节段箱梁预制拼装技术调查报告

6 第一章概述1.1引言节段箱梁预制拼装技术在美国、欧洲、日本等工业化发达国家应用比较广泛，而在我国只展，因此预制拼装技术将是今后预应力混技术是近五十年内才发展起来的一种施工梁荷载。扰，缩短了施工工期；有利于桥位响。展现状图1.1法国Choisy-Le-Roi桥LongKey桥，是美国第一座采用预制节段逐跨拼装施工的体外预应力混凝土桥梁，也是新一代的体外预应力混凝土桥梁，该桥平均施工速度达到了每星期2.5跨。之后，结合体外预应力技术和先进架桥设备的标准化预制节段拼装施工方法在全世界得到了快速发展，大量节段拼装类型桥梁出现在城市高架、跨海大桥等工程中。美国佛罗里达州Mid-Bay和装施工，预应力体系为体内、体外混合配束形(a)LongKeybridge(b)SevenMilebridge(c)泰国曼谷曼纳高速公路桥图1.2节段预制拼装桥梁的代表作工。进入90年代，在城市轻轨和高速铁路桥梁方面，预制节段拼装施工法得到了推广应高随着设计与施工技术的发展，预制节段拼装施工方法已不限于在桥梁的上部结构使展现状号桥主跨为24m+48m+24m，采用预制节段悬臂拼装施工法；孙水河5号桥主跨形截面、梁段预制胶拼施工等一系列新技术。随后于1994年完工的郧阳汉江公路大桥首次采用专用三角吊机进行节段箱梁悬臂拼装施工，这是一种节段箱梁预制拼的进步和完善，节段预制拼装技术在我桥、珠海淇澳大桥、闽江大桥、福建厦术。。这些因素对节段预制拼装技术的下采用节段箱梁预制拼装技术图1.3新浏河大桥制造了我机组合拼装，如图(1.4)所示。图1.4香港西铁高架桥用节段箱梁预制拼装工艺，而且能够达到很好的效果。在该工程建设中，在第82跨和第96跨采用的是工程，使节段箱梁生产工厂化以及预制节段2008年建成的苏通大桥采用节段箱梁短线法预制工艺以及悬臂拼装法施工工艺，跨径为1088米，斜拉桥跨径为全球之最。悬臂拼装技术和短线匹配预制工艺在苏通大桥上的又一次成功的应用，充分体现了采用节段箱梁预制拼装技术进行工程施工作业在我国逐在该桥的有力推动下，大量跨江跨海通道引桥如上海长江大桥引桥、崇启长江大桥、南京第四长江大桥、厦漳跨海大桥、泉州湾跨海大桥引桥等项目均采用该项技术。此外，表1.1国内采用节段预制拼装技术的典型桥梁梁香港蓝巴勒海峡大桥澳门珠澳莲花大桥主桥上海新浏河大桥上海沪闵高架深港西部通道引桥厦门集美大桥苏通大桥引桥上海长江大桥引桥崇启长江大桥南京第四长江大桥厦漳跨海大桥施工方法节段预制悬臂拼装节段预制悬臂拼装节段预制逐孔拼装节段预制逐孔拼装节段预制逐孔拼装节段预制悬臂拼装节段预制悬臂拼装节段预制悬臂拼装节段预制悬臂拼装节段预制逐孔拼装悬臂拼装、逐孔拼装节段预制悬臂拼装最大跨度(m)42结构形式连续刚构连续刚构简支梁连续梁支梁连续梁连续梁连续梁连续梁连续梁连续梁连续梁建成时间主跨816m混合梁斜拉桥，该桥边跨混凝土果是在混合梁斜拉桥首宽幅混凝土箱梁收缩裂缝提供了新的途径，大大拓宽了节段箱梁预制拼装技术的使用范围，推动了该项技术的进一步发展。图1.5荆岳长江公路大桥挥了材料性能(混凝土抗弯、波形钢腹板抗剪)、预应力使用效率高、抗震性能好。目前悬臂浇筑和支架现浇的施工工艺。将节段箱梁预制拼，可改善常规节段预制拼装桥梁接缝受力性能、提高抗(c)模板安装1(d)模板安装2图1.6波形钢腹板加工及吊装图1.7梁段拆分第二章节段箱梁预制及安装方法拼装技术因其施工速度快，对施工工艺就具有了很法和短线法。随着节施工，而短线法预制工艺在2.1节段箱梁长线预制法2.1.1长线法预制工艺定台座，应考虑桥梁的自重、混凝度。模板，按顺序一块一块的在台座上匹配图2.1长线法匹配预制工艺2.1.2长线法匹配预制技术的特点(1)预制台座制造时，结构简单，所需设备较少，预制线形比较容易控制。