长跨连续刚构连续刚构桥64m简支梁桥箱梁设计与施工

长跨连续刚构连续刚构桥64m简支梁桥箱梁设计与施工

1桥梁机节段拼装法施工襄勇线大门左桥为24。7.64米（m）简支桥。整个桥位于120米的平面上。这是中国第一座64米简支桥，采用了桥式节段制造法建造。下面就64m箱梁设计与施工几个要点做一介绍。2主要标准(1)线路等级Ⅰ级(2)正交编号单线(3)设计速度客车160km/h及以下;货车120km/h及以下(4)最小曲线半径1200m(5)设计负荷设计活载为“中—活载”,施工荷载针对襄渝二线所采用的造桥机和运梁车进行相应工况检算。3参数的选择3.1箱梁截面尺寸3.1.1运行稳定性指标箱梁采用等高度梁的形式进行设计,箱梁的梁高是根据梁体受力需要,同时满足列车运行安全性和舒适性指标。从经济和受力角度出发,对梁高进行多种高度的比选。由于受压区高度等因素控制,为降低箱梁高度,设计采用较高标号混凝土,强度等级采用C55,对应梁高按4.9m进行设计。3.1.2腹板与悬臂板截面的优化对于箱梁箱宽主要是考虑顶板和腹板受力优化,合适的箱宽可以使顶板和腹板受力合理分配,优化悬臂板、顶板和腹板截面,通过分析计算,腹板中心距离取为3.08m时,悬臂板和顶板所受最大弯矩相当,且腹板在各种工况下所受内外的弯矩相近。腹板在梁端支座处考虑到支座板安装要求,局部进行加厚。3.1.3管道的厚度设计箱梁的腹板在构造上不仅要保证梁体的抗弯、抗剪强度要求,同时又要提供足够的抗扭刚度;在结构满足设计要求时,又要保证预应力管道有足够的保护层,以避免管道的纵向裂缝,同时尽可能考虑施工的方便。同时考虑到箱梁腹板的高厚比例,综合各种因素,64m箱梁跨中腹板厚度为32cm;端部截面腹板厚度为56cm。设计过程中在箱梁约1/2、1/4跨度处设置三道隔墙,增强其箱梁截面抗扭。隔墙高度为50cm。3.1.4桥面梁高梁高分析64m箱梁跨度为64m,梁长为65.1m,桥面全长为66.2m,梁高为4.9m,箱宽为3.2m,腹板厚为32cm。跨中和梁端截面如图1所示。3.2牵引系统和梁段处理3.2.1腹板及底板锚固布置由于设计跨度较大,在布束布锚方面进行了仔细的比较。在预应力筋布置时对底板和腹板采用单排管道和双排管道进行分析和计算。腹板采用双排管道不仅使预应力筋重心提高,而且腹板厚度需要设置较宽,这无疑要使梁重增加很多,同时梁端锚固空间不足,因此腹板采用单排管道和较大吨位锚具。底板则采用双排管道布置,梁端分散锚固形式,底板每端设置两道锯齿块为分散底板预应力束的锚固。箱梁选用了大吨位锚具和高强预应力钢绞线,使得张拉吨位大大提高,这样不仅减少了孔道数量而且大大减少了端部锚具的数量,使得端部锚具拥挤的现象得以缓解,同时也方便了施工。箱梁跨中和梁端截面预应力布置如图2所示。在预应力筋的布置上,首先从受力上考虑,使预应力筋最大限度的发挥作用,同时考虑本梁施工的特点,在湿接缝处尽量使预应力筋以直线段通过,以保证湿接缝施工时管道位置的准确。3.2.2钢束张拉控制应力的施工方案,在梁由于预应力束较长,采用单端张拉对梁体受力不利,设计采用两端张拉的张拉工艺,且在移动支架上(桥位上)进行张拉,由此需要在梁的两端有一定的张拉空间。为了解决这个问题,在梁的两端设置了55cm的纵向悬臂,(张拉采用内卡式千斤顶,施工空间要求100cm以内)满足了张拉净空的需要,同时考虑到多孔箱梁的连续施工条件,钢束张拉过程中,采用一次张拉到控制应力的方法,避免二次补张拉,避免了相邻两孔箱梁施工干扰。梁端的空隙又可做进人孔,使维修养护人员能够直接从墩顶进入箱梁内,解决了箱梁设置进人洞的困难,一举两得。当箱梁用于曲线半径较小地区,箱梁平分中矢布置,两孔箱梁曲线外侧梁缝较大,为减小桥面挡碴钢板宽度,端块曲线外侧的纵向悬臂长度进行适当加宽处理。3.3梁段跨中连接本施工方法的特点是在桥下预制梁段,在支架上以湿接缝连接,因此,梁段的划分和湿接缝宽度的选择是否合理,关系到施工的方便与否,影响到梁体的整体运营性能。在设计中,为了提高梁体跨中的性能,全梁梁段做奇数分段,跨中不设湿接缝。在梁段长度及个数、湿接缝宽度的确定时,综合考虑了现场的吊装能力、湿接缝施工的便利情况、端块的受力状况、人行道支架的布置以及模板简统化等方面的因素。跨度64m箱梁分为13个梁段,最大吊重为105t,湿接缝长度均为60cm。梁体纵断面如图3所示。4结构计算与分析4.1列车竖向活载二期恒载包括线路设备、道碴、人行道支架、步板、电缆槽、挡碴块及防水层和保护层的重量。