预应力混凝土箱梁短线法节段预制线形控制_何旭辉

1、文章编号:1003-4722(200905-0064-04预应力混凝土箱梁短线法节段预制线形控制何旭辉,马广(中南大学土木建筑学院,湖南长沙410075摘要:短线法预制线形控制通过每次调整匹配梁的空间位置(局部坐标来保证梁体的设计线形(整体坐标,因此,必须进行整体坐标和局部坐标之间的转换。在阐述短线法施工工艺及坐标转换原理的基础上,推导短线法预制线形控制的空间坐标转换公式以及节段从浇筑位置到匹配位置的平移量计算公式。结合工程应用,简要探讨节段短线预制与悬臂拼装线形控制的方法与措施。关键词:简支梁;连续梁;节段预制;短线法;线形控制;坐标转换;悬臂拼装架桥中图分类号:U448.21文献标志码:A

2、G eometric Shape Control of Precasting of PC Box G irder Segments by Short 2Line Match MethodH E Xu 2hui ,MA Gua ng(School of Civil Engineering and Architecture ,Central South University ,Changsha 410075,China Abstract :The designed geomet ric shape (global coordinate of a complete prest ressed con

3、2crete (PC box girder precast and assembled by t he short 2line match met hod is ensured by t he ge 2omet ric shape co nt rol of p recasting of t he girder segment s t hrough adjust ment of t he spatial posi 2tions (local coordinate of t he matched segment s each time.In t his respect ,t he t ransfo

4、rmation between t he global coordinate and t he local coordinate must be conducted.On t he basis of ex 2pounding of t he co nstruction technology of t he short 2line match met hod and t he principles of t he coordinate t ransformatio n ,t he aut hors deduce t he formulas for t ransformation of t he

5、spatial coor 2dinate for t he geomet ric shape cont rol of precasting by t he short 2line match met hod and also for calculating t he t ranslation amount s of t he segment s fro m t heir positions of casting to matching.Wit h reference to t he p ractical application ,t he aut hors also briefly discu

6、ss some of t he met hods and measures for t he geomet ric shape control of t he p recasting by t he short 2line match met hod and cantilever assembly of t he segment s.K ey w ords :simply 2supported girder ;continuous girder ;segment precasting ;short 2line match met hod ;geometric cont rol ;coordin

7、ate t ransformation ;balanced cantilever erection 收稿日期:2009-04-01作者简介:何旭辉(1975-,男,副教授,博士后,1996年毕业于长沙铁道学院桥梁工程专业,工学学士,2001年毕业于中南大学桥梁与隧道工程专业,工学硕士,2004年毕业于中南大学桥梁与隧道工程专业,工学博士(xuhuihe 。1概述节段预制拼装技术是将梁体在纵向分割成若干段,在工厂或桥位附近预制场内按照长线法或短线法进行预制,最后用后张预应力将梁体各节段拼装起来成为一个完整的梁体。节段间无普通钢筋,节段间的剪力通过镶合的剪力键和部分预应力筋来传递。早在20世纪40

8、年代,预应力混凝土创始人之一Eugene Freyssinet 就开始了对预应力混凝土桥梁短线节段预制技术的探索,并由其继任者J ean Muller 与他的同仁设计巴黎南部塞纳河的舒瓦齐勒罗瓦大桥时将这项技术完善并发扬光大1,2。20世纪6080年代,该项技术在欧美地区的公路桥梁建设中得到广泛应用,80年代后在亚太地区应用非常广泛。我国内地桥梁节段预制拼装技术应用相对较少,且大多采用长线法,短线法应用更少。2006年建成的广州市轨道交通四号线高架桥为国内首次大规模采用短线法拼装施工技术3。采用短线法制梁工艺,虽然比长线法节约预制台座和场地,但预制与拼装线形的控制却更为严格。本文结合广州市轨道

9、交通四号线节段短线预制拼装工程,推导短线法节段预制空间坐标转换公式及平移量计算公式,并对PC 箱梁短线预制与拼装线形控制及纠偏问题进行探讨。2短线法节段预制工艺简介短线法是一种在有限场地上进行桥梁节段预制的有效方法,该方法将梁体划分为若干节段,只采用1套模板(有一端为固定端模进行节段预制。预制从第1个节段开始,第1个节段在固定端模和浮动端模之间浇注,这个节段通常被称为起始节段;然后将该节段前移作为匹配梁(充当浮动端模进行第2节段浇注,以保证相邻节段之间的匹配质量,短线法预制工艺示意见图1。重复这个过程,将第i 节段前移进行第i +1节段浇注,直到所有节段预制完毕。短线法节段预制线形控制就是通过

