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文档简介
1、悬臂浇筑预应力混凝土连续梁0号块施工技术总结中铁电气化局集团宁天城际一期6标项目部 王福来摘要:总结了悬臂浇筑预应力混凝土连续梁0号块施工技术,内容包括0号块支撑体系、临时固结体系的设计及受力计算,采用张拉法预压0号块支架施工方法和0号块预应力张拉时伸长量超限原因分析。0号块支撑体系设计为在三角托架上铺设横向铺垫桁架,在桁架上安装纵向铺垫梁及0号块模板。临时固结体系的设计打破传统钢筋混凝土结构设计形式,将受力主筋同混凝土分离,方便了后期拆除工作。关键词:0号块 三角托架 临时支座 预压 伸长量宁天城际轨道交通一期工程TA06标共有悬臂法浇筑施工的连续梁3处,分别为跨绕越高速公路(36+50+3
2、6)m、跨十里河(30+45+30)m和跨清水河(32.5+45+32.5)m预应力混凝土连续梁。跨绕越高速公路连续梁两个主墩高14m,两个边墩分别高16m,18m。跨十里河及跨清水河连续梁墩身高度均在10m以内。三处连续梁混凝土标号均为C50,仅设纵向预应力束,梁体为单箱单室、斜腹板、变高度、变截面结构。三处连续梁均设7个块,其中0号块采用悬空支架在墩顶现浇,15号块采用挂蓝施工,6号块为合拢段,7号块为边跨现浇段。1 0号块支撑体系设计及受力计算方法0号块可以根据现场具体的情况综合考虑安全、成本、工期采取落地式支架或悬空式支架。落地式支架可选择钢管柱工字钢支架及碗口式(或盘扣式)钢管支架,
3、悬空式支架最为常见,因为它不用考虑主墩高度、附近地貌及承载力要求,而且安装较为方便。宁天城际一期工程6标3处连续梁均采用了悬空式支架施工0#块。这种支架以三角托架(也称“牛腿”)为主要受力结构,在其上分布横向及纵向分配梁后直接安装底模板。1.1 三角托架结构三角托架主要由托架、横向铺垫桁架、纵向铺垫梁、0#块底模等组成。三角托架的杆件由H200200H型钢组焊加工而成,横向铺垫桁架由I20a工字钢及I14工字钢组焊桁架而成,纵向铺垫梁由I20a工字钢组焊件组成,托架结构如图1-1所示。图1-1 三角托架结构图1.2 三角托架结构受力计算基础数据1.2.1 主要技术参数、砼自重G=26.5kN/
4、m3;、钢材的弹性模量E=210GPa;、材料容许应力,见表1-1:表1-1 材料容许应力表牌号材料许用正应力许用弯曲应力w许用剪切应力Q235215MPa215MPa125MPaQ345310MPa310MPa180MPa40Cr470MPa480MPa280MPaPSB830750MPa1.2.2 托架计算设计荷载及组合、荷载系数考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数:1.05托架正常使用时采用的安全系数:1.2活载分项系数:1.4恒载分项系数:1.2、作用于托架的荷载0#块位于墩柱上部的重量由墩柱承受,托架承受的仅为0#块超出墩柱部分变截段的重量。根据箱梁截面受力特点,划分箱梁各节段断
5、面如图1-2所示:图1-2 0#块悬臂部分节段划分图通过三维建模查询或直接利用体积计算公式计算出箱梁各节段的重量如表1-2所示:表1-2 0#块各节段重量段号变截段(3.6m)墩间段(2.8m)51.7KN40.2KN181.7KN231.6KN165.3KN施工机具及人群荷载:2.5kPa倾倒混凝土产生的荷载:2kPa振捣混凝土产生的荷载:2kPa模板重量:2.5kN/m2托架自重:19t、荷载组合荷载组合:混凝土重量+超载+动力附加荷载+托架自重+人群和机具荷载。1.3 纵向铺垫梁、横向铺垫桁架强度计算1.3.1 腹板下面纵向铺垫梁的计算荷载计算单侧腹板混凝土荷载为:模板荷载为:人群及机具
6、荷载为:倾倒和振捣混凝土产生的荷载为:腹板处纵向铺垫梁的均布荷载为(纵向铺垫梁间距均布约为0.2m)受力分析铺垫梁材质为Q235的I20a工字钢,其截面特性参数如下:Wx=237cm3,Ix=2370cm4结点,1,0,0结点,2,0.8,0单元,1,2,1,1,1,1,1,1结点支承,1,3,0,0,0结点支承,2,1,0,0单元荷载,1,3,23600,0,1,90单元材料性质,1,1,732948000,4882200,0,0,-1这里三角托架的受力计算基于结构力学求解器,结构力学求解器是一款非常简单实用的工程力学计算软件,下面这段命令流是铺垫梁在结构力学求解器中的建模过程。 在结构力学
