大型移动模架施工

1、大型移动模架系统的技术挑战摘要在梁桥和高架桥施工中，移动模架（MSS）的使用使得桥梁施工效率更高，移动模架施工的应用也更加普遍。这种施工方法大多用于40米到60米的跨度范围。在最近几年中，桥梁工程师们通过实际工作中获得的经验和知识，使移动模架施工方法的跨度增加至70到90，即大型移动模架系统（LMSS）。在此范围内，如果跨度更多或者桥墩和基础的成本相对较高，使用移动模架施工可达到意想不到的经济效果。利用大型移动模架系统是有可能达到非常高的生产率的。大型移动模架系统的应用意味着重大的技术挑战。其中有的技术与常见的移动模架系统类似，但其它技术更重要。本文讨论桥梁设备的互动，包括主要竖向荷载对桥梁，

2、码头上的水平力，风行动，码头上与移动模架系统稳定的风致振动，意外引起的MSS行动，热引起的水平位移和挠度控制。在设计标准的结论部分列出了相应建议，一下是两个真实的例子。关键词桥梁工程；桥梁施工设备；移动模架系统；有机预应力制度；大棚架内容介绍对于板桥和高架桥的施工，用移动模架是非常有效和有竞争力的。这种方法通常用于40至60米跨度范围。在过去几年中新经验的积累及应用，使其跨度增加到70至90米的范围。在此范围内，如果跨度更多或者桥墩和基础的成本相对较高或者途径困难，例如在水上施工，此时使用移动模架施工可达到意想不到的经济效果。利用大型移动模架系统是有可能达到非常高的生产率的。最近的研究已经证明

3、，在这个跨度范围（70-90米），对于连续梁桥的施工，也确保有重要的优势，如在甲板上的连续性和材料消耗的优化（尤其是预应力筋），因为施工阶段几乎是桥梁设计中最主要的。直到最近几年，70至90米跨度桥梁的传统施工方法有预制拼装，满跨支架或悬臂式方法。随着连续梁施工设备的不断发展，一种新的解决方法出现了。然而，这种施工方法引起了对桥梁设计师和桥梁建设设备供应商在其主要技术及其使用方面的挑战。在国际文件中有一个严重信息缺乏是有关的MSS或LMSS的。虽然一些国家在这个问题上作出了重要贡献，但是很明显还需要做更多的研究和其数据的标准化。本文中，除了介绍LMSS的概念和使用方面的一些讨论外，对该种施工设

4、备，还有两个明确的目标：1。提供对与提出该施工方法的桥梁设计师的有关信息;2。在这个特定的区域MSS明显缺乏规范性文件，供域专家之间的讨论。沿文介绍LMSS的应用的两个例子，使所提出的问题的更直接的感知。在结论中，将为桥梁设计师和MSS的专家，提一些建议。关于LMSS的概念和使用的一些方面在梁桥和高架桥施工中，LMSS扮演着重要的角色，尤其是遇到前述的环境条件时。如果在本文中被讨论的特定方面能被重视，考虑，那么得到一个新的构思和设计是完全可能的，并且主要考虑桥梁的使用功能。西班牙瓦伦西亚附近的里约热内卢Cabriel大桥，和横跨在斯洛伐克尼特拉的Hostovsky河谷上的桥梁，是理性的使用LM

5、SS方法施工的是两座桥梁实例。在这两座桥中有几跨的桥墩是比较高的大约有45米，而用其它方法的成本是相当高的。在里约热内卢Cabriel大桥中用悬臂方法可能达到目前的70米跨度。该方法只可能实现约120米/月的生产效果，而用LMSS方法则其正常生产力是140米/月。此外，另一种方法将意味着增加额外的预应力筋的消耗，由于悬臂法对钢筋的隐含需求。目前Hostovsky河谷上的桥梁的中跨是69米 ，而可能替代的是用传统的MSS（42米跨度）法的连续梁施工，这就意味着用增加桥墩的方式来缩短桥跨度。这种方法将意味着增加桥墩修建的额外费用。最新的的LMSS的是非常有成效，有很多的各种操作工具，并适用于晚间的

6、安全操作。LMSS的另一个重要方面是每跨的混凝土用量，这可能是非常显著的。500立方米的浇筑是常常可以避免的，并且水平接缝也减少。特别是LMS的另一个方面是每跨度混凝土量，这可能是非常显着。立方公尺混凝土浇筑500以上的操作，水平接缝频频出台。这对模板的设计和在第二阶段混凝土浇筑作业对变形控制是有影响的，因为混凝土裂缝在第一阶段是必须要避免的。大型移动模架系统的跨越极限可能出现的一个普遍的问题是： LMSS的跨度限制是多少？答案和艺术一样是动态的。目前，有两个主要的限制条件：脚手架的自重和有风力作用时的稳定性。另一个控制因素，主要取决于对LMSS的类型，也可以考虑：挠度限制。目前MSS方法允许

