法国铁路桥上最复杂的主梁技术

法国铁路桥上最复杂的主梁技术

1东南角阿维尼翁立交桥法国目前正在修建一条巨大的高速铁路（tgv）线，并正在修建中维尼翁高架桥。从巴黎到地中海的航线上。这座高架桥全长达3000m,考察时大部分工程已完工。从主梁施工方面看,只剩下最后一桥墩上的主梁悬臂施工。本文重点考察的是主梁的安装及预应力筋的设置。2高架介绍2.1预应力混凝土桥该桥位于法国南部,横跨流经阿维尼翁小城的罗讷河,在TGV地中海线路段上。两部分平行走向的高架桥分别连接马赛——瓦朗斯间的TGV线和马赛——蒙彼利埃间的大南方TGV线(图1)。高架桥的引桥分别为7×50m及8×50m跨的简支梁,主桥为(12×100m)跨的连续梁。高架桥P5～P6跨间1/4跨长处有铰。每部分高架桥桥长约1500m,是目前法国最大跨度的预应力混凝土(PC)铁路桥。原计划是将阿维尼翁高架桥建成钢桥。1994年秋,RFR设计小组提出异议,建议采用预制节段预应力混凝土桥,以下是建议被采纳的理由:(1)外观因素——桥址地区为岩基地带,附近有许多古老的石建筑。因此,要用与周围环境相协调的材料;(2)经济因素——阿维尼翁高架桥为总长3000m的建筑物,混凝土比钢材要经济得多;(3)地理因素——现场有宽阔的节段制作场所,适合采用预制节段施工法。高架桥采用的主要材料如下:主梁混凝土——35000m3(B52级,白水泥);下部结构混凝土——55000m3(B32级);钢筋——12500t;预应力筋——2500t。由于采用预制节段施工法,上部结构计划所需工期为30个月。2.2首次修建预制节段修建的pc桥高架桥采用了一些在法国铁路桥上属划时代的技术,即(1)首次采用预制节段修建的PC桥;(2)第一座跨度超过100m的PC桥;(3)首次采用体外力筋的桥;(4)首次采用高强度混凝土的桥;(5)首次采用设铰构造的桥。2.3引桥机悬臂安装主桥的主梁预制节段采用架桥机悬臂架设施工。预制节段制造后,存放在贮梁场。养生约1个月后,用专用拖车运到引桥已架设就位的简支梁处,用起重机将预制节段和专用拖车一起提升至桥面,再由专用拖车将预制节段运至最终架设位置,利用架桥机悬臂安装(图2)。20cm长的悬臂端部在现场浇筑,然后配置连接力筋。每3跨悬臂架设就位后,配置、张拉连续力筋的体外力筋。高架桥建成后,为设置钢轨,在桥面铺满厚50cm的道碴。3技术的特殊性3.1与同跨公路桥的比较作用在铁路桥上的主要荷载是道碴与列车的车轮。与同跨公路桥的荷载的比较如下:从以上数据可以看出作用于铁路桥的外力比公路桥的大得多,特别是决定预应力筋数量的变动荷载是公路桥的2倍。3.2阿维尼翁高架与桥间的固定墩铁路桥的制动荷载是公路桥不可比拟的。列车的制动荷载是6000kN,而卡车的制动荷载只有300kN。就阿维尼翁高架桥而言,还必须考虑抗震的有关规定。阿维尼翁高架桥主桥部分通过铰分成两部分。为减少桥墩顶部的水平作用力,设有2个固定墩(图1)。为使位移最小,且满足应力的要求,规定了固定墩的形状。变形(由温度、收缩、徐变引起)决定结构尺寸,因此,两桥墩间的固定构造将产生巨大影响。为平衡长期变形产生的水平作用力,在悬臂梁间,用千斤顶预先施加水平力来减少上述长期的作用力。3.3预应力筋用量支点上的高跨比为1∶12,跨中部的高跨比为1∶20。公路桥的预应力筋用量一般为50kg/m3,预应力的应力水平为8MPa,而阿维尼翁高架桥的预应力筋用量为75kg/m3,预应力的应力水平为12MPa。3.4合直剂的荷载下面的荷载产生徐变应变:(1)悬臂施工;(2)桥面荷载(道碴等);(3)跨中部千斤顶产生的水平作用力;(4)高水平的预应力。这些荷载对徐变应变影响很大。施工初期,作了混凝土试验,其中主要包括高精度的收缩及徐变试验。4施工期间4.1主梁节段设计整个工程中制作了838个主梁预制节段(图3)。制作方法为短线密接灌筑法,制作场配备了5台设备。墩顶节段、标准节段是一天各制作1个节段,转向块部分的节段是两天制作1个节段。主梁节段制作采用白水泥。这是由于阿维尼翁有许多处石灰质的断层岩,为了与周边环境及色彩协调,将白水泥和砂反复调制,进行色彩测试之后才决定的。大规模的建筑物给人印象深刻,因此,设计、施工都必须考虑环境及色彩。4.2梁预制节段悬臂、提升机及钢管支撑式结构的施工悬臂施工采用的架桥机设备重约900t,长约230m。高架桥的架设实行24小时3班倒。架设初期,只在白天施工,后受工程制约,水上部分施工改为24小时工作。