浅谈连续刚构桥0-1号块托架预压技术-人工改重

发布日期:2022-04-06 09:59:56


  在中铁二十局集团四公司陕西省合铜高速公路漆水河特大桥施工中,0-1号块托架预压采用反力架预压技术,该技术操作简便、成本低、周期短,取得了良好效果。下面,简单介绍该技术的基本原理,望能为今后同行业施工起到有益的参考作用。


  高墩大跨连续刚构桥0-1号块是桥梁上部悬臂施工的基础,采用托架法施工,由于号块体积大、质量重,托架的承压能力至关重要,因此在托架安装完成后,必须对托架进行预压,消除托架自身的非弹性变形,同时测量在同等荷载作用下的弹性变形情况,通过施工前的一系列测试,进一步检验和验证托架的刚度、强度以及整体稳定性,确定梁体的线性及标高,确保施工安全。


  2工程概述


  陕西合铜高速公路漆水河特大桥全桥长1499.06m,6-9主墩墩高72-99m,主跨为(65+3×120+65)m五跨连续刚构,单幅单箱单室截面,箱梁顶宽13.0m,底板宽7.0m,两侧悬臂长度3.0m。箱梁高度跨中为2.8m,支点处箱梁中心梁高7.2m,箱梁梁高按1.8次抛物线变化。


  依据图纸设计,本桥0号块和1号块采用托架法同时浇筑,其中0号块长8m,高7.2m,顶板宽13.0m,底板宽7.0m,顶板厚0.5m,底板厚1.2m,腹板厚0.7m,0号块内两道横隔板并设置人孔;1号块长2.5m,高度由7.2m渐变至6.847m,顶板厚由0.5m渐变至0.3m,底板厚由1.2m渐变至0.853m。


  图10-1号块截面图


  3预压方式选择


  连续刚构桥托架常见的预压方式有沙袋堆载预压、混凝土块堆载预压、钢筋堆载预压、水箱堆载预压等。本桥主墩跨越河流、国道、居民区等,主墩墩高72-99m,为高墩大跨连续刚结构,如果采用传统的堆载预压,操作难度大,安全风险高,施工周期长,堆载预压需要向托架上搬运大量预压材料,预压材料多次调运,工序繁琐,安全风险高,耗时费力,严重影响施工进度。


  经方案比选,本桥主墩0-1号块托架预压拟采用千斤顶配临时型钢结构反力架预压法,即通过加强墩身设计预埋的精轧螺纹钢作为预压锚固点,利用千斤顶张拉型钢横梁形成的张拉力反作用于托架上,达到预压的目的。采用反力架预压法,较传统堆载预压操作简便、成本低、周期短。


  4预压荷载确定


  4.1预压荷载


  根据受力原理,墩顶范围内梁体混凝土重量由桥墩承担,悬臂部分重量由托架承担,预压时按照托架悬臂部分重量进行预压,预压计算荷载主要包括托架悬臂梁段重量、模板托架自重、施工荷载等。


  4.2预压荷载计算


  0号块单端纵向悬出墩身0.5m,悬空部位混凝土方量为15.7m3,1号块单端梁段长度2.5m,混凝土方量为55.7m3。


  ①计算梁段混凝土自重:q1=15.7*26+55.7*26=1856kN;主梁混凝土容重取26KN/m


  ②模板及托架自重按照现场实际重量:q2=240kN;

浅谈连续刚构桥0-1号块托架预压技术

  ③人群及施工机具荷载:根据现场实际情况及经验,现场混凝土施工人员10人,每人按体重80kg,计算为8kN;其他施工机具考虑10kN,合计q3=18kN。


  ④托架组合计算荷载:q=U1(混凝土重量+模板及托架自重)+U2(动力附加荷载+人群和机具荷载)=1.2(q1+q2)+1.4q3=2540kN,恒载组合系数:U1=1.2;活载组合系数:U2=1.4


  托架单端总荷载=2540KN,用3台千斤顶平均分布预压:250kN/3=847kN,预压时120%级时每个千斤顶受力为847KN。


  5预压方案实施


  5.1预埋精扎螺纹钢


  在主墩墩身柱混凝土施工进行到最后一个2m段时,在墩柱每个角各预埋2根JL32精轧螺纹钢,与原设计中的JL32精轧螺纹钢一起做为预压锚固点,埋入墩身有效长度不小于1.5m,外露墩顶长度1m。为提高锚固力,可在JL32钢筋底部安装一个14cm×14cm×2cm(厚)钢板。


  5.2托架反压系统安装


  托架反力架从下往上依次为:①预压梁,利用挂篮底横梁I45a工字钢通长铺设在托架上(顺桥向放置),②分配梁:利用挂篮I40纵梁(横桥向布置);③6套200吨千斤顶(横桥向放置),千斤顶上下分别采用50*50*1.5cm钢垫板,安装时千斤顶受力面,水平、垂直,确保加载时受力均匀,预防加载时扭曲、变形。④反压梁:采用挂篮底横梁通用的I45a工字钢6根(横桥向布置),⑤承压梁:分别采用挂篮通用的I40纵梁2根并在一起(顺桥向放置),两根承压型钢焊接时中间留足够的缝,保证JL32精轧螺纹钢筋能够从上顺利穿入,精轧螺纹钢穿入处采用35*35*1.5cm钢垫板,进一步提高锚固力。托架立面示意图下图2,托架预压图具体见图3、图4。


