崖门大桥主梁牵索挂篮施工模拟计算

1、崖门大桥主梁牵索挂篮施工模拟计算 12桥梁建设2003年第1 期文章编号:1003-4722(2003)01-0012-04 苏成1,陈太聪1,韩大建1,邓江2 (1.华南理工大学土木工程系,广东广州510640; 2.广东冠粤路桥,广东广州510600) 摘要:准确细致的施工过程仿真计算是大跨度混凝土斜拉桥施工监控的关键问题之一,它可以为大桥各阶段的施工监控提供理论依据。根据崖门大桥主梁施工工艺的特点,建立了牵索挂篮施工模拟计算的流程,并对牵索方案的选择以及主梁立模标高的确定等问题进行了探讨。在此基础上,给出了崖门大桥主梁的施工流程及其计算结果。 关键词:斜拉桥;预应力混凝土结构;挂篮;桥梁

2、架设;结构分析 中图分类号文献标识码:A SimulationCalculationforConstructionwithGuyed TravelerforMainGirderofYamenBridge SUCheng1,CHENTai2cong1,HANDa2jian1,DENGJiang2 (1.DepartmentofCivilEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China; 2.GuangdongGuanyueRoadandBridgeCo.,Ltd.,Guangzhou510600,China) A

3、bstract:Thecorrectandcarefulsimulationcalculationforconstructionprocessisoneoftheim2portantconcernsforconstructioncontroloflong2spanconcretecable2stayedbridgesandcanprovidetheoreticbasesfortheconstructioncontrolatvariousstagesofthebridges.Inthispaper,accordingtotheconstructiontechniquefeaturesofthem

4、aingirderofYamenBridge,theprocessofconstructionwiththeguyedtravelerisestablishedandtheissuesregardingtheselectionoftheguyconstructionschemesanddeterminationoftheelevationofthegirderformworkarediscussed,andtheconstructionprocessandcalculationresultsofYamenBridgearepresentedaswell. Keywords:cable2stay

5、edbridge;prestressedconcretestructure,traveler,bridgeerection,struc2turalanalysis 1工程概况267t。 崖门大桥是广东省西部沿海高速公路新会段的 一座特大型桥梁,跨径组合为(50+115+338+115 +50)m,主桥全长668m,是一座双塔单索面预应 力混凝土斜拉桥。主梁为单箱五室预应力混凝土箱 梁,共有100个标准节段,每节段长6m,宽26.8m, 高。每节段混凝土平均方量为106.3m3,重主梁除0号块及边墩现浇段在支架上浇筑外,其余节段均采用牵索挂篮悬浇方法施工。主梁施工所采用的挂篮为下承式挂篮,前支点

6、利用斜拉索牵拉,中支点和后支点则分别锚固在已浇梁段上,全桥共有4套挂篮。每套挂篮由底盘、止推装置、牵索系统、模板系统和移机系统5部分组成,单套总重180收稿日期:2002-10-11 作者简介:苏成(1968-),男,副教授,1990年毕业于华南理工大学工程力学系工程力学专业,工学学士,1993年毕业于华南理工大学土木工程系结构力学专业,工学硕士,1997年毕业于华南理工大学土木工程系结构工程专业,工学博士。 ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 江13 t(包括模板、附属挂篮重量)。

7、2牵索挂篮施工方法 牵索挂篮现浇工法1,2是目前大跨度混凝土斜拉桥主梁施工常用的方法。该法的主要构思是在主梁节段施工过程中利用当前节段的斜拉索充当挂篮的前支点牵索,从而与挂篮的中支点和后支点锚固装置(即挂篮与已浇梁段的连接构造)一道组成挂篮的约束系统,见图1。具体做法是在斜拉索的下端与挂篮前端之间设置一工具拉杆,该拉杆在混凝土达到强度并施加预应力后即可卸除 。 一节段的施工模拟计算中,应包括挂篮前移就位、分次张拉牵索和浇筑混凝土、体系转换及牵索终拉等环节。图2给出了模拟斜拉桥牵索挂篮施工的增量计算过程(只示意半边结构)。图中G0为挂篮重量(含模板系统重量等);Gi(i=1,2,n)为主梁第 i

8、节段混凝土重量;Gn和Gn分别为第n节段施工 1 2 时第1次和第2次浇筑的混凝土重量,G1n+G2n=Gn;Tn-1和Tn分别为第(n-1)节段和第n节段的施工索力;Tjn(j=1,2,7)为第n节段第j步 j 施工时的索力增量,Tjn=Tn;n(j=1,2,7)为第n节段第j步施工时主梁前端的挠度增量,以向上为正。主梁牵索挂篮施工模拟计算的结果可用于牵索方案的确定、主梁立模标高的确定以及提供各个施工阶段结构的内力和变形理论值。 4牵索方案的确定 图1牵索挂篮示意 与普通挂篮施工工艺(即挂篮仅在中支点和后 支点与已浇梁段相连接的方法)相比,牵索挂篮施工方法具有如下优点:在主梁每一节段混凝土浇

