t,故验算荷载为120t。
计算结果如下:
主梁应力:
最大应力为119mpa<170mpa。
前上横梁应力:
最大应力为73mpa<170mpa。
后上横梁应力:
最大应力为84mpa<170mpa。
主梁变形:
最大变形点位于主梁与前上横梁连接处,变形3.4cm。
前上横梁变形:
最大变形点位于两个端点处,变形1.2cm
挂篮施工变形=3.4+1.2=4.6cm。
主梁支点反力为77.88t
主梁后锚拉力为30t
三、节段浇筑
(一)、0#块施工
根据经验,在上部结构悬臂施工当中主墩支座是承受部分荷载的,为了保证在全桥合拢前支座不受偏心荷载,在主墩顶部设置砂箱,这样既能保证支座不受力,又能利用主墩承受部分竖向荷载,减轻四根锁定柱负担,再者在体系转换时也可使上部结构平稳下落。
按照挂篮施工的具体要求,我们在0#块箱梁浇注前予埋挂篮后锚予埋件,卷扬机固定件等予埋件。
(二)、连续梁悬臂浇筑
第一块箱梁浇注前,对挂篮进行予压,即西半桥北主墩南1#块进行等载予压,并选择所有节段中最重的节段作为予压荷载,即3'#块,92吨。
测得其弹性变形和非弹性变形数值,以后,每浇注一个节段,不再进行予压,就以此数据为依据,结合设计院提供的数据,进行模板标高的微量调整。
本工程连续梁浇筑采用全挂篮对称浇筑。
施工流程图为:
浇筑锁定墩=>搭设支架浇筑0#块=>加工并安装挂篮=>悬臂浇筑1#~5#块(1'#~5'#块)=>搭设支架浇筑边跨直线段==>浇筑边孔合拢段==>拆除锁定装置进行体系转换==>浇筑跨中合拢段。
挂篮的稳定性对于连续梁浇筑施工十分重要。
本工程抓住了以下施工关键技术,确保了工程质量。
1.检查挂篮上千斤顶等设备的状况,如完好无损时,放松吊带,先松后吊带,再松前吊带。
前后吊带放松时注意均衡同步。
2.挂篮后锚固解除时,两根主桁架后锚注意均衡同步进行。
3.挂篮移动时,注意同步前进,前进50cm作一次观察,防止挂篮有转角引起误差,同时也防止挂篮受扭变形。
4.挂篮移动就位后收紧吊带,吊带收紧时,先观察横梁上4根吊带是否均衡同步收紧。
挂篮前横梁吊带的收紧工作和测量同步进行。
5.混凝土浇筑前,复测标高。
混凝土浇筑后,作标高观察,每浇筑一次箱梁块件,应作4次标高观测。
注意混凝土应从外到里进行浇筑,以避免箱梁根部新老混凝土之间产生裂缝。
箱梁混凝土强度达到设计强度的80%后,进行预应力的张拉工作。
(三)、边跨合拢段浇筑
娄江大桥共有4个边跨合拢块,对其中的1个边跨合拢块进行等载予压,其变形数值作为后3个合拢块浇注立模的依据,目的使理论更符合实际,梁的变形得以控制,线形更完美。
模板的高程将严格按图纸尺寸并预抛一定的数值,预抛值将根据现场的支架情况、以往的施工经验及设计院提供的数值(1、挂篮的自重引起的变形;2、节段的自重引起的变形;3、予应力张拉引起的变形;4、砼的徐变引起的变形)来确定。
边跨合拢后预应力束的张拉在混凝土强度达到100%后进行。
(四)、中跨合拢段浇筑及体系转换
中孔的合拢是梁体从单悬臂向连续梁的转换,是梁体从静定结构向超静定结构的转换。
施工流程如下:
边跨合拢段施工完毕并拆除支架——拆除0#块下锚固束及0#块抗倾覆临时固定柱——打开砂箱慢慢放砂让单悬臂的0#块处支座受力——安装中孔合拢段吊架——在合拢段内焊接内外刚性支撑(水平支撑)——按设计要求张拉部分顶板和底板合拢束——合拢段吊架与模板锁定——合拢段钢筋安装——浇注合拢段混凝土——张拉预应力钢束及孔道压浆——拆除吊架及外支撑
为防止中孔合拢段浇筑后产生收缩裂缝,在施工中采取两项措施。
第一,按设计的位置和数量焊接型钢支撑(水平支撑),并张拉部分顶板和底板合拢束,以限制混凝土的自由收缩;第二,混凝土浇筑时间为当天气温最低的时候,减少混凝土收缩徐变的影响,防止裂缝的产生。
中孔合拢段混凝土强度至设计要求以后,进行连续梁连续束的张拉,张拉从底板正弯矩束开始,完成体系最终的转换。
四、预应力张拉
对于用挂篮施工的节段箱梁,预应力施工的质量对工程结构的安全性和可靠性显的尤为重要。
本工程主体结构预应力连续箱梁采用三向预应力体系。
纵、横、竖向预应力钢束的张拉顺序:
张拉n节段纵向预应力钢束,张拉(n-3)节段横、竖向预应力钢束。
(一)纵向张拉作业,按照两端张拉并锚固结的方法进行。
以"左右对称、两端同时"为原则。
操作顺序为:
初试张拉力(控制张拉力的10%)——控制张拉力张拉(持荷2分钟)——自锚固,钢铰线束张拉采用张拉力与伸长值双控法,即在张拉力达到设计要求时伸长值与理论伸长值之间的误差控制在±6%之间。
(二)竖向预应力张拉:
采取同一梁段两端对称张拉的方案。
张拉力以双控法控制。
并在24h内完成压浆。
(三)面板横向预应力张拉:
钢铰线束张拉采用张拉力与伸长值双控法,以控制张拉力为主,控制伸长值为辅。
五、结束语
312国道娄江大桥主桥施工采用无压重自锚式挂篮进行,取得了显著的效果。
有成本低、操作简单、质量优的特点。
1、 无压重自锚式挂篮用竖向锚固索替代压重,大大降低了挂篮自重,克服了传统挂篮大而笨重的缺点。
2、 中孔的合拢是梁体从单悬臂向连续梁的转换,是梁体从静定结构向超静定结构的转换,所以只有正确的体系转换,才能够保证桥梁的应力状态与设计相符。
准确而科学的体系转换对挂篮法施工非常重要。
3、 对于用挂篮法施工的节段箱梁,轴线与标高测量十分重要,只有准确的测量,才能使梁的位置和变形得以控制,桥的线形才更符合设计。
作者单位:
上海耿耿市政工程有限公司
2005年5月第157期
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- 大桥 悬臂 节段箱梁 挂篮 施工 技术