7、求解器的观察器中可以观察到建好的受力示意图如下:由结构力学求解器计算得出浇注0#块时腹板下纵向铺垫梁的剪力图、弯矩图、挠度图如下:1)、剪力图为:其支座反力Ra=9440N,Rb=9440N2)、弯矩图为:其最大弯矩Wmax=1888N/m 满足要求3)、挠度计算结果为:其最大挠度 满足要求1.3.2 底板下面纵向铺垫梁的计算荷载计算顶板及底板混凝土荷载为:模板荷载为:人群及机具荷载为:倾倒和振捣混凝土产生的荷载为:腹板处纵向铺垫梁的均布荷载为(纵向铺垫梁间距均布约为0.2m)受力分析铺垫梁材质为Q235的I20a工字钢,其截面特性参数如下:Wx=237cm3,Ix=2370cm4 利用上述建
8、模方法得到底板下纵向铺垫梁受力示意图如下:由结构力学求解器计算得出浇注0#块时腹板下纵向铺垫梁的剪力图、弯矩图、挠度图如下:1)、剪力图为:其支座反力Ra=14200N,Rb=14200N2)、弯矩图为:其最大弯矩Wmax=2840N/m 满足要求3)、挠度计算结果为:其最大挠度 满足要求1.3.3 靠近墩身的横向铺垫桁架受力检算模板、支架按2.5kN/m2计,人群及机具荷载按2.5kN/m2计,倾倒和振捣混凝土荷载按4.0kN/m2计。其他荷载如下:浇注0#块时底板下纵向铺垫梁作用在横挑梁上支座反力F1=14200N;浇注0#块时腹板下纵向铺垫梁作用在横挑梁上支座反力F2=9440N;浇注0
9、#块时墩间段翼缘板混凝土作用在横挑梁上的力浇注0#块时变截段翼缘板混凝土作用在横挑梁上的力翼缘板混凝土作用在横挑梁上的总荷载:P=P1+P2=27400+15100=42500N利用结构力学求解器建立横向铺垫桁架模型的命令流如下:结点,1,0,0结点,2,0,-1结点,3,0.86,0结点,4,0.86,-1结点,5,1.72,0结点,6,1.72,-1结点,7,2.58,0结点,8,2.58,-1结点,9,3.44,0结点,10,3.44,-1结点,11,4.3,0结点,12,4.3,-1结点,13,5.16,0结点,14,5.16,-1结点,15,6.02,0结点,16,6.02,-1结点
10、,17,6.88,0结点,18,6.88,-1结点,19,7.74,0结点,20,7.74,-1结点,21,8.6,0结点,22,8.6,-1结点,23,9.46,0结点,24,9.46,-1结点,25,2.38,0结点,26,2.78,0结点,27,6.68,0结点,28,7.08,0单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,7,8,1,1,1,1,1,1单元,9,10,1,1,1,1,1,1单元,11,12,1,1,1,1,1,1单元,13,14,1,1,1,1,1,1单元,15,16,1,1,1,1,1,1单元,17,18,1,1,1,1,1,1单元,19,20,1,1,1,1,1,1单
11、元,21,22,1,1,1,1,1,1单元,23,24,1,1,1,1,1,1单元,1,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,8,1,1,1,1,1,1单元,8,9,1,1,1,1,1,1单元,9,12,1,1,1,1,1,1单元,12,13,1,1,1,1,1,1单元,13,16,1,1,1,1,1,1单元,16,17,1,1,1,1,1,1单元,17,20,1,1,1,1,1,1单元,20,21,1,1,1,1,1,1单元,21,24,1,1,1,1,1,1结点支承,10,3,0,0,0结点支承,16,3,0,0,0单元荷载,1,3,42500,0,1,9