10、每次调整匹配节段相对于待浇节段的空间位置(局部坐标来保证梁体的设计线形(整体坐标 。图1短线法预制工艺示意3短线法节段预制坐标转换原理及公式推导3.1坐标转换原理短线法节段预制线形控制必须进行整体坐标和局部坐标之间的转换。首先根据设计线形确定整体坐标系,确定在整体坐标系中各节段梁之间的接缝理论位置,并在每一个接缝上确定用于短线预制的控制点的位置以及在整体坐标系中的坐标;然后计算各个局部坐标系的方向余弦以及相对于整体坐标系的坐标平移量;再进行坐标转换,将各接缝的控制点的整体坐标转化为相应的局部坐标;最后由同一节段梁在不同坐标系中的坐标,计算每一节段梁从现浇位置移动到匹配位置的位移量。需说明的是:

11、第1节段浇注的梁没有匹配梁,只有浮动端模板;最后节段梁不用计算其平移量。3.2坐标转换公式推导如图2所示,假设每一接缝处沿梁体宽度方向有3个点作为控制点:L 代表左边的控制点,M 代表中间的控制点,R 代表右边的控制点,L 、R 点控制节段标高(即高程,M 点控制桥梁的平面线形。设整体坐标(X ,Y ,Z 中,X 轴表示梁轴线方向,Y 轴表示梁体水平宽度方向,Z 轴表示竖直方向。第i 个接缝的控制点记作M i 、L i 、R i ,其在整体坐标系下的3个坐标分量为(X M i 、Y M i 、Z M i 、(X L i 、Y L i 、Z L i 、(X R i 、Y R i 、Z R i ,

12、这些量共同组成第i 个接缝的控制量,设M i =X M i ,Y M i ,Z M i T,L i =X L i ,Y L i ,Z L i T ,R i =X R i ,Y R i ,Z R i T,记向量i =M i ,L i ,R i T 。图2节段梁接缝控制点对于待浇梁段,固定端模板与梁段交接处可视为现浇梁前接缝,这时可以确定一个局部坐标系,该局部坐标系的原点为现浇梁前接缝的M 点,局部坐标u 轴的确定由相邻2个接缝的M 点确定,即从现浇梁前接缝的M 点指向现浇梁后接缝(匹配梁前接缝的M 点,局部坐标系的v 轴从现浇梁的前接缝M 点指向现浇梁前接缝的L 点,局部坐标系的w 轴可由已确定

13、的局部坐标轴u 轴、v 轴确定。设第i 节段的后接缝编号为i -1号接缝,第i号节段的前接缝编号与节段编号相同,如图3所示。第i 节段的前接缝同第i -1节段的后接缝是同一条接缝,第i 节段的后接缝同第i +1节段的前接缝是同一接缝,当每一节段处于现浇位置时,这时前接缝位于固定端模的位置。在整体坐标系中,第i 个接缝的局部坐标系的u 轴的坐标向量为u i =M i -1-M i ,v 轴的坐标向量为v i =L i -M i ,w 轴的坐标向量为w i =u i ×v i 。u i 与整体坐标系中的X 、Y 、Z 轴的夹角为1i 、1i 、1i ,v i 与整体坐标系中的X 、 图3

14、节段浇注示意Y 、Z 轴的夹角为2i 、2i 、2i ,w i 与整体坐标系中的X 、Y 、Z 轴的夹角为3i 、3i 、3i ,则局部坐标的3个坐标轴的方向余弦分别为:co s 1i ,co s 1i ,co s 1i T=u i |u i |co s 2i ,cos 2i ,cos 2i T=v i |v i |co s 3i ,co s 3i ,co s 3i T=w i |w i |则整体坐标向第i 个局部坐标转换的转换矩阵为:t 1=cos 1icos 1i cos 1i cos 2i cos 2i cos 2i cos 3icos 3icos 3i则第j 个接缝的控制点在第i 个局

