预应力混凝土连续梁桥施工(铁路工程施工课程设计)

m兰州交通大学博文学院《铁路工程施工》课程设计 预应力混凝土连续梁桥施工专业：土木工程名：学号:班级：2010级土木15班指导教师：日期:2013-06-25预应力混凝土连续梁桥施工摘要连续梁桥是工程上广泛使用的一种桥型,它不但具有可靠的强度,刚度及抗裂性,而且具有行车舒适平稳,养护工作量小,设计及施工经验成熟的特点。设计一座梁桥必须从桥跨布设,尺寸拟定,钢束布置以及施工方法等方面综合考虑,还要充分考虑设计参数和环境影响。大跨度预应力混凝土连续梁桥T构悬臂施工时由于个体差异大，在相同的设计条件下，由于混凝土的非匀质性、施工人员配备、施工材料的特异性以及外界环境条件的不同，其线形控制、应力控制、稳定性控制等都不尽相同。本文主要对连续梁悬臂施工对大跨度连续梁桥的施工控制作及施工过程中的常见问题进行简要分析。关键词：预应力、连续梁桥、设计、施工控制、箱梁。一、施工概述预应力混凝土连续梁桥在施工过程中常常会出现体系转换，因此施工阶段的应力与变形必须在结构设计中予以考虑。不同的施工方法，在施工各阶段的内力也不同，有时结构的控制设计出现在施工阶段。所以，对连续梁桥，设计与施工是不能也无法截然分开的，、结构设计必组考虑施工的方法、施工内力与变形，而施工方法的选择应符合设计的要求，形成设计与施工互相制约、相互配合、不断发展的关系。回顾混凝土连续染桥的发展，可以浦楚地着到：施工技术的发展对桥架的跨径、桥梁的线型、截面型式等方面起粉皿要的作用。初期的混凝土连续梁桥采用搭设支架就地浇筑的施工方法，桥梁的跨径多为30-40m，由于施工工期长，并耗用大蚤木材，因而建造连续梁桥数量很少。六十年代初期，蔽竹施工方法从钢桥引入预应力混凝土桥后，使预应力混经土连续梁桥得到了迅速发展。它可以不用或少用支架，不影响河道通航，将桥梁逐段惫价施工，其跨越能力已进展到200M以上，因而扩大了混凝土连续梁桥的适用范围。连续梁桥因具有跨径大、造型协调、行车条件优越等特点，使预应力混凝土连续粱桥在近20年来在桥梁方案的竞争中常常取胜。每一种施工方法都有优点，也存在不足之处，如悬竹施工法的施工设备是由桥敬开始向两侧对称移动施工，当某一墩悬臂施工完成后，它的施工设备需要从悬竹端部拆除，移运到另一桥墩上安装，之后继续悬臂施工。渐进施工法是从惫臂施工中引伸出的一种施工法。渐进施工采用一套设备，从桥的一端开始，非对称惫竹施工到桥墩，为了解决单边受力，施工中需要有临时结构负担施工街载和旅份自龙，通常采用料缆式吊索完成，悯索的泣力可由钢塔下的竖向千斤顶佣整，也可用俗设临时排架的方法安装。施工时，施工的用具、材料或顶制构件均由已完成的粱上纵向运到施工现场，甚至桥墩也可在桥梁悬粉状态进行施工，待桥墩完成后，移动支承体系，继续惫碑施工。渐进法是一种几乎不占施工场地，不藉拆装惫价施工设备的连续施工法。但这一施〔方法使施工设备与施工技术复杂化了，工期也较长。因此实际应用较少，除非是有关部门限定7施工现场。例如美国位于北卡罗来纳(NorthCarolina)州老爷山附近的林库夫(LinnCove)高架桥，地处风景游览区，无施工现场可以利用，就是采用渐进法施工的。为了改进悬臂施工法中施工设备的拆装、移坛工作，后来又发展了应用导梁的惫胃施工方法。随粉桥梁结构的发展，对抢工方法提出了各种不同的要求，促进了施工方法的发展来满足各种结构的禽要。当桥梁的跨径主要考虑经济分孔，一般为30-50m时，常采用等成面，在施工上铃要连续多跨施工，则要求施工快速、简便，使用一套机器设备连续作业。因此，出现了逐孔架设法、移动模架法等施工方法。同时就一种施工方法面亩，也有多种情况适应不同的要求。如逐孔架设法，既有分节段拼装的逐孔施工，又有整孔预制吊装的逐孔施工，既可使用大型起重机具，又可仅需简易起重设备的方法，可以根据不同要求选择。