12、0单元荷载,2,3,42500,0,1,90单元荷载,3,3,42500,0,1,90单元荷载,13,3,42500,0,1,90单元荷载,14,3,42500,0,1,90单元,1,3,1,1,1,1,1,1单元,3,5,1,1,1,1,1,1单元,5,25,1,1,1,1,1,1单元,25,7,1,1,1,1,1,1单元,7,26,1,1,1,1,1,1单元,26,9,1,1,1,1,1,1单元,9,11,1,1,1,1,1,1单元,11,13,1,1,1,1,1,1单元,13,15,1,1,1,1,1,1单元,15,27,1,1,1,1,1,1单元,27,17,1,1,1,1,1,1单元
13、,17,28,1,1,1,1,1,1单元,28,19,1,1,1,1,1,1单元,19,21,1,1,1,1,1,1单元,21,23,1,1,1,1,1,1单元,2,4,1,1,1,1,1,1单元,4,6,1,1,1,1,1,1单元,6,8,1,1,1,1,1,1单元,8,10,1,1,1,1,1,1单元,10,12,1,1,1,1,1,1单元,12,14,1,1,1,1,1,1单元,14,16,1,1,1,1,1,1单元,16,18,1,1,1,1,1,1单元,18,20,1,1,1,1,1,1单元,20,22,1,1,1,1,1,1单元,22,24,1,1,1,1,1,1单元,1,2,1,
14、1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元荷载,15,3,42500,0,1,90结点荷载,25,1,9440,-90结点荷载,7,1,9440,-90结点荷载,26,1,9440,-90结点荷载,27,1,9440,-90结点荷载,17,1,9440,-90结点荷载,28,1,9440,-90结点荷载,9,1,14200,-90结点荷载,11,1,14200,-90结点荷载,13,1,14200,-90结点荷载,15,1,14200,-90单元材料性质,1,15,732948000,4882200,0,0,-1单元材料性质,16,26,732948000,4882200,0,
15、0,-1单元材料性质,27,49,443229600,1466720,0,0,-1横向铺垫桁架采用I20a工字钢及I14工字钢组焊桁架加工,其力学参数如下:I20a: A=35.785cm2 Wx=237cm3I14: A=21.516cm2 Wx=102cm横向铺垫桁架受力简图如下图所示:由结构力学求解器计算得出浇注0#块时横向铺垫桁架轴里图、弯矩图、挠度图如下所示:1)、轴力图I20a最大轴力:F1=238.055kN I14最大轴力:F2=131.883kN2)、弯矩图I20a最大弯矩:W1max=15.87kN.m I14最大弯矩:W2max=5.54kN.mI20a: 满足要求。I2
16、0a: 满足要求。3)、挠度图从挠度图中可以看出横向铺垫桁架两个悬臂段的挠度最大,查阅位移计算文件如下图所示:其最大挠度 满足要求剩余横向铺垫桁架的结构和材料同以上桁架,但其受力均小于靠近墩身的两片桁架,因此这里不再进行强度、刚度的验算。1.3.4 托架三角桁架计算1.3.4.1 三角桁架承受的荷载计算三角桁架主要承受由横向铺垫桁架传递的竖向压力,这个压力可以通过计算横向铺垫桁架的支座反力得出。利用计算1.1.3.3节建立的横向铺垫桁架的受力模型计算得出靠近墩身的横向铺垫桁架支座反力为:P1=157.87kN 其他横向铺垫桁架支座反力为:P2=92.658kN1.3.4.2 三角桁架强度计算三
17、角桁架简化后计算简图如下图所示:经结构力学求解器计算得出各杆件内力情况如下图所示:1)、轴力图:2)、弯矩图:3)、挠度图:前端点挠度最大值为2mm由上图可知1杆、2杆、5杆受拉,3杆、4杆、6杆受压,各杆件的强度验算如表1-3所示:表1-3 三角托架各杆件强度计算表序号内力(kN)选材截面面积(cm2)正应力(MPa)许用应力(MPa)备注1杆136.721H20020064.2821.3215满足2杆152.673H20020064.2823.8215满足3杆-177.597H20020064.2827.6215满足4杆-370.878H20020064.2847.9215满足5杆183.