9、筑过程中,通过分次张拉牵索,及时把浇筑的混凝土重量传递到塔柱上,从而大大降低了已浇梁段的负弯矩及其提供给挂篮的竖向反力,同时使正在施工节段前端的位移变化量控制在较小的范围之内,保证了结构和施工的安全;由于挂篮多了一个前支点约束,使得挂篮的整体刚度有所提高,从而可以使挂篮做得轻巧一些,减少用钢量,节省造价。但牵索挂篮施工方法也引出了一些新的问题,具体表现在:在挂篮的中支点或后支点处必须设置水平止推装置,用以抵消牵索传来的水平分力;主梁当前施工节段混凝土达到强度并施加预应力后,牵索要与挂篮脱开并作用到梁体上,即存在一个体系转换的过程,增加了一定的施工难度;由于主梁每一节段的施工工序较多,且存在牵索

10、方案的比选问题,因此也增加了监控单位施工模拟计算的难度。本文主要结合崖门大桥主梁的施工就上述第个问题展开讨论。 3牵索挂篮施工模拟计算 主梁节段施工牵索方案的内容包括:牵索次数、 分阶段混凝土浇筑量、体系转换前牵索的拉力值等。为了制定合理的牵索方案,应综合考虑以下有关因素:牵索的次数不宜太多也不宜太少,多了会增加施工难度,少了可能又达不到牵索挂篮施工的效果,牵索次数一般为24次;已浇梁段(尤其是离悬臂端48个节段的主梁)的应力应控制在安全的范围之内,不允许出现过大的拉压应力;主梁与挂篮的连接部位安全,挂篮的水平支反力和竖向支反力不能超过设计允许的范围;主梁前端挠度变化值不宜太大,宜控制在20c

11、m以内;混凝土初凝后挂篮本身变形较小。5主梁立模标高的确定 以图2所示的牵索方案为例说明主梁立模标高的确定问题。假定第n节段施工完毕时主梁前端标高为Hn,则该节段的立模标高H0n为: 7 Hn=Hn- j=2 jn (1) 由上式可见,主梁立模标高的确定是与挂篮刚度和牵索方案密切相关的,采用不同的挂篮刚度或牵索方案会导致不同的主梁立模标高。此外,在确 1 定H0n时不能把挂篮前移就位时前端挠度值n包括在内,为此,在确定立模标高时要求挂篮的受力和 1 变形明确,以便准确分离n。6各个施工阶段结构内力和变形的确定 由于在牵索挂篮施工过程中存在挂篮与已浇梁 体及牵索之间的相互作用问题,因此,为了准确

12、计算分阶段牵索过程中以及主梁节段施工末结构的内力和变形,必须把挂篮也放到计算模型中去,并精确模拟其刚度及其与主梁、牵索的连接。此外,在主梁每 采用增量有限元法模拟崖门大桥主梁施工流 ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 14桥梁建设2003年第1 期 图2牵索挂篮施工模拟计算过程示意 程,可以获得各个施工阶段结构的内力和变形理论 值(增量值与累计值),包括主梁挠度、塔顶位移、索力、主梁和墩塔内力等。结合这些计算值与施工过程的有关实测值,即可进行参数识别与施工调整。7崖门大桥主梁施工流程

13、及其计算结果 别见表1和表2。限于篇幅,这里仅给出主梁前5 节段的挠度改变量。在计算中发现:牵索的第1次张拉力不宜太大,否则会导致梁根下缘出现较大的拉应力(前几个节段施工时尤其要注意该点,因为此时梁根轴力并不大);体系转换前牵索的拉力值必须控制好,否则节段施工末主梁前端标高就会出现偏差;随着主梁悬臂段的伸长,主梁前端位移变化量也明显增大,边跨过辅墩以后,中跨主梁前端位移变化值大于边跨。 根据各节段施工模拟计算的结果,可形成各节段施工控制通知单,通知单上包括施工流程及各施工工况下前5节段的主梁标高与索力,据此即可在节段施工过程中不断跟踪主梁标高、索力的改变,并与通知单上数据进行对比,及时发现问题

14、并作处理。 通过对不同牵索方案的比选,选定崖门大桥主梁施工时的牵索方案为:挂篮前移就位并绑扎钢筋后第1次牵索,牵索力为施工索力的25%30%;浇筑50%混凝土后第2次牵索;全部混 凝土浇筑完毕后第3次牵索,使索力达到施工索力的50%;混凝土达到强度并施加三向预应力后,牵索与挂篮松开,并终拉至预定的施工索力。 第10节段和第22节段的施工模拟计算结果分 ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 江 表1第10节段施工模拟计算结果 施工流程挂篮前移就位 上钢筋,第1次牵索浇50%混凝土第2次牵

15、索浇50%混凝土第3次牵索 体系转换牵索终拉合计 /% 施工索力 15 前5节段挠度变化/mm 边跨 中跨 塔顶偏位/mm 注:表中数据均为增量值,其中挠度以向上为正,塔顶偏位以指向中跨跨中方向为正;索力中S表示边跨,M表示中跨,下同。 表2第22节段施工模拟计算结果 施工流程挂篮前移就位 上钢筋,第1次牵索浇50%混凝土第2次牵索浇50%混凝土第3次牵索 体系转换牵索终拉合计 /% 施工索力 前5节段挠度变化/mm 边跨 中跨 塔顶偏位/mm 注:表中数据均为增量值,其中挠度以向上为正,塔顶偏位以指向中跨跨中方向为正。 8结语 文中针对崖门大桥主梁牵索挂篮施工工艺的特点,介绍了相应的施工模拟计算流程,并对牵索方案与主梁立模标高的确定等问题进行探讨,得出了一些有益的经验与结论。事实上,施工模拟计算是施工