移动模架法是采用大型施工设备，就地逐跨完成桥梁施工。在桥位上完成模板、钢筋、混凝土浇筑、张拉工艺、养生等一系列工作后纵移施工设备连续施工。它相当于将桥梁的预制厂移到桥位，在高空中施工。因此，移动摸架法有“活动预制厂”之称。它对于大型桥梁工程的施工走向工厂化、机械化、自动化和标准化，而不需移运、吊装工序，是一种有益的尝试。顶推法施工用于建造预应力混凝土连续粱桥，使这种桥梁获得了更大的生命力。顶推法仅采用少呈锚具的施工设备，来完成大桥的施工，而且能保证预制质盆，易于旅工管理，对周围环境没有嗓声。近年来，采用顶推法施工的预应力混投土连续梁桥也有一定教量，并在不断提高其适用性。随着科学技术的发展和对施工的不同要求，还会出现更多的、适应各种不同条件的施工方法。预应力混凝土连续梁析的施工方法很多，不同的施工方法所需机具设备、劳力不同，施工的组织、安排和工期也不一样，为了便于阐述，对比较相近的方法傲适当的归井。至于施工方法的选择，应根据桥梁的设计、施工的现场、环境、设备、经脸等因素决定。可以说，绝对相同的施工方法与施工组织是不存在的。因此必须结合具体实际，切忌生搬硬套。施工方法的选择是否合理将影响整个工程的造价，涉及施工质最和完成工期。当今的桥梁工程建设，施工必将会起着更加重要的作用。二、连续梁桥梁施工技术（1） 在我国中小跨径的预应力混凝土连续梁桥施工中，除了最古老的支架现浇方法外，还采用了先简支后连续、顶推法、移动模架逐孔浇筑法、移动导梁逐孔拼装法和梁体预制浮吊安装法等施工技术。（2） 平衡悬臂拼装施工法和平衡悬臂浇筑施工法的采用促进了预应力混凝土连续梁桥的发展。大跨径预应力混凝土连续梁桥大多采用悬臂浇筑法施工。根据连续梁桥的特点，采用逐段平衡悬臂浇筑，先形成T构，再逐跨合龙，逐跨释放临时固定支座，完成体系转换，最终形成多跨预应力混凝土连续梁桥。大跨径预应力混凝土连续箱梁广泛采用挂篮进行悬臂浇筑施工。常用的挂篮形式有偏架式和斜拉式。随着施工技术的进步，挂篮结构向着轻型化的方向发展，尽可能采用构造合理、受力明确、自重轻、利用系数高、使用安全方便，具有良好技术经济指标的挂篮。例如，上海黄浦江奉浦大桥等工程采用的菱型挂篮就是其中之一，该挂篮总重仅50t,利用系数为4.03高强度预应力钢材、高标号混凝土和大吨位预应力锚固体系的研制开发和应用，促进了大跨径预应力混凝土连续梁桥的发展。在80年代后期，国内开始生产18edMPa的低松弛预应力钢绞线，加上与其配套的大吨位预应力钱具和张拉设备的研制成功.C50与C60混凝土的应用，使得预应力连续梁桥结构轻型化，跨越能力得到很大提高。在这以前，我国大量采用16000MPa©5的高强度碳素钢丝和与其配套的钢质锥形锚（即F式锚具）这种锚具的张拉吨位小.使用时的控制张拉力仅565kN，每张拉10kN预应力需要的布柬面积约为0.255cm2/kN;若采用©j15.2〜12型锚具.张拉10kN预应力所需的布束面积约为0.096cm2/kN；采用©j15.2〜22型的锚具时，张拉10kN预应力所需的布柬面积约为0.067cm2/kN。三者的比例为1：0.38：0.26，由此可以看到，采用大吨位预应锚具体系后，使得预应力箱梁布柬范围内的顶板、腹板和底板尺寸，设计时由原来的布柬控制改为受力控制和按构造要求控制，这样，大大减小百箱梁断面的尺寸，减轻了上部结构的自重。箱梁混凝土及钢绞线的用量能够大大减少，从而使得预应力结构设计更趋合理、经济。若采用以往的钢质锥形锚具，预应力混凝土连续梁的跨越能力大多在100m左右。随着1860MPa钢绞线和大吨位预应力锚固体系的应用，建桥施工技术的发展，目前，我国连续梁桥的最大跨径已达165。连续剧构桥的最大跨径达到270。，从而使得我国预应力混凝土梁桥的设计、施工技术进入世界先进行列。三、方案设计跨径布置（1）标准跨径 •的设计起讫桩号为：k784+274.323~k784+424.323,实际桥长172m。按照设计任务书中的要求，本联设计要求采用变截面连续箱梁结构形式，布置时，通过计算调整，最终确定本联的跨径布置如下：26m+40mX3+26m=172m标准跨径（相邻墩身轴线距离）布置图示如图。