18、813H20020064.2828.6215满足6杆-152.673H20020064.2823.8215满足1.3.4.3 三角桁架杆件稳定性计算因所有杆件截面相同,4杆最长,且承受压力最大,故选择4杆计算其稳定性。主桁4杆选用H200200H型钢加工,杆件净长度2.23m,轴力为-360.4kN,其截面特性如下:截面面积A=64.28cm2;惯性矩Ix=4715cm4、 Iy=1600cm4抗弯模量Wx=471cm3、Wy=160cm3;回转半径ix=8.6cm、iy=5.0cm杆件的细长比为:y=L/iy=2230/50=44.6查表得=0.878=N/A=370.878103/(0.8
19、7864.2810-4)=65.71MPa=215MPa由上述计算结果可知,托架三角桁架稳定性满足要求。2 0#块支架张拉法预压2.1 支架预压的目的采用预埋托架进行0#块混凝土的施工,由于托架弹性、杆件连接缝隙等因素影响到0#块混凝土质量和梁体线性控制。在预应力及支点反力作用下,0#块处于复杂的应力状态,支架的不均匀变形导致支点附近的底板、肋板的应力集中。因此托架安装完成后,需要加载进行预压,以确定其强度、刚度和稳定性,并消除支架的非弹性变形、计算出支架的弹性变形值,为0#模板安装提供数据,同时亦可检验托架结构的安全性,防止事故发生。2.2 0#块托架预压方案的原理由于托架为悬臂结构,可知浇
20、筑混凝土时使托架前端点下挠:=(e)+ (n)式中:托架自身变形 (e)、(n) 托架的弹性和非弹性变形(n)主要由杆件螺栓孔隙和各构件间的连接缝隙产生,而(e)是因托架并非绝对刚硬而产生的。等荷载的预先施加使(n)消除,(e)则在施加预荷载后提前发生,消除(e)对混凝土的不利影响,达到等效预压的目的。2.3 预压的方法预压方法通常采用堆载法,即使用沙袋、钢筋等重物堆载,但这种与预压过程周期长、成本高,这里介绍一种利用承台提供地面反力,在支架上安装千斤顶进行张拉预压的方法。原理为通过预埋托架作为受力系统,利用千斤顶张拉反力模拟0#块浇筑过程中支架所承受的荷载。下面以跨十里河(30+45+30)
21、m预应力混凝土连续梁0#块托架预压为例说明。采用8根A32精轧螺纹钢筋植入承台(单侧),使用工字钢组合梁,将钢绞线锚具固定在工字钢下,单侧使用两个200t千斤顶固定在托架的横向铺垫桁架上,具体张拉法预压设计简图2-1和图2-2。第21页 共21页按照梁段自重的30%、70%、100%和120%分四次进行反拉。反拉前先在底模主要受力位置上布设观测点,并测量其标高和平面位置。反拉时两个油顶要同步进行,每级加载完6小时后进行变形观测,托架预压荷载全部加载完成后,按照6h、12h、24h观测3次,相隔24小时的预压沉降量观测平均值相差不大于1mm时,可认为托架预压已稳定,可以卸载,卸载后再次测量标高,
22、根据加载前和卸载后的标高计算托架的变形量,作为预拱度设值的依据。2.4 预压重量预压根据0#块特点分为两悬臂端和墩顶部分,因此预压考虑两端悬臂部分和墩顶混凝土在凝固前通过侧模向托架的作用力,预压荷载值的计算如下:箱梁0#块混凝土采取一次性浇筑完成,预压荷载值的计算如下:0#块箱梁单个悬臂端混凝土方量30m3;混凝土自重 G=2.65t/m3人员机具荷载 3t动载系数: 1.4安全系数: 1.2作用于单侧托架上的总荷载为:(302.65+31.4)1.2=100t2.5 观测点布置悬臂端纵向长度为3.25m,根据受力特点,和后期观测方便,在即托架四周布设12个点,测点布置见图2-3.图2-3 0
23、号块托架预压观测点布置2.6 预压步骤根据测点布置要求,铺好底模后在底模上用红油漆做出测量标志;0#块托架安装完毕后铺设底模,油顶同步张拉。反拉前先测出各点标高,然后开始反拉,当张拉至30%、70%荷载时观测测点标高变化并做好记录,继续张拉至100%荷载时观测标高变化,加载至120%荷载后测各点标高后6h、12h、24h分别测量各观测点标高。加载至120%并观测24小时后,预压沉降量观测平均值相差不大于1mm时,认为托架预压已达稳定,可以卸载,卸载后再次测量标高。在整个加载过程中,派专人观察托架变形情况,如果托架变形过大或分级加载中通过测量出的标高过大要立即停止加载。2.7 数据处理通过各级荷
