上海轨道交通11号线二段高架线路先张法预应力u形梁设计

上海轨道交通11号线二段高架线路先张法预应力u形梁设计

1高架u形梁上海轨道交通11号线位于浦东龙阳路站至滴水湖港新城站。该铁路线路为浦东龙阳路站至临港新城站。线路长约58.962km,其中地下线路长约为13.741km,高架线路长约45.221km,设11座车站。其中地下站2座,高架站9座。最大站间距10.601km,最小站间距2.699km。该工程高架线路使用U形梁,主要标准跨度为25m、27m、30m和35m这4种。工程采用大吨位先张工艺,是国内首条引进法国的城市轨道交通先张法预应力桥梁。每片30m梁先张预应力总吨位约1700t,这不仅对梁体应力、应变控制提出了较高要求,而且在应力损失控制上要求的辅助工艺更高、更先进,同时也对先张制梁墩台的设计、施工、工装配置等均提出了更高的质量标准要求。2该项目的内部设计2.1预应力先张制梁总体方案构思于法国systa公司提供的产品设计图纸文献和相应的技术条件及相关的规范标准,并结合多年对普通铁路梁、轻轨PC梁、磁悬浮轨道梁以及高速客专线箱梁等预制结构件的工艺经验和现场预制、运输、架设梁的成熟工艺措施及创新理念。预应力先张法U梁制作采用“一串三,长线法”先张工艺方案,以减少设备工装投入,减少先张台座数量节约成本和占地面积。全线配备6条生产线、18套模板的“长线法”先张制梁台座;三条并排生产线为一组,共两组分别设于制梁区两端,便于两个施工队平行施工(图1)。2.2允许控制应力损失的情况(1)制梁台座的设计必须满足大吨位的预应力先张所产生的偏心应力,要求稳定性和应变、形变在允许控制范围内。(2)“长线法”施工需解决伸长值过大而一般千斤顶行程不够需反复倒顶的问题,以及放张回缩量过大超出千斤顶回缩工作行程。(3)长线法施工应力损失的控制。(4)保证单端4个千斤顶及牵引螺杆的受力均衡和同步性。2.3先张后拔装置应用(1)设计采用整体式制梁台座,由张拉端、锚固端和中间台体组成,采用现浇钢筋混凝土整体浇筑。(2)钢绞线锚固在反力墙前的钢制张拉横梁,通过4个传力杆穿过反力墙上预留的孔洞,在反力墙后利用4台600t穿心式千斤顶整体张拉,张拉过程中控制张拉行程同步。钢制张拉横梁控制最大挠度为1.5mm。(3)张拉端和锚固端的张拉反力支座采用墙式反力支座的形式,截面为2000mm×6500mm。其优点是整体性好,抗扭性能好,传力杆受力均衡,对控制钢绞线的应力均匀性很有利。由现浇整体式的中间台体平衡两端的张拉水平力;张拉水平力对台座的弯矩,由张拉端或锚固端两侧的预制混凝土方桩产生的上拔力和下压力形成的力偶来平衡,抗倾覆的安全系数不小于1.5。同时应将一端的3个张拉端连成整体,以互相借力,提高安全储备。(4)台体由于张拉力产生的压力可能产生平面外失稳,所以沿台体间距6m处设置抗拔桩,为台体提供平面外支点以减少平面外计算长度。(5)通过调整截面,控制台体的压应力小于4.0MPa,从而使台体的计算弹性压缩量为9.0mm,实际工况考虑台体下土体提供的摩擦力及桩的抗剪作用,压缩量将小于9.0mm,即能满足弹性压缩不大于10mm的工艺要求。(6)制梁区采用预制钢筋混凝土方桩,按抗拔桩设计,考虑在工程结束后拔除,以满足复耕的需要。其结构布置图2所示。2.4单束钢绞线张拉+放张(1)张拉方式“长线法”预应力先张施工就是在一条先张生产台座上同时对2片或2片以上的梁进行“串联式”预应力先张施工,然后进行混凝土浇注、养护、脱模及同时放张的生产方式。施加应力的方式有传统顶推式和穿心“牵引式”两种。