(2)预制时由于台座底模线形的调整能够一次完成，测量工作比较集中，所以在生(3)由于长线法是整跨一次预制，累计偏差因素就会减少，也可以通过调整下一个消已制成节段所造成的偏差。(4)由于国内运用此方法施工比较广泛，因此施工工艺较为成熟。(1)因底模板的线型关系到桥梁梁体的最终线型，这就要求台座不能有大的沉降，(2)由于台座的制作成本较高，而且除非是相同的桥梁梁体，否则长线法预制的台(3)节段预制过程中，模板的调整较为困难，预制的速度较慢。(4)台座制作时占地面积比较大，直接影响成本的增加。(5)在长线台座上采用蒸汽养护方法较困难。2.2节段箱梁短线预制法曲线2.2.1短线法预制工艺节段的浇筑都是在一个模图2.2短线匹配预制示意图模和侧模都可以调整以便于平曲平位置。据相关测量结果和梁体的预拱度计预制。短线法节段箱梁预制工艺流程如图(2.3)所示。图2.3短线法节段箱梁预制工艺流程2.2.2短线法匹配预制技术的特点(1)短线预制法只需要三个节段长度的台座，适合工厂化生产，而且设备可以反复(2)短线法预制节段便于蒸养，降低了节段的养护时间。(3)占地面积少，节约了地面资源。(4)因其模板等设备可以调整平、竖曲线，可以预制多种类型的梁体，适用于节段(1)因为每次预制的梁体比较少，造成周转频繁，延长了工期。(2)短线法对预制模板的灵活性和刚度等特性有较高的要求，这就提高了施工要求。(3)施工精度要求比长线法高的多，增加了施工难度。2.3节段箱梁安装方法节段箱梁安装方法有逐孔整体拼装(悬挂法)和悬臂拼装，逐孔整体拼装一般适用于。2.4.1悬挂法施工上运梁运送至架设部位。运梁车移动、移图2.4梁段运输施工依次推进根据桥梁长度情段运至现场，架桥机起吊节段就位并临时锚固，架桥机前行过孔，吊装第2号墩顶第(2)、(3)步骤架设第二跨预制节段，张拉2号墩顶顶板束，张拉第二跨对应图2.5悬挂法施工2.3.2悬臂法施工悬臂法施工梁段运输方式同悬挂法施工，总体架设顺序为从预制厂提梁站处开始架段运至现场，架桥机起吊节段就位并临时锚固，架桥机前行过孔，吊装第2号墩顶毕后在行车道外侧一端张拉第一跨横向预应力，悬臂拼装至合拢段前(最大悬臂状态)；余架桥机过孔，吊装第3号墩顶0#预制节段并临时锚固，按第(3)步骤悬臂拼装至图2.6悬臂法施工第三章节段箱梁体外预应力体系研究来预应力技术的研究热点之一。体应力，其最早也是应用最成熟最广泛的结构中。体外预应力技术在世界上许多应的力学分析程序，这些成果有许多已效果．用呈现增长趋国相关标准的研究制定，以期推动预制3.1体外预应力混凝土结构3.1.1体外预应力混凝土结构的概念及应用(1)体外预应力混凝土结构的定义体外预应力结构与体内预应力结构最本质的区别，便是体外预应力结构的预应力筋土结构时，称为图445678955449677平面图789798977657654图3-1体外预应力混凝土结构一般构造(2)体外预应力在混凝土桥梁的应用yrksi6MPa)的高强度、低松弛钢绞线：钢索的防护采用HDPE(高密度聚乙烯)管，墩顶及跨内偏转块中预埋镀锌钢桥采用全体外预应力．这种类型的桥梁结构由于受连接力索；简化了腹板的的桥梁中。全桥的预应力体系通常采用板内不放置预应力筋，所以可以把传统板式结构中采用钢腹板，采用波纹钢腹混凝土结构的维修和加固。对桥梁抵消部分外荷载产生的内力，可达到改力用于桥梁的维修和加固，具有施工简3.1.2体外预应力工艺的优点与缺点点为：(1)在设计上预应力索布置简单，避免结构细节的复杂性。混凝土体内不设置或少腹板的剪力，因而(3)钢索管道灌浆的事故减少或不发生问题。既使发生问题，亦容易解决；(4)体外预应力筋布置在混凝土截面的外侧，可经常用X射线和其它技术监测，在(5)体外预应力筋仅在锚固区和转向块处与结构相连,摩阻损失明显减小,提高了预应(1)体外预应力筋无混凝土保护易遭火灾，并因为承受着振动要限制其自由长度；(2)转向块和锚固区因承受着巨大的纵、横向力而特别笨重；(3)对于体外预应力筋，锚固失效则意味着预应力的丧失，所以锚具应严防被腐蚀；(4)极限状态下体外预应力筋的抗弯能力小于体内有粘结筋，在开裂荷载和极限荷(5)体外预应力结构在极限状态下可能因延性不足而产生没有预兆的失效。