15、部坐标系中的坐标为:j i =T i j +其中,j i 为第j 个接缝的控制点在第i 个局部坐标系中的坐标;j 为第j 个接缝的控制点在整体坐标系中的坐标;T i 为控制点坐标转换矩阵, 是一分块矩阵,即T i =t i000t i000t it i;为局部坐标系原点相对于整体坐标系原点的平移,若将局部坐标系的原点选在第j 个接缝的中间控制点,即M j 点,则=-M j ,M j ,M j ,M j T当计算第i 节段的梁由现浇位置向匹配位置的位移时,首先计算第i 个局部坐标系,其次计算第i -1号接缝以及第i 号接缝在第i 号局部坐标系中的坐标i -1i 、i i ,以及第i +1号坐标系

16、下的坐标i -1i +1、i i +1,两种坐标之差即为第i 号节段的平移量。设D i 为最终的平移量,则D i =i-1i+1-i-1ii i+1-i i在D i 中起控制作用的是,M 点局部坐标的u 、v 坐标,以及L 、R 点的w 坐标,其余的点是冗余的,可以起到检验的作用。基于MA TL AB 平台,编制了预制线形控制专用程序。4工程应用4.1节段预制线形控制广州市轨道交通四号线高架区间从沙湾水道以南至终点金洲站,总长20余公里。桥梁标准简支跨为30m ,个别达到41.9m ,有6座连续梁,桥面宽9.3m 。除个别道岔梁现浇外,其余基本为预制节段梁。简支梁标准节段长为2.5m ,不同跨

17、度简支梁调整端节段长度;连续梁节段0号节段长810m ,1N 号节段长2.5m ,合拢段长0.952.45m 。因工程实际中很难在节段接缝处设置控制点,广州市轨道交通四号线节段梁预制时,当节段梁浇注完混凝土和顶板抹面平整后,随即在该节段梁前、后端顶面距梁端约20cm 处分别布置4个高程控制点(L 、R 点和2个轴线控制点(M 点,见图4。预 制线形控制就是通过准确测量6点坐标数据,利用前述坐标转换公式和编制的程序计算出各节段的位移量,确定匹配节段的理论相对位置。由于待浇节段混凝土振捣等不可避免地使匹配节段位置发生变化,加上测量误差,使节段产生制造误差,这个制造误差可通过调整下一匹配节段相对位置

18、来进行补偿和修正。精确的测量是短线法预制线形控制的关键。图4测量控制6点坐标4.2节段悬臂拼装线形控制节段拼装是以预制“6点坐标”为基础进行拼装线形控制,节段预制质量某种程度上决定了拼装质量。广州市轨道交通四号线简支梁采用架桥机一次拼装落架,线形相对容易控制。连续梁采用平衡悬臂拼装法,即0号节段在墩顶现浇,1号节段与0号节段采用湿接逢连接,其余节段采用环氧树脂胶拼节缝,最后跨中合龙。由于连续梁为变截面,梁底为曲线,增加了节段预制和拼装难度。悬臂拼装时常因节段预制误差、定位偏差以及拼装累计误差而需要调整。在节段拼装过程中通过试拼确定调整量后,根据情况进行调整,即纠偏。常用的纠偏措施为:改变胶接缝

19、涂胶厚度;增加混凝土湿接缝。小偏差可通过适当调整涂胶厚度来调整。当发生节段预制大偏差、定位错误或线形误差过大以致改变涂胶厚度无法纠偏时,须增设湿接缝。由于增加湿接缝会增加节段梁的拼接长度,预制时的“6点坐标”将发生变化,需重新换算进行控制。5结语桥梁节段预制拼装技术将桥梁划整为零,变制梁高空作业为地面工厂化作业,制梁条件好,混凝土质量更容易保证;上、下部同时施工,施工速度快;加载龄期长,成桥后梁体徐变上拱和预应力损失小;对自然生态破坏和环境影响较小。相对于长线法,短线法具有控制精度高、适合于不同桥跨结构(特别是水平曲线桥梁、便于大规模生产以及节省场地等优点,必将在我国桥梁建设中,特别是城市桥梁

20、建设中得到更好的发展和应用。参考文献:1孙峻岭,戈纳特-欧马.现代桥梁工程工业化技术与颠峰桥梁工程C/2008中国高速铁路桥梁技术国际交流会论文集(上册.北京:中国铁道出版社,2008:94-103.(John J Sun,Gernot K omar.Advanced SegmentalPrecast/Prefabrication Technology and Its Application in Major Bridge EngineeringC/China InternationalHigh2Speed Railway Bridge Technology Exchange Col2 lec

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