(1)传统顶推式方案每条台座配置600t级台座式千斤顶8台,张拉行程200mm;钢横梁两套,另搭配一定数量的配套油泵。用于锚固钢绞线的钢横梁放在张拉台座两端承力墩台外侧,千斤顶设在承力墩台与钢横梁间,张拉原理由千斤顶推动钢横梁张拉钢绞线(图4)。该方案主要用于预应力钢绞线的同步整体预拉,同时也可用于对预应力钢绞线初张拉后的整体绷直,初张拉后用小顶单束多次完成终张应力。优点:张拉工装设备简单;先张台座的墩台不预留孔洞,精度要求低,钢横梁位置可根据模板任意调节,安装便捷。缺点:千斤顶允许工作行程较短,不适宜长线台座施工钢绞线伸长值大的生产线,不便于倒顶二次行程张拉,持荷阶段时期靠在伸缩油缸外加入垫板承力以使千斤顶卸载;垫板压缩量较大,应力损失明显;必须和单束小千斤顶配合施工;行程不宜过长,放张时不能完全卸载完应力需靠小顶单束卸载,对梁体质量造成隐患,安全稳定性差;钢横梁受力跨度增大大,刚度要求高。(2)“牵引式”方案即一条生产线采用8台600t级穿心式千斤顶,每台工作行程300mm,分设张拉台座两端,每端4台。钢绞线锚固钢横梁设置于张拉承力墩台内侧,千斤顶与钢横梁的链接通过XZ—L140/7000的牵引钢棒穿过承力墩预留孔链接。张拉原理由4台穿心式千斤顶牵引钢横梁张拉钢绞线形式达到工艺要求。“牵引式”先张方案比较适合长线台座先张工艺(图5、图6)。该工艺简单,千斤顶通过牵引螺杆串联固定,安全稳定性好;尤其锚固锁定钢横梁是通过千斤顶与墩台间的钢棒高强螺母进行对牵引螺杆固定,千斤顶可卸载,不需外加垫板支撑承力,如图7所示。优点:千斤顶允许工作行程较长,非常适宜长线台座施工尤其针对钢绞线伸长值大的生产线,便于倒顶二次行程张拉,持荷阶段时期直接拧紧自锁螺帽,以使千斤顶卸载;操作简便,应力损失小,便于控制;大吨位作用力下稳定性好安全性好;放张卸载方便,一次到位,便于操作;配备同步控制系统可经过单束初调后整体张拉到设计应力,应力控制精度高。缺点:张拉工装设备要求较高,先张台座的墩台预留孔洞,施工精度要求高,钢横梁位置必须在设计时尺寸预留计算准确,并在进行台座施工时保证其位置和底模相对位置的准确性,临建施工较复杂。本工程综合考虑到各种因素选择了“牵引式”张拉方案。3预测损失控制3.1预应力损失控制(1)应采用高标号混凝土浇注张拉台座,且合理选用配合比,以减小台座的徐变和弹性变形量。(2)在钢横梁设计时应合理地增加截面尺寸,以增加钢横梁的刚度增强抗弯能力,并按设计规范控制钢横梁跨中受力绕度值在2mm内。(3)在张拉时应进行适当持荷静停,以延长持荷时间,应力损失后应进行补张,以减少夹片、横梁变形以及钢绞线的松弛引起的应力损失。(4)要实测牵引传力杆的形变量和持续时间,必要时采用超张拉方式提高应力,以保证锚下应力。(5)施工环境温差引起的应力损失已在设计范围,现场施工时控制最大温差不超过45℃,满足不了施工工艺要求时,上报设计重新调整张拉应力。(6)张拉分2个阶段配备工作子站同步控制系统,单根初调,整体张拉,应力和伸长位移同步控制。要采用油压传感器实时控制应力。(7)应选用高强度低松弛预应力钢绞线,以减少松弛应力损失。3.2引入均方根、同步控制体系3.2.1心与油缸合力中心的坐标点由于U型梁结构原因,钢绞线穿束呈现出不对称,此种情况会影响到每个油缸张拉力,所以需根据结构图验算钢绞线合力中心与油缸合力中心的坐标点(图8)。(1)钢绞线合力中心坐标点按以下公式计算:由于每根钢绞线的张拉力一致,所以得出:(2)油缸合力中心坐标点按以下公式计算:假设每台油缸的张拉力一致,可以得出:(3)计算结论:由上述计算过程可以得出,钢绞线合力中心与油缸合力中心基本重合,即张拉台座上的牵引用千斤顶油缸输出力可以控制为一致。