7、的最大挠度是L/400，而LMSS的代表值可能超过200毫米，这可能意味着技术问题。本文稍后将讨论这个问题。40-60米跨度的MSS施工器械一般不会影响桥梁的设计，可以严格具体的计算验证。但在大跨度，这可能不是这种情况，尤其是LMSS的重量。LMSS的重量极大地影响了桥面板接缝的位置。最常见的接缝位置是中等跨度桥梁的L/5（L是目前跨度） 。但经验表明，对于大跨桥梁最合适的接缝位置近午L/4 。这一解决方案可以减少在施工过程中桥墩上部桥面的弯曲时刻，并允许一个更好的挠度控制。里约热内卢Cabriel大桥和Hostovsky大桥施工时的接缝设在L/4 ，其结果具有良好的效果。图4，是LMSS自重

8、与桥梁跨度设计的影响曲线（桥宽为12米，14米）。这些曲线是基于一个简化的研究。因此，如果LMS的设计进行了优化，它的使用对于甲板设计可以是中性的，而不是由于施工阶段引起的额外的材料消耗。里约热内卢Cabriel大桥和Hostovsky桥梁的桥面设计都没有受到LMSS施工方法的限制，该方法跨大约是70米时可承受接近770吨的重量。至于在施工期间考虑风力作用时LMSS的稳定性，虽然这样的操作是由实际风力测量数据操作的，如果自然频率太低，众所周知的稳定评估与过程操作可能不足以提供安全，并有许多工作必须做具体研究。在科研的情况下，根据经验确定了较低的频率限制。有几个MSS的固有频率约为0.2到0.2

9、5赫兹（水平横向模式）。对于设备，图4合理的表示出了自重的限制，对于LMSS实际的跨度限制大概是90米。主要指架空设备。LMSS对桥墩的水平作用力LMSS对桥墩的水平作用力主要由以下六个方面组成：（a）LMSS自重的水平分力（主要是两边支撑对重力的分解），（b）移动时的摩擦力，（c）移动时的制动力，（d）移动时启动点的反力，（e）横纵向的风力作用，（f）为预料到的其他力的作用。通常情况下，如果没有地震的作用，没有风的作用，桥墩所承受的水平力H大约是桥面自重的4至5 。当然，这应该是桥梁设计师在很多案例的基础上总结出来的，但对于概念的引用，这个值给出了第一手的资料，既用LMSS法施工时桥墩所能承

10、受的水平力。（桥墩的设计不受LMSS的控制）。如果墩的纵向斜坡是比较高的，那么LMSS重量的水平分力很可能与桥墩设计有关。比如，当纵坡接近5%时，LMSS重量的水平分力约为0.5H（当LMSS的动力作用约是每跨桥面重的50%）。当前MSS的滑动方法是车轮的转向架（主要摩擦约2-5）或是低摩擦滑动材料（主要摩擦为6-10）。因此，考虑桥梁设计时，当采用LMSS施工时最好采取车轮转向架。在此方案中，摩擦力约为0.5H 。LMSS的制动作用主要是由模架移动时产生的动力作用引起的。但是LMSS的设计者，制造者及传播者应该自习分析其几间的相互作用。显然，当制动操作进行时这种作用比移动时的摩擦更重要。此外

11、，如果制动操作过于迅速时必须考虑该过程的动态效应。然而，如果用液压装置移动设备，那么对墩的力将是柔和稳定的。在一些MSS和LMSS中，移动系统的反力作用点与多载的转向架相距应该是远的。这适用于用卷扬机拉动模板支架和MSS支撑，其中卷扬机固定在墩上。这种力通常是相同幅度的的纵坡水平投影的摩擦力的总和（除非设备引起的意外）。这些作用的结合，组成几个组合的情况，从中选择一些典型案件。图6，作为参考，例如， 6个严重的情况下提出为里约热内卢Cabriel大桥桥墩设计。虽然里约热内卢Cabriel大桥桥墩是相当高的（>45米），但这并不限制其设计。风荷载作用当MSS与LMSS移动或者静止时，风力在

12、其上的作用是明显不同，其中所考虑的因素主要是该阶段的持续时间，既一个操作回合所需要的足够的时间。通常情况下，最关键的风力作用是在启动阶段与竖向风力想关联的横向风力。当然，纵向风力会影响特定组件（运动系统和支撑）的设计，但这样的分配是不超出一个共同的设计任务。对于当前的MSS，表1给出了受风力影响时的合理的建议。但对于LMSS的有没有规范性文件，也没有稳定的信息来确定其有效值，主要是由于桥墩太高了。然而有测量数据信息显示对于MSS的有些数据参数对于较高的桥并不是安全的，而此时LMSS则可使用。这样，逐个案例的分析对LMSS的设计计算提供了有效的依据。墩在风力作用下的震动对MSS稳定性的影响目前，