图1-1标准跨径布置（单位：m）由上图可知本联为五跨连续梁，由参考文献［1］第二章第一节（P69）可知，五跨连续梁合理的跨径布置为：边跨与中跨之比为0.65:1~0.7:1，且对称布置。该桥中选择的边跨与中跨之比为0.65:1。（2）计算跨径上面的跨径布置为标准跨径，计算跨径还要考虑到两边跨伸缩缝及支座尺寸的折减。为了减小伸缩缝的宽度，把固定支座放在4#墩上，让梁体向两边伸缩。由设计任务书可知本桥的设计年平均温差为±20°C，混凝土材料的温度膨胀系数为1.0X10-/C,则可计算得左右两边的伸缩缝宽度至少分别为：4cm,4cm；再考虑到支座尺寸的影响，计算跨径布置如下图：0.56m+25.4m+40mX3+25.4m+0.56m40.0040.0040.00 25.440.0040.0040.00 25.4、—0.56计算跨径布置（单位：m）由上图可知连续梁两端分别有0.56m和0.56m的悬臂段，但由于其长度很小，并且位于支座顶部，对内力影响很小，故在内力计算中忽略不计。故计算跨径为：25.4m+40mX3+25.4m顺桥向设计（1） 纵坡设计为了满足桥梁纵向排水的需要，根据设计任务书要求，本设计桥梁纵坡取为1.5%。但由于纵坡坡度很小，对桥梁跨径和梁高基本没有影响，故在具体计算中，计算模型按平坡设计。（2） 梁高设计2#、3#、4#、5#（墩位编号，见图1）支座处梁高：根据参考文献［1］第二章第一节（P69），梁高为1/16-1/20L，取L/16，即2.5m。1#、2#支座处梁高：端部剪力效应很大，单靠增加腹板厚度来抵抗剪力，腹板会变得很厚，所以一方面增加腹板厚度，另一方面增大梁高。同时考虑到前后联梁高的衔接，梁高定为1.5m。跨中梁高：根据文献［1］第二章第一节（P73）,梁高按经验为（1/30~1/50）L,取L/40,即1m。（3） 梁底曲线设计梁底曲线采用二次抛物线,本联中共有3种抛物线L1左半跨、L5右半跨（以跨中梁底为原点）：y=-0.00310x2 （1-1）1L2 、 L3 、 L4 、 ： y=-0.00375x22（1-2）L1右半跨、L5左半跨：y=-0.00930x2 （1-3）3上面抛物线的计算考虑了支座处水平段长度（由于安放支座的需要,支座顶部的梁体结构底面要有一定的水平宽度,这一宽度一般要大于支座顶板顺桥向长度）的影响。1#、6#处分别设置0.56m和0.56m的水平段；其它支座处分别设置1.20m的水平段。但在计算中忽略边支座计算中心以外的直梁段，即两边分别减去了 0.56m（左）和0.56m（右），按计算跨径25.4m+40mX3+25.4m建模计算。（4） 横隔板设计由参考文献［1］第二章第一节（P94）,在每跨的L/4、L/2、3L/4各设置20cm厚的横隔板,支座处的横隔板厚度与水平段长度相等,在隔板中要设置人孔,以方便维修。具体构造见图。横桥向设计（1）桥面设计桥面净宽为14.722mX2,根据参考文献［4］P89，采用分离式双箱截面，对称布置,本设计只取单侧进行设计，单箱设计宽度为14.722m。参照新长铁路桥设计实例，中间设置1m宽的中央分隔带，两侧分别设置0.5m宽的防撞护栏。具体的桥面设计如图：