列车竖向活载计算采用中-活载。箱梁主要计算结果见表1。4.2施工安全性评价为满足施工工期要求,节段拼装箱梁在一期张拉完成后,即可进行造桥机过孔作业和梁端运输等后续工序,为保证施工安全性,需对所采用的造桥机和运梁车过孔荷载进行检算,根据荷载大小适当调整一期张拉预应力钢束根数满足施工要求。施工阶段箱梁强度安全系数不小于1.8,抗裂安全系数不小于1.1考虑。另考虑到箱梁采用节段拼装法进行施工,其中许多关键技术问题需要在施工过程中考虑,如:梁体反拱设置、支座预偏量设置和张拉阶段设计等。4.2.1施工组织分析以往厂制梁的反拱设置较大,一般张拉时间在混凝土龄期的10d左右,收缩、徐变拱度较大,同时各厂由于砂石骨料、环境的温度与湿度等条件不同,反拱的设置也略有不同。但因厂制梁一般跨度在32m及以下,拱度的绝对值较小,比较容易控制。由于64m箱梁跨度较大,且在现场预制梁段,在支架上灌筑湿接缝,不利因素很多。要求在反拱的设置上更精确,才能满足要求。我们进行了施工组织的分析研究,梁段按28d的龄期上桥组拼,湿接缝强度按照3d达到设计强度进行张拉、二期恒载上桥时间按照60d计算考虑,进行计算,设置反拱。施工过程中反拱的设置,需考虑造桥机本身变形问题,反拱设置要预留造桥机在箱梁自重作用下的挠度值,使成桥后的箱梁线形符合预设线形。梁体接缝浇筑完成后,梁体跨中理论计算反拱值为27.2～29.8mm。4.2.2活动支护的安装考虑到箱梁在预施应力后,梁体纵向将产生压缩,支座上下座板产生偏移,为了保证箱梁成桥后支座的受力,应在支座安装时,活动支座端预先设置一定的预偏量,保证梁体钢束张拉完毕后支座的受力。根据计算分析,64m箱梁理论预偏量设置为40mm。4.2.3预应力弯矩的建立梁体张拉是在支架上进行的,在支架上张拉不同于桥梁厂台座上张拉,因为支架是弹性的,梁段按设计顺序逐段进入支架,支架的挠度发生变化,随着梁段数量的增加而增大。当梁段摆放在支架上,灌筑完湿接缝混凝土后,由于梁体自重使梁体和支架产生一定的初始挠度。在预应力筋的张拉过程中,随着预应力弯矩的建立,将首先克服梁体自重弯矩。设计中一期张拉的预应力需承担自重和施工荷载。在张拉过程中混凝土对支架产生的下挠度逐渐减小,由于支架的弹性作用,使支架反弹,随着预应力弯矩的增大,支架反弹也增大,支架对梁的多支点支承使梁的上缘产生拉应力,为了控制梁体在张拉过程中不致因拉应力过大而开裂,我们采取了调节支承梁段螺旋支撑高度的办法,减小支架对梁体的上托力,使梁体的自重由箱梁自身、预应力及支架共同承担。在张拉过程中根据预应力弯矩建立的多少,分批调节螺旋支撑高度,直至张拉的预应力筋及箱梁自身足以承受梁体自重时,使支架脱空,混凝土梁呈理论支点状态。支架脱空后继续张拉部分预应力筋,使混凝土箱梁足以承受自重及造桥机拖拉走行和运梁小车负载走行的施工荷载。具体钢束张拉和支撑高度调整顺序参见下表:二期张拉是完成剩余预应力筋的张拉以满足梁体的使用要求,其张拉时间应尽量后移,在完成防水层、保护层并铺设道碴后进行,以减小徐变预应力损失,控制箱梁上拱度值。5建设的一些要点5.1造桥机受害者基础造桥机于台后拼装,24m孔搭设栈桥,采用边拼边拖的方式直至拼装完成,造桥机拖拉至架设孔位后下落5.8m,下落到位后逐孔架设箱梁,造桥机架梁采用大悬臂工况。5.2施工中的一些要点5.2.1落梁支架搭设造桥机在台后路基上拼装,采用边拼边拖的方式,设四个支点来支撑,事先在1号、2号墩上拼好落梁支架,落梁支架由八三式军用墩拼装而成,并用缆风把落梁支架固定好,上面放上滚轮箱,造桥机即可拖拉,拖拉到位后,开始起顶支架,逐层逐层拆除落梁支架,即可把造桥机落到墩顶滚轮箱上,即可架梁。5.2.2造桥机扭转架梁由于线路的曲线半径为1200m,造桥机原位架梁无法实现过孔,所以造桥机无法原位架梁,造桥机和混凝土梁同时扭转24cm架梁,架完一孔后,造桥机中、后支点再扭转45cm,即可一次拖拉到位,然后造桥机中、后支点再扭转93cm即可达到架梁状态。5.2.3竖向挠度的要求在传力锚固时,计入自重作用按理论支点计算,跨中上拱度曲线梁为37.3mm;而由中活载产生的竖向挠度为24.6mm,满足不大于跨度的1/800的要求;所以根据理论计算,可以不用设置下挠度,但是根据以往施工同类桥型经验,还是需要设置的,否则后期反拱过大,影响铺轨高程,此桥设置下挠度为30mm,通过实践证明,此桥线型控制非常理想。6节段拼装施工技术通过上述设计与施工情况的分析与比较,可以看出通过严格的施工控制,