  5.3加载与卸载


  图2托架立面示意图


  图3反力架预压纵向立面图


  图4反力架预压平面图


  按照表2进行托架的加载与卸载。在加载过程中,荷载分别从托架两端逐步均匀向跨中加载,并且左


  右对称。现场预压荷载按照30%、60%、90%、120%四个等级进行。加载加载时,每级荷载应缓慢、均匀加载,前三级加载到指示荷载后静置30分钟后,按照要求测点并做好记录,第五级加载到120%持荷24h后测量各测点值并做好记录。卸载时,每级荷载应缓慢、均匀卸载,前三级卸载到指示荷载后静置30分钟后,测量各测点值并做好记录,第四级将荷载卸完之后静置12h测量各测点值并做好记录。沉降稳定状态为24小时沉降量小于2mm。


  表2托架预压荷载分级


  加载 百分比 加载值(KN) 持荷时间 (min)


  第一级 30% 211.7 30


  第二级 60% 423.9 30


  第三级 90% 635.2 30


  第四级 120% 847 1440


  5.4测点布置及变形观测


  在三角托架的两端共设置6个观测点,并在观测点作好标记。


  在墩顶设置精确水准点,加载前先测量各测点顶面高程H1值及基础高程J1值,按照加载分级分别测量加载30%、60%、90%、120%时各测点顶面高程H2、H3、H4、H5值及基础高程J2值,卸载后测量各测点顶面高程H6值。


  5.5预压结果整理及预拱度设置


  托架在荷载作用下的非弹性变形值δ1=H1-H6,托架在荷载作用下的弹性变形值δ2=H6-H5,总沉降量δ=δ1+δ2。


  表3为6号墩左、右幅0-1号块托架变形数据汇总建表(其他主墩数据略)。


  表3测点计算变形值(6号墩左幅)


  测点


  (6号左幅) 非弹性变形值(mm)


  δ1=H1-H6 弹性变形值(mm)


  δ2=H6-H5 总沉降(mm)


  δ=δ1+δ2


   测点


  (6号右幅) 非弹性变形值(mm)


  δ1=H1-H6 弹性变形值(mm)


  δ2=H6-H5 总沉降(mm)δ=δ1+δ2


  6-1 1 17 18 6-1 4 10 14


  6-2 11 -4 7 6-2 5 8 13


  6-3 3 5 8 6-3 3 9 12


  6-4 -1 8 7 6-4 2 10 12


  6-5 -3 7 4 6-5 3 6 9


  6-6 0 12 12 6-6 0 8 8


  卸载完毕后,检查纵横梁支架沉降情况,同时调整模板标高和平整度,使各点标高既符合设计要求又满足平整度要求。同时满足预压前后的弹性变形要求。根据梁的挠度和托架的弹性变形所计算出的预拱度之和,为预拱度的最高值。其它各点的预拱度以中间点为最高值,以梁的两端点为零点,按设计二次抛物线进行分配设置。


  δX=4δ·x·(L-x)/L2


  δX–距左支点x的预拱度值;L-跨长;x-距左支点的距离;


  通过预压试验计算所得预拱度值,作为调整梁底标高的依据:梁底标高=设计梁底标高+设计预留拱度。


  图6预拱度设置曲线


  5.6预压注意事项


  预压前要检查托架搭设情况,确保所有使用的材料均要符合要求,所有焊点、连接要牢固,要逐个进行检查。预压时要对称放置千斤顶施加压力,以防偏压失衡。


  试验之前对油表及千斤顶进行标定,根据试验荷载等级计算出油表读数。


  托架预压荷载不小于最大施工荷载的1.2倍,加压加载及卸载过程中要防止局部应力集中,导致支架产生不均匀变形。


  对三角形托架加载点及后端锚固点必须进行加强,加垫厚钢板,扩大接触面积,同时使用双型钢的反压梁预压前焊接连接成整体,防止在试验过程中这几个部位发生局部塑性变形。


  加载前对桁架四周施做钢性围挡,保证施工人员安全。


  加载时,油泵必须平稳缓慢供油,基本做到匀速加载,遇到特殊情况立即停止加载。


  加载时,人员严禁站在精扎螺纹钢筋正前方,确保安全。


  6结束语


  在本桥0-1号块托架采用反力架预压过程中,预压架体材料、机具充分利用了后续挂篮悬臂施工通用的纵、横梁以及千斤顶,反压梁可循环利用于多个墩的0-1号块预压(本桥主墩共计8个,可循环利用8次),预压完成后可直接安装底模。在预压过程中,所有检测采集数据实时跟踪,即时加载、卸载,预压过程操作简便、拼装灵活、取料方便,减少了人力物力的投入,且该预压原理也将应用于本桥挂篮及边跨悬臂托架的预压,大大提高了施工功效、降低施工成本、节省了项目工期、取得了良好效果。

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