13、对于桥梁设计师，都要考虑桥梁本身结构在施工和使用阶段的动态分析。尽管如此，即便是很熟练的设计师对施工阶段的一个特殊方面也不是很明确的，因为任何桥梁的计算模型都不能表现，并且与使用LMSS施工的高墩桥有更多的关联。在混凝土浇筑作业过程中，在刚度没有立即增加的时候，前墩的质量有明显的增加。事实上，当混凝土填满MSS模板时，降低了墩的自然振动频率，因为在墩顶有一个明显的质量块，但没有加劲板对其提供支撑。风涡流引起的弯曲振动和横向舞动，是风致振动在墩上的两种主要形式。在里约热内卢Cabriel大桥，最可能的原因是风涡流引起的弯曲振动，导致最大风速达到20.3米/秒，而其原因是桥墩较低的固有频率（0.3

14、4Hz）。当很低的临界风速都不能承受时，桥梁设计师和LMSS设计师应共同采取相应的措施。通过对桥结构和LMSS之间的研究，为桥墩（33000KN/m）提供一个水平的弹性支撑，这样可以使得其零界风速高于混凝土浇筑时的最大风速25m/s。在LMSS应用中不得不被研究清楚，尤其是当墩很高时。LMSS应用中可能出现的未知的情形一项关于造桥施工器械的47条事故的分析报告给出了在桥梁施工设备的有关信息。虽然，目前的证据对事故的原因只适用于36的情况，但是更明显，原始原因是认为因素（占75%）。另一个重要的因素是基本机械部件的故障（12%）。自然灾害占所有因素的2 。这些信息使一些人为错误可能会被认为是“特

15、色行动” ，也许它们应该被视为是公元前的设计方法。对LMSS设计师以下两个建议：1、应考虑由局部安全系数乘以操作手册中的相应值来计算操作过程中允许的最大特征值。2、在每次循环中，结构功能元素之间的基本连接是连接的或是断开的，应该留有足够的余地。这项研究清楚地表明，一个更大的意外情况与设备的设计有关而非桥梁的设计。尽管如此，但是有两种意外情况应该在桥梁设计时得以考虑：1、LMSS中，滑动装置与车轮的叠加作用；2、固定绞车的结构杆件在绞车突然工作时引起的动力作用。第一个的典型的结果是LMSS钢结构主梁的滑动面上的几何缺陷。如果在两块模板间按最大级别设一个垂直的连接，在启动操作中当通过滑动装置或者车

16、轮时，动力增加，直到运动单位达到权限。如果该过程是严重的,可能导致墩顶的重大水平方向位移。这一定是LMSS设计师在考虑了钢结构的允许力和滑动装置或轮的几何性能之后估算的。这可以看作是一个主要的“对等的偶然的摩擦系数”。第二个是专门关于LMSS中绞车的运动，通常需要两个绞车，以备出现意外。在这种情况下,如果一个人绞盘倒塌,另一个承担其主力。这可能是一个快速的现象,它意味着动力放大。因此，如果每个绞车承受的力是F(全部力为2 F)，则固定绞车的结构构件最小能承受的力应该设计3 F = F×(1 + 1×(DAF)，其中DAF是动力放大系数，一般保守值取考DAF= 2.0(除非有

17、更精确的计算)。在LMSS中高温导致的水平位移在合龙段，LMSS在纵向出现相向的独立位移1和2。这可能在支撑附近产生，支撑处的位移1是很小的。还有可能发生在桥跨中间，再此进行估计。这些位移在LMSS结构中可能产生重要的内部结构力，除非采取一些措施。在大跨度桥梁中，这些位移应该有桥梁设计师和LMSS设计师共同进行评估计算。图8显示了Hostovsky大桥在合龙段的水平位移1和2。在这座桥上,采用特殊的滑动装置来进行整桥的和龙。挠度控制在规范中，对挠度的最大限制是L/400（L是单跨的距离）。在LMSS中这个限制应该更加严格，因为这种变形会导致在施加预应力时桥面的结构性问题。根据以往的施工经验，利

18、用 LMSS，当其跨中的挠度控制在L/1000时，可以达到较好的效果。在MSS和LMSS中，一个有效的使其挠度减小的有效的方法是使用有机预应力系统（ OPS ）。该解决方案还提供其它相关的额外优势。OPS主要是一个可动的控制系统，主要控制LMSS主梁上的拉力和变形。可通过增加或者减少LMSS中预应力钢索中的预应力来得以控制。里约热内卢Cabriel大桥和Hostovsky大桥就使用了这种方法。结论主要结论列于表2和表3。在这些建议中，如果是70到90米跨度的桥，用LMSS法进行连续梁施工，则是比较经济的，安全的，周期短的。已有的两个成功的案例巴西里约热内卢Cabriel大桥和斯洛伐克尼特拉Hostovsky大桥。表2 桥梁设计的一些建议1LMSS施工的实际最大跨度：90米2接缝位置 ：L/43预应力布局 ：典型的连续跨方案4墩前水平荷载的考虑：（a）LMSS自重的水平分力