1472.2,501%血E1472.2,501%血E沥青社娥装层m'伽就平展桥面布置图（单位：cm）按照设计任务书的要求，桥面铺装采用三层设计：上层是10cm的沥青混凝土铺装层，中间层为防水层（厚度忽略不计），下层是6cm的混凝土找平层。（2） 横断面构造根据设计任务书的要求，桥面横坡为1%，本设计中横坡是由腹板高度变化形成的。采用这种由顶板倾斜产生横坡的方法，要比顶板水平而利用桥面铺装产生横坡的方法要好，前者桥面铺装等厚，桥面各处力学性质一样，汽车行驶安全舒适。由上图可知，桥面板宽度为14.722m,根据参考文献［1］（P83），选用单箱双室截面。为了避免使用横向预应力筋，根据设计经验，悬臂取为2m。为了减小墩身尺寸，两侧采用斜腹板形式，腹板外侧面位置不变，2#、3#、4#底板宽9.266m，其它位置处的底板宽度可由梁高变化而定，公式如下：L=9.266+（2.5-H）X0.728/2X2 （1-4）xx式中L—待求的底板宽度；xH—与H—与L相应的截面高度。x x2000pgp 92陆 丄2#、3#、4#、5#顶截面（单位：mm）

20QQ妙了 99941#、6#墩顶截面（单位：mm）跨中截面（单位：mm）具体截面构造设计如图。由上图可知相邻两腹板间距在5m左右，同时考虑到顶板布置预应力钢筋的需要，由参考文献［1］表4-2-6可知桥面板厚度统一取0.25m；跨中底板厚度0.25m；支座处梁截面L1底板（腹板）变化（单位：mm）L5跨底板（腹板）变化（单位：mm）腹板和底板为了满足承压和构造需要分别加厚，中间厚度线形变化变化，具体如图。人孔构造随梁高而变，最大的150cmX100cm,最小的150cmX40cm。为减小应力集中腹板和底板相接处设置45cmX15cm的梗腋，腹板和顶板相接的内部设置15cmX15cm~40cmX10cm的梗腋。悬臂板从内侧根部向外侧端部渐变，根部为50cm厚,端部20cm厚，这种截面变化形式基本符合内力分布形式，充分有效的利用了材料。四、施工控制的意义和内容目前大跨度预应力混凝土连续梁施工一般采用分段施工法。分段施工中桥梁结构的最终成桥必然要经过许多施工阶段的循环。尽管每个阶段都严格控制施工时的结构几何尺寸、混凝土浇筑质量、混凝土养护、收缩、徐变、弹性模量、预应力张拉、孔道压浆等人为控制的因素，但是不可避免地会出现实际结构状态与理想结构状态的偏差。这种偏差可能来自有施工本身的误差，也可能是环境误差的干扰还有可能是测量系统的误差。随着桥梁结构跨径和结构的复杂性的增大以及技术标准的升高，这种误差已经影响到了结构的几何线形、改变结构的内力，甚至结构施工的安全。如何消除或修正这些误差，确保施工过程中的结构稳定安全，保证最终成桥受力状态基本符合理想状态，已经成为现阶段大跨度预应力混凝土连续梁施工中的关键问题。因此大跨度连续梁施工时必须进行施工监控。根据连续梁施工的特点及要求，大跨度预应力混凝土连续梁施工控制内容主要可以分三个方面：（1） 结构几何变形控制:桥梁结构尺寸控制是施工控制的基本要求。但结构在施工形成过程中均会产生变形，加上施工过程中各种误差的积累，从而任何一个结构都不可能达到与设计尺寸准确无误的吻合，所以要尽量减少结构尺寸与设计尺寸的偏差，将其降低到规范允许范围内。结构变形受很多因素的影响，施工过程中采取线形控制使桥梁顺利合拢，使其结构在施工中的实际位置与设计状态之间的偏差在容许范围内，成桥线形状态符合设计要求。（2） 结构应力控制：结构应力的好与坏，通过梁体外观检查不容易发现。但是应力是支撑桥梁自重与外界荷载的关键，如果结构实际应力状态与设计应力不符，将会对结构本身造成危害，甚至对结构带来破坏，相对于结构的变形影响更大，所以在对大跨度预应力混凝土连续梁进行施工控制时，尤其要注意对结构应力的监控。对于预应力结构，一般规定如下：1）张拉机具与预应力材料（预应力筋、锚具、夹片、连接器等）应在进场时进行校验和检测，不符合要求的一律不得进场使用。张拉千斤顶与压力表配套校验使用。所用压力表的精度不宜低于1.5级；校验千斤顶的试验机或测力计的精度不得低于±2%。2）预应力钢材在预加应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值偏差应控制在6%以内。