预应力技术结合节段施工的只有福建洪684.65793.2体外预应力系统构造端横梁锚固系统向装置块状锚固系统向装置图3-2体外预应力体系构造图3.2.1体外预应力索构造普普通钢绞线水泥浆(油脂或石蜡)HDPE管外预应力常采用钢绞线束，其中钢脂和石蜡。在转向和锚固段与梁体粘无无粘结钢绞线水泥浆HDPE管防护的体外索的体外索达到拆卸或调换的要构造和非刚性的灌浆材3.2.2体外预应力筋的锚固系统连接，预加力应通气孔HDPE压环通气孔HDPE压环力结构中，必须具有规定的静力与动力强度(锚固强度)，锚具下混凝土的支承应力不得铸铁锚垫板锚圈HDPE管壁厚8mm图3-3锚具构造图具的锚垫板及预埋钢管直接其索力不可调整。一般采用水泥浆作为浆形成粘结。锚具在锚固以后用防腐油脂或腊，使锚头与空气及水除。锚具内一般使用防腐材定长度的钢索，以备再次张等。重复张拉前，打开锚头中灌浆的组合索一般和永久式的济。无灌浆的组合索可以和可调式配合泥浆灌注密封，永久式锚具与成特特点可以进行索的张拉力调节或索体更式可以进行索的张拉力调节或索体更换；防腐蚀性能好；施工时需整体张拉系12343.2.3体外预应力筋的转向装置良好，极限状态下有足够的延性集中转向或分根(批)在不同位置分别转向。如下图3-4所示。横梁锚固端横梁锚固端横梁锚固端分散布置集中布置次效应，应对体外预应力筋设置定设在梁体挠曲线最大的位置和可能体外预应力筋通过预埋的转向管道进行弯转，转向管道应与梁体内的钢筋固定在一3.2.4体外预应力系统的防腐与防护护套与灌浆料的保护，以及料的选择，主要考虑环境条件和体、通常处于潮湿的环境中、长期处于湿润劣环境中第四种。成品的单根无粘结钢绞性能。的体外预应力索，外护套与内灌料都是至关重要，采用HDPE护套和灌水泥浆非硬固性材料填充喇叭管及延伸管，以便3.2.5体外预应力筋的定位与减振(1)体外预应力筋的定位装置门构造，以限制其发生相结构构造之间或定位与转向结构构造之间(2)体外预应力筋的减振装置振装置间距以不大于7m为宜，或者也可以通过动力计算确定；在设置减振装置处，体外预应力筋与护套间应用隔振材料填实。体外预应力筋的定位构造通过设置减振材料也是，因此上述减振装置通常仅用在体外预应力筋弯起后的区段。3.3体外预应力混凝土结构的受力性能中间横隔梁上，通过转向块调整预应力应力筋与梁并无接触。体外预应力简支梁体系所处应力也发生改变，从而出现理论分析及试验证明这种体外预应力梁正截面工作特点与普通钢筋混凝土梁正截面工作特点相同，破坏时的极限状态有以下两类情况。gyyy断增长，垂直裂缝迅速开展，正截面混凝土受压高度不断减小;受压区混凝土的应变最后达到极限应变，使截面失去承载能点与适筋梁破坏的特点一致。gyyRu梁破坏范围。力特性与无粘结预应力结构类似。筋与混凝土之间可以发生滑动使得体外预应力钢束的应变与混凝土主梁的应变在相同截束，通常不会达到屈服，从而导致型的，直线与直线之间由偏转装置而言，体内无粘结预应力筋别主要在构造上；节段施工的体无粘结预应力混凝土结构的差别eF1eF13.3.1整体施工的体外预应力混凝土结构的力学性能整体施工的体外预应力混凝土结构的力学性能与无粘结预应力混凝土结构是基本相(1)体外预应力索通常布置在箱梁底板之上及顶板之下，故预应力索的偏心距比体在每个截面上虽然预应力筋的应eeFF2ab)钢索与梁体相对变形(e1<e2)a向装置b)两个转向装置(3)体外预应力混凝土结构与体内无粘结预应力混凝土结构在预应力筋极限应力及载力。