24、载下托架的变形值,消除非弹性变形测出弹性变形,绘制出沉降观测曲线和弹性变形曲线,从而确定立模标高。非弹性变形值=加载前高程-卸载后高程;弹性变形值=卸载后高程-卸载前高程。3 连续梁临时固结体系3.1 临时估计体系设计采用挂篮悬臂浇筑施工的连续梁在施工过程中为防止T构发生倾覆,施工前应将T构与墩身进行固结, 按照相关施工规范和一般设计要求,且不使永久支座过早受力,在悬浇过程中,视为永久支座不受力,由临时固结结构承担悬浇荷载和不平衡倾覆弯矩。临时固结体系有在主墩顶设置临时支座和在主墩旁设置临时墩两种方式。宁天城际一期6标3座连续梁临时固结体系均采用了在墩顶设置临时支座。下图为跨十里河(30+45
25、+30)m连续梁临时固结体系设计图。图3-1 (30+45+30)m连续梁临时固结体系图上图临时支座设计中的受力钢筋由28根(单侧为14根)直径为32的精轧螺纹钢筋,经扎螺纹钢筋置于混凝土的部分用2cm厚锚垫板及GYM-32型锚具进行锚固。混凝土采用C50混凝土。这种设计将受力钢筋和临时支座混凝土分开,打破了传统钢筋混凝土结构设计的定势思维,更好的发挥了受力钢筋的抗拉作用和混凝土的抗压作用,方便了后期临时支座的拆除,从而节约了成本和工期。3.2 临时固结体系受力检算3.2.1 主要技术参数 跨十里河(30+45+30)m悬臂浇筑连续梁各节段主要参数表:节段0#块1#块2#块3#块4#块5#块6
26、#块长度(mm)9000300035003500350035002000体积(m)93.4924.0824.8722.0921.0020.4611.61重量(t)247.7563.8165.9158.5455.6654.2130.77 32精轧螺纹钢筋的抗拉强度标准值为830 MPa,截面面积为804.2mm2 桥面上施工机具及人群荷载: 50kN 挂篮自重:30t 动荷载分项系数: 1.43.2.2 锚固钢筋强度计算1)锚筋抗拉强度值计算单根32精轧螺纹钢筋抗拉力设计值:;2)锚筋抗拉力矩计算梁体倾覆时支点取在临时支座中心线处,则两组受力锚筋抗拉力臂分别为1.85m和1.7m(临时支座中心线
27、至锚筋的最大距离)。则14根锚筋抗拉力矩为 3.2.3 稳定计算1)分段浇注砼时的稳定计算砼浇注时不对称荷载偏差考虑20t砼(即一车混凝土的重量),另其它施工荷载(人员、机具等)考虑50KN,动荷载系数为 1.4。则总偏心力为梁体倾覆时支点取在临时支座中心线处,距墩中心0.85 m。最大值在5#段浇注时,稳定计算:倾覆力矩:抗倾覆力矩:安全系数:2)挂蓝不平衡移动时的稳定计算挂蓝总重量为30t,挂蓝操作时其它附加荷载取50KN,动荷载系数取1.4。施工时挂蓝不平衡移动(单侧移动),距离最长为3.5m(以最远一段,即第5节段长度为例)时产生的倾覆力矩计算如下:最大倾覆力:最大倾覆力矩:而第5节段
28、最大抗倾覆力矩:安全系数:所以,最大挂蓝不平衡移动产生的倾覆力矩小于最大抗倾覆力矩,其稳定性满足要求。2)最不利荷载时的稳定计算最不利荷载出现的情况为在即将浇筑完成第5节段时,T梁一段挂篮掉落,新浇筑完成的混凝土亦随挂篮掉落,造成T梁有向另一端倾覆的危险。稳定计算:最不利倾覆荷载:最大倾覆力矩:而第5节段最大抗倾覆力矩:安全系数: 满足要求4 0#块短束预应力张拉超限原因分析4.1 跨绕越高速公路连续梁预应力工程概况跨南京绕越高速公路(36+50+36)m预应力混凝土连续梁,0号块长10m,0号块设置有纵向预应力6束,腹板束F1两束,顶板束T1四束。F1采用15股s15.2钢绞线,孔道长度为10195mm,T1采用12股s15.2钢绞线,孔道长度为9957mm,T1,F1锚下张拉应力为1302MPa。4.2 采用“双控法”进行预应力张拉张拉采用施工技术规范要求的“双控法”控制,即采用施加的张拉力与实测伸长值满足对应关系来进行双控。施工过程按以下张拉顺序进行张拉: 0初应力 0.10 con0.2 con1.0(持荷5min) 锚固。 实测伸长值计算公式为:L=100%20%210%0号块预应力张拉过程中,发现实测伸长值与理论伸长值相比,误差超过6%的规范要求。
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