（3）结构稳定控制：桥梁结构的稳定直接关系到桥梁结构的安全，世界上曾经有过桥梁在施工过程中，由于结构失稳导致全桥破坏的例子，最典型的就是加拿大的魁北克大桥。该桥在南侧锚定桁架快要架完时，由于悬臂端下弦杆的腹板翘曲而发生突然崩塌坠落。因此大跨度连续梁施工中不仅要严格控制变形和应力，而且要严格控制施工各节段的结构局部及整体的稳定。施工过程中，除桥梁结构本身的稳定性必须得到控制外，施工过程中所用的支架、挂蓝、吊装系统等施工设施各项稳定系数也要满足要求。五、施工方法要点及注意事项（1）材料设备及施工程序根据设计要求，本设计的预应力连续梁桥采用C40混凝土，预应力钢束采用标准强度为1860MPa的7①15.24高强度低松弛钢绞线，其性能符合IS09002质量体系认证，j公称面积140mm2。预应力孔道为①102mm波纹管，锚具采用YM15-15型锚具，用YDC3200型千斤顶两端同时张拉。根据工程的特点和我单位的施工技术状况，采用先穿束后灌注的施工方法，确定了如下施工流程。

施工支架基础■1搭设支架*立底模、侧模、固定支座，安设预埋件绑扎底板及腹板钢筋穿波纹管和羽绞线，安设锚里板安啟、固定內模钢筋加工/端模圧翼绿板侧模申钢绞绽加工•4■1綁扎顶板及翼缓板钢筋，穿顶根波纹管和钢绞銭，安设预埋件灌注梁体混礙土•制试件养 生・拆除端模、侧模*张拉机具校验卫张拉预应力束1压试件灌浆封锚■14养 生拆粽底模和支架・(2)支架及模板后张预应力混凝土连续空心板梁采用搭设满堂支架就地灌注法施工，混凝土浇注过程中，支架将承受较大的荷重。为此，搭设支架前，首先要对地基进行处理，然后根据支架的荷载情况预定支架密度，并对支架进行检算。施工时，先将支架范围内（桥面宽度两侧各加2m脚手架的宽度）的地面整平压实，然后铺筑20cm厚2：8灰土，以确保地基有足够的承载能力，避免施工中产生不均匀沉降而影响梁体质量。同时，在灰土顶部设置1.5%的双向横坡，以利地基排水，避免因下雨下雪或其他原因使支架基础浸水而影响其承载力。（3） 预应力束布置预应力钢绞线在运抵现场后，经过了严格的外观检查和拉伸试验，在确认完全合格后方可使用。钢绞线下料在主线桥西部已架设好的先张梁梁顶上进行。下料长度经过准确计算并做标记，在切割点两侧各2cm处用铁丝绑扎牢固，然后用砂轮锯切割，以免下料后接头散乱给穿束带来困难。下料后的钢绞线按“编帘法”成束并一一编号。因预应力束最长达146多米，为便于操作，施工中，先将波纹管逐节套入预应力束上，然后将整根预应力束抬放就位。波纹管制作在现场进行，根据需要制成1Om或12m一节，节间连接采用内径95mm、外径102mm的同型波纹管，其长度为30mm，用密封胶带缠封2-3层，以防漏浆，波纹管与锚垫板的喇叭管段接口也用胶带纸缠封严密。预应力束的位置和形状准确与否，将直接影响梁体内应力分布，甚至会产生较大的二次应力。因此，预应力束定位时，我们根据设计的直线和曲线形状，用计算机准确求出各预应力孔道每1m的标高和水平投影位置，并设置“U”型定位钢筋和梁体骨架钢筋牢固联接，以保证预应力孔道位置与设计相符，梁体压力线不受影响。（4） 混凝土工程后张法预应力混凝土连续空心板梁混凝土标号为C40,采用泵送混凝土施工。为满足设计要求和施工需要，试验室通过多次配合比试验，对混凝土早、中、后期强度及坍落度和和易性进行了综合比较，优化配合比，掺入了MSC-P泵送减水剂。因为后张梁混凝土浇注正值冬季，选定配合比时，掺加了0.06%的QZ型高效防冻剂。为保证混凝土的质量，所用混凝土在拌和站集中拌和，机动翻斗车场内运输，混凝土输送泵泵送入模，插入式振动器振捣。振捣时，梁端50cm范围内的混凝土特意加强，务求振捣密实。为防止支架沉降造成混凝土在墩顶处产生裂缝，混凝土从每孔梁跨中间向两端对称浇注，在桥墩处合拢，以消除因支架变形对梁体