但考虑到体外预应力结构二效应的特殊性，在计算体外预应力索极限应力时应有所3.3.2节段施工体外预应力混凝土结构的力学性能置的非预应力筋在接缝处被断开，使更大，也使其力学性能受到很大的影(1)正常使用极限状态中，若完全采用纯无粘结的体外预应力难以控制。采用这种施工方法的缝处，若节块间采用干接缝连接数量的方法来阻止混凝土裂缝的在美国州际公路和运输工作协会(AASHTO)1989年出版的《节段式混凝土桥梁设计为预制节段间的湿接缝或胶接缝和在预加应力阶段和使用荷载阶段，规范对这两类连接缝处混凝土的最小应力作了如下规①A类接缝a.应力筋体内配置且有最小粘结辅助钢筋穿过接缝时，在预加应力阶段的最大拉应力为3f',f'为混凝土在各施工阶段的标准圆柱抗压强度，单位为1b/in2(约70kPa)；在使cicicb.预应力筋体内配置且无最小粘结辅助钢筋穿过接缝时，不允许有拉应力(零应力)。②B类接缝应力为200lb/in2(约为1.4MPa)。(2)承载能力极限状态下不会达到屈服，从而导致其抗弯能力用体内有粘结预应力混凝土结构的极限0素的综合影响，将使问算方法得到其极限承载能力。因型，把非线性问题化为短区间的数值计算，模拟出实际结构的受因素综合作用的结构极限承载能欧洲混凝土委员会1990年的混凝土模式规范(CEB—90)已将混凝土非线性分析模式3.3.3影响体外预应力结构力学性能的主要因素式均会影响体外预应力结构的极限承载(1)整体施工与节段施工。随着荷载的增加，这条裂缝的宽性破坏，混凝土的塑性变形几乎全接缝，二是具有节段施工所没有配筋率为p。从图中可看出非预应力筋的有无及不同配筋率对结构力学性能的影响较大。载荷效等876载荷效等876543211.3x恒载-1=0荷荷整体施工整体施工节段施工500123012跨中位移(in.)图3-6跨中位移(in.)(1kips=4.536KN;1in=25.4mm)(2)钢索的体内、体外混合配筋预应力筋，对结构的力学性能也有一定的影响。图3-7为钢索的体内、体外混合配筋对节段施工结构力学性能的影响，采用MacGregorHindiOHS(3)钢索粘结性能由于体外预应力索与周围主体结构在同一截面上的变形是不协调的，无论采用粗钢土结构粘结情况不同，其力学性地减少预应无体内钢无体内钢束有体内钢束00.20.40.60.81.01.21.41.61.800.2测量点位移(in.)5-4-5力学性能的影响87654321-1偏转位偏转位置无滑移偏转位置自由滑移00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0测量点位移(in.)钢索粘结情况对其力学性能的影响，不能把节段施工的体外预应力混凝土的体外预应力混凝土结构；也不能把整体施工的体外预应力混凝土结构的试验或计算结果，简单地套用到节段施工的体外预应力混凝土结构中缝的体外预应力混凝土结构，接缝处的素。限制接缝处的刚体转动，将使结构提高。由于节段施工体外预应力结构的力索是限制节段间接缝刚体转动的唯一第四章**桥南岸滩桥总体施工方案施工工期有很大的影响，其技术难度也4.1工程特点南岸滩桥滩涂发育，靠近主通航孔侧深水区船舶运输和作业条件好；4.2跨径选择表4.1引桥南岸滩桥不同跨径经济性比较表(单幅)桥梁跨桥梁跨径主梁形式承台桩基C55砼(m3)钢筋(t)体外钢绞线(t)体内钢绞线(t)C45砼(m3)钢筋(t)C35砼(m3)钢筋(t)C35砼(m3)钢筋(t)建安费(万元)经济指标(元/m2)×50m等截面预应力混凝土连续梁309.6815.54319.7×60m等截面预应力混凝土连续梁4226.1899×70m等截面预应力混凝土连续梁.80.405.24342.5986.74.3施工方案选择有整孔预制整孔吊装、节段预制拼装、移动模架逐孔现浇、挂篮对称悬浇。整孔预制整孔吊装方案(长线法)对预桥梁长度大的情况。