24小时工作制下的节段架设速度为8段/d。主梁预制节段最重的为120t,采用前后有驾驶席的专用拖车,从贮梁场将节段拖到架桥机下。这种专用拖车配有千斤顶顶升、落下装置。先用龙门吊机从贮梁场将预制节段吊运到支架上,然后让拖车进入支架下。通过提升机(图4)再将预制节段和专用拖车一块提升到主梁上。墩顶部分,为减轻重量,由2块预制节段构成,并采用钢管支撑式结构(图5),以提高施工性能。钢管支撑结构比通常的实心横梁,应力流向明确,还大大减轻了重量,可作为今后结构设计的参考。预制节段悬臂施工必须注意预拱度管理。该桥在第1个预制节段下设置了临时千斤顶,到最大悬臂时进行两次挠度调整。由于采用这种方法,主桥20个桥墩上的悬臂节段合拢时都没有出现偏移。4.3非主流桥mistra阿维尼翁高架桥所在的法国南部是法国地震高发地区。桥梁设计水平地震力系数为0.15,约为日本的一半。在法国,大部分地区均不考虑地震因素。此外,阿维尼翁一年大约有100天刮名为米斯特拉尔(Mistral)的季风。考察当时,风速为100km/h(即28m/s)。迄今观测到的最大风速为198km/h(55m/s)。因此,该桥还要考虑风荷载的影响,设计风速为200km/h(56m/s)。悬臂架设时,根据风荷载,在墩顶处梁下缘追加了体内力筋。4.4钢筋预安装4.4.1连续力筋组成体外力筋的配置大致可以分为3类(图6),一类是通过支点、配置在两跨间、锚固在支点上横梁处的由37根15.7mm钢绞线(FUT37T15S,Pu=10323kN)组成的连续力筋;另一类是在支点上缘偏转、跨中底板锚块处锚固的由37根15.7mm钢绞线(FUT37T15S,Pu=10323kN)组成的顶部力筋;还有一类是通过3个支点水平配置、在跨中底板锚块处锚固的由19根15.7mm钢绞线(FUT19T15S,Pu=5301kN)组成的连续力筋。4.4.2大型预应力筋结构阿维尼翁高架桥体外力筋采用SEEE工法FUT锚固体系(图7),具体细节见表1。另外,体内预应力筋锚固体系采用VSL工法19T15。FUT锚固体系是由GTM公司、SEEE公司(即现在的Ingérop公司)共同开发的,由GTM公司原有的、具有许多实绩的FUC体系改良而成。英国塞文河二桥也采用了这种工法。阿维尼翁桥采用了FUT19T15S、27T15S、37T15S等3种。全部体外力筋中约有80%都使用FUT37T15S这种大型预应力筋。FUT37T15S的意思是37根ue001φ15.7mm的超级钢绞线构成的预应力筋。各种FUT体系见表1。就体外力筋体系而言,重要的是锚具的外型尺寸要尽量小型化。FUT体系就是以锚固部分小型化、经济有利为目的而开发的。法国规格的FUT7T15.7S的公称截面面积为150mm2、抗拉强度为1860MPa,每根钢绞线的张拉荷载为279kN。它具有与JIS规格同等的强度。高架桥锚固采用楔块锚固钢绞线,这种FUT锚固体系为:凸形锚头正好嵌入带有凹部的异型喇叭形的锚具内,锚头的张拉力传到锚具上,锚具外围突缘产生的剪力再传到混凝土上。由于可通过异型喇叭形突缘将张拉力、支承力传到混凝土,因此比以前的锚板型锚具,具有可缩小外形尺寸的特征。考虑到将来要更换体外力筋,为隔离压浆材料,在异型喇叭形锚具内嵌入塑料板(图7)。试验证明,采用这种方法,体外力筋的更换比以前的锚具简单。另外,异型喇叭形锚具内端部使用了防磨损的聚乙烯材料。4.4.3高密度pe管转向阿维尼翁高架桥跨中有4处横隔板式转向块。转向块采用双重管方式,保持设定的曲率,并在出口处,将呈喇叭形的钢弯管埋在转向块内,以形成出口部拓宽型的转向(图8)。高密度PE管穿过弯曲钢管形成双重管方式,弯曲钢管在节段制作时埋入。而且,体外力筋锚具和弯曲钢管一块整体配置(图9)。体外力筋为水泥砂浆压浆型,高密度PE管通过悬吊支架设置,其连接采用煤气管的连接方式。利用设在PE管内的电热线,通电熔焊。4.4.4预应力筋的张拉和压浆在梁上设置的解卷机上,安装钢绞线卷筒,钢绞线从穿索机出来,引入管端后,穿过梁体,每根钢绞线都这样进行配置。穿索机的最大速度为6m/s。另外,钢绞线的前端及锚具上的导向器都经过精心制作。FUT锚固体系的预应力筋使用FUT专用千斤顶进行张拉。千斤顶的安装使用电动机,即千斤顶固定在电动机上,使用倒链滑车将千斤顶安装在FUT异型喇叭形锚具上。配备了容易安装的设备,利用遥控,轴向移动千斤顶。高架桥力筋最长的约280m,