3.2.2分油阀分配调节方案在预应力施工过程中为保证钢横梁上84根预应力筋受力均衡,必须保证4台千斤顶位移同步,输出应力一致。为保证一致应采用一台油泵同时供4台顶的油压以可调分油阀分配的调节方式来满足同步性方案。针对该工程我们采用电脑自动化应力、应变同步控制系统以保证其同步性。(1)通过同步工作子站向张拉液压装置供热同步张拉设备由1台电脑同步张拉控制器、1个电动泵站、1个同步工作子站、4个拉线式位移传感器、4个压力传感器及4个张拉液压装置组成及4根拉杆等组成。泵站通过同步工作子站向张拉液压装置供油;4个位移传感器和4个压力传感器信号通过同步工作子站反馈至同步张拉控制器,同步张拉控制器通过通讯总线发送指令给同步工作子站,经由同步工作子站执行实现对同步张拉控制。(2)拉油缸与同步子站的连接先将8台张拉液压油缸对称地安装在于两个承力墩台上;然后将拉杆穿过承力墩台,两端分别用锁紧螺母与钢绞线锚固横梁和张拉油缸的活塞杆端固定,并在张拉油缸支撑桥中间放置一个螺母用于拉伸后的锁紧;再分别将两台同步子站与电动泵站放置于两个承力墩台上,用液压软管连接各个油缸、同步子站和电动泵站。在每个油缸处应设置一个拉绳式位移传感器,与拉杆杆端连接;最后要选择同步张拉控制器的摆放位置,并进行布置接通所有电源开启同步张拉控制器电源,泵站工作状态指示灯要显示正常。(3)调整钢绞线张拉位置张拉前,先将固定端一侧的张拉油缸活塞杆伸出;然后锁紧该侧的拉杆中间螺母,并调整张拉端的钢绞线锚固横梁、拉杆的进出位置,使之基本适合张拉工作、拉杆留有足够的锁紧余地;最后在张拉同步控制器上设置油缸面积、张拉行程等系统参数。(4)拉深准备此功能是专为消除预应力筋弯曲、张拉装置、拉杆和预应力筋之间松紧程度不一致而设置。每次张拉之前都必须执行这一步以消除间隙。(5)拉伸及张拉力控制界面在张拉伸长量和张拉力参数设置后,张拉端的张拉油缸运动会根据位移传感器的反馈进行同步控制调节。当张拉油缸伸出,预应力筋被拉伸达到设定目标值;当所有张拉装置停顿并处于液压锁定状态;应锁紧上下横梁之间的拉杆螺母,同时并测量预应力筋的拉伸长度,并根据需要决定是否要重新拉伸,当然也可根据流程图操作(图10)。再次拉伸前,应缩回张拉装置的活塞杆并锁紧活塞杆的拉杆螺母,按下张拉按钮后张拉油缸再次伸出直到达到设定目标值。第三次张拉与前两次不同的是在此界面中,以张拉力为控制参数,适用于第二阶段的拉伸,可以很精确地控制张拉力(图11)。在参数设定界面中可以输入一些检查点,内容包括伸长量和张拉力的对应关系。同步张拉控制器会根据这些数值做插值计算,一旦发现当前数值与要求不符时,立即停止工作并发出警告。警告需经确认后方可解除。(6)活性缸预张拉至中间螺钉脱空桥应将同步张拉控制器连接同步工作子站,并开启两台电动泵。具体做法为:先将油缸预张拉到设定值,直至中间螺母脱离支撑桥底面;然后将所有拉杆的中间螺母旋离承力墩台支撑面300mm处,最后按下放张按钮,梁台两端所有的张拉装置油缸缓慢同步泄压(图12)。(7)张拉动作自动停止同步张拉控制器有两种控制模式,第一种张拉力为控制值、张拉位移量为监控值;第二种是张拉位移量为控制值、张拉力为监控值。在前一种模式状态下,当总的张拉力达到设定目标后张拉动作自动停止,此种方法可以精确控制张拉的预应力,达到设计的效果;在后一种模式状态下,当张拉行程达到设定目标后张拉动作自动停止。本工程通过该方案解决了单端千斤顶和牵引螺杆的受力均衡以及同步性,已达到了施加预应力的准确性和高效性,真正实现了预应力“双控”。4需解决的问题该“牵引式”先张方案是国内首创,其有效地解