本项目非南岸滩桥区滩涂发育(长度约2700m)，不具备大吨位浮吊均具有可行性。对以上三个方案的优缺点进行综合比较，比较结果见下表。表移动模架逐跨现移动模架逐跨现浇30m~55m节段预制拼装40m~80m挂篮对称悬浇50m~80m施工方案适用跨径预应力体系温变、收缩徐变影响施工质量施工设备施工难度施工风险施工速度对建设条件适应性造价(万元)主梁下挠的问题性能好箱梁节段在预制厂内有效保证施工质量该工法在国内已广泛备加工及采购方便难度小方便，施工风险小桥位处可设置运输便应性好68推荐断面尺寸相对较大施工工序均在移动模架内少，施工质量容易保证该工法在国内已广泛备加工及采购方便难度小对较大单跨施工时间15~18能满足工期要求适应性一般123断面尺寸相对较大主梁依托挂篮逐段悬质量不易控制设备加工及采购方便度相对较大度大，施工风险大须多点同步施工方能满足工期要求条件的适应性较差放弃及施工安全，以满足结构推荐采用节段预制拼装施工方案。第五章工程实例、耐久性研究及方案比较5.1国内相关内似工程采用节段预制拼装法施工的典型实例5.1.1武西高速公路桃花峪黄河大桥节段梁工程概况跨黄河交界处，北接线连道主干线连霍高速公路，是继京广铁路黄河大桥、郑州黄河公路大桥、刘江黄河大桥(京珠高速黄河大桥)、新郑黄河大桥(公铁两用黄河大桥)之后又一跨越黄河天堑、沟通黄河两岸的重要通道。侧堤外引桥(左幅桥跨径组合为(25+30+2×35+2×25)+6×30+4×(5×30)m，右幅桥跨径组合为(3×25+2×35+30)+6×30+4×(5×30)m)、跨大堤桥(75＋135＋75m)、北侧堤内引桥 南引桥(2×6×30+5×30m)，主桥和副桥跨越主河槽。利于通风，在每联箱梁横隔cmcm厚度25cm，腹板厚度50~70~90cm。截面示意图如图(5-1)所示：节段在工厂预制完成，通过运梁便道预制的各跨箱梁分别形成整体再进现多跨连续体系。梁段接缝处通过预应体性，同时在梁段接缝处涂抹环氧树5.1.2泉州湾跨海大桥南岸浅水区节段梁工程概况大桥工程起于晋江南塘，与泉州市环城高速公路晋江至石狮段相接，在石m浅水区引桥(六车道)、蚶江互通主线桥、南岸浅水区引桥(八车道)、南北岸深水区引桥 (八车道)、主桥、北岸深水区引桥(八车道)、北岸浅水区引桥(八车道)、秀涂互通主南岸浅水区引桥(六车道)的50m预应力混凝土连续箱梁起讫点桩号为左幅K20接缝采用C60早强微胀混凝土。截面示意图如图(5-2)所示：图5-2截面示意道施工困难，运梁方式采用梁上运5.1.3虎门二桥节段梁工程概况绕城公路南环和广澳高速公路，经齿型剪力键，环氧树直于大地，而且与墩中心线不在5.2耐久性研究外，在桥面板内设的要求，设计使用寿命不小于30年。45米节段梁截面示意图如图(5-3)所示：图5-3截面示意5.1.4芜湖长江公路二桥节段梁工程概况的斜拉桥，跨径布置为(100+308+806+308+100)m。0.55m；腹板由墩顶附近的0.6m变化至跨中的0.35m。截面示意图如图(5-4)所示：图5-4截面示意力学性能和各种因素薄壁结构，其耐久性和其它5.2.1承载极限状态的力学性能学性能，既不同于传统的体内预应。根据国内外研究成果，采5.2.2各种因素引起预应力损失下结构安全度xx55米引桥，建立有，分(1)计算模型图5.5南岸滩桥结构离散图xm用MIDAS2012软件按照直线桥计算。全桥划图5.6芜湖长江公路二桥引桥结构离散图(2)计算结果年后南岸滩桥和芜湖长江公路二桥中跨跨中截面顶底缘基本组合(恒载+活载)下纵桥向曲线降低，相比较而言，采用全体位置位置南岸滩桥跨中芜湖长江公路二桥中损失20%-6.0-5.9损失40%-5.6-5.4损失30%-5.8-5.7损失50%-5.4-5.2-6.2-6.1损失%-6.3-6.3位置位置南岸滩桥跨中芜湖长江公路二桥中损失20%-5.2-4