DM7研究和应用汇总报告

PAGEA、DM7预应力体系研究与应用（一）、Φ7墩头机研制（二）、DM7系列墩头锚研究（三）、50m顶推连续梁中的应用（四）、2×l60m斜拉桥中的应用（五）、锚具及张拉设备的生产（六）、斜拉桥冷铸锚的研制上海同济大学中国建研院结构所柳州建机总厂湖南路桥公司1988年5月DM7研究和应用汇总报告上海同济大学中国建筑科研院柳州建机总厂湖南路桥公司颜义然栾贵臣吴国森上官兴一、课题的确立广东九江大桥系交通部首次实行“项目招标”工程．是广东省基建体制改革的试点。大桥全长1682米、宽16米、高33米；要求三年建成。实行项目总承包，即从设计、组织施工实施直至交付使用全过程。1985年4月1日，粤湘公司以“通航孔2×l60m独塔斜拉桥配以21孔50M顶推连续梁”方案中标，这个新颖的桥型以采用一系列先进技术而独占鳌头。其上部构造工程量共2.4万m3。均采用预应力结构，因此采用什么样的预应力体系是关系到全局的一件大事。在大桥初步设计中曾推荐瑞士VSL体系．其费用高达230万美元；对于湖南路桥公司施工的北岸工程(包括2×160m斜拉桥。40+6×50=340m顶推连续梁、及l3×l6=208M预应力空心板)由于无力支付昂贵的外汇，不得不考虑能否用别的预应力体系来代替，为了做好这个方案比较工作。大桥指挥部请同济大学颜义然老师担任副总工程师．进行了为期半年的“北岸工程预应力体系选择”的工作。1985年10月在交通部湖南常德沅水大桥技术交流会上，经国内专家一致同意推荐2×160m独塔斜拉桥拉索采用《Φ7平行钢丝+热挤PE索套+冷铸墩头锚+计算机索力自动检测系统》为标志的《九江拉索》。为了减少预应力体系的类型，方便施工管理和使设备得到通用，大桥指挥部继续申请北岸340m顶推连续梁预应力体系也一并改用Φ7墩头锚。长期以来，我国预应力施工主要手段是平行钢丝束，而限于Φ5直径。下锚最大张拉力仅56T，墩头锚最大拉力也只用到110T(DM5—48)由于束力小、布束过密，使现场施工困难，从而限制了薄壁、大跨径结构的发展。所以，研究大吨位锚具，采用钢绞线群锚体系（XM、QM）和大直径（Φ7）平行钢丝已经是大跨径桥梁发展的必然要求。针对斜拉索抗疲劳以采用平行钢丝冷铸锚为好以及顶推连续梁的弯矩包络图变化很小，很适合采用对接的墩头锚的特点，并且考虑到我国目前Φ7预应力钢丝尚缺乏完备的技术鉴定情况，九江大桥湖南指挥部及时邀请上海同济大学、中国建研院、柳州建机总厂等单位，共同商议立案进行《DM7预应力体系的研究和应用》科研工作，并由湖南路桥公司承担全部研究经费(15万元)，受总工程师上官兴委托，同济大学颜义然老师主持该项工作。当时不少人认为《DM7预应力体系》还没有正式鉴定．不宜用在特大桥梁工程中，广东省交通厅和广东省九江大桥公司(甲方)考虑到节省外汇，并着重从发展完善我国预应力事业出发，果断地批准了《DM7预应力体系研究和应用》的科研项目，而且三年来始终不渝地支持和扶植它。这是今天能够在这里召开鉴定会的基础。二、写作的分工《DM7预应力体系研究与应用》课题由四个单位协同分工完成，其中研究项目主要由上海同济大学和中国建筑科学研究院负责，生产项目由柳州建筑机械总厂负责。湖南路桥公司负责成果的实施和应用，下面分项说明：1.DM7墩头机研制。由同济大学设计，上海遵义机械厂生产、另柳州建筑总厂也随后完成了另一种墩头机的设计和制作。墩头机是Φ7钢丝墩头体系的—种基本机具；在大桥顶推箱梁、斜拉箱梁和斜拉索中都得到应用。2.DM7墩头锚。成果服务于顶推箱梁和斜拉箱梁体内索，由同济大学设计，柳州建机总厂生产。3.LZM冷铸墩头锚.成果服务于斜拉桥的斜拉索，由中国建筑科研院结构所设计，柳州建机总厂生产。4.TWM组合墩头锚。成果服务予斜拉桥箱梁的体外索；由湖南路桥公司和柳州建机总厂共同设计，柳州建机总厂生产。5.配套千斤顶及油泵。大多数由中国建筑科研院原设计。柳州建机总厂制作，根据生产使用需要，柳州厂对配套设备进行了部分改进。6.其他。还有湖南路桥公司设计的大吨位锚垫板和预应力管道以及中国建研院研制的7Φ7平行钢丝束夹片式锚具，用于顶推不限长拉杆；柳州建机总厂试制4×7Φ7和7×7Φ7夹片式锚具，用于顶推连续梁的后期索等等。都是进一步扩大Φ7平行钢丝使用范围的新尝试。由于不属于墩头锚体系的范围，故这次不列入专题。三、研究主要成果1.Φ7预应力钢丝。截面积是Φ5的一倍，因此在同样索力下，可减少一半的根数，即减少一半墩头工作量。在同样根数下。可提高索力一倍，减少张拉工作量一半。大直径钢丝Φ7的应用，使斜拉索由l69Φ6减少为85Φ7。取得了简便轻巧的效果，在顶推中采用48Φ7使张拉吨位提高到22lT级，使截面孔道数减少—半，实现了单排布置，即将顶底板的厚度减薄到δ=24cm。此外，Φ7钢丝粗，相应的表面积小。因此耐腐蚀性能也较Φ5好。这对热挤PE防护套的斜拉索和体外索都有重要意义。2.Φ7墩头机。上海和柳州的两种Φ7墩头机，其使用性能和墩头成品质量，均比以往各种Φ5墩头机有所提高。其强度经l800个试件强度试验表明100％可靠。在九江大桥工程中，完成了20万次墩头，质量均完好。在使用中发现，墩头模破损较多。其原因是工厂热处理失当，以及某些主要运动件光洁度没有达到图纸要求，以至影响整机性能。因此要求工厂严格质量管理，切实按图加工，此外，在施工中发现，如Φ7钢丝擦洗不净容易损坏墩头机，所以要给予注意。3.DM7墩头锚具基本型式有ABC三种锚具和K1、K2．两种联接器。研究结果提出了10个吨级规格，张拉索力在37T~277T之间。经9束静载实验证明，全部墩头锚具的破断拉力均大于钢丝强度，锚固效率系数最低0.978。总应变最低值为3.37％，均大于FP标准规定限值。在重复张拉后，螺帽可自由旋进，在九江大桥全部施工中，曾出现一例锚具断裂现象，查其原因系锚具未经100％探伤检查。偶尔出现锚杯裂缝所致，今后要确保安全，工厂对锚具应进行100％探伤检查为好。大桥在顶推箱梁知斜拉箱梁悬拼中，成功的应用了DM7—48、18和24三种锚具一则取得了比钢绞线交叉锚固。长度节省20％的效果，二则采用了简单接长器，取消了齿板方便施工。加快了进度、创造了顶推五天一周期，斜拉箱梁两天吊一对索（8m）的最快施工纪录。应当指出DM7体系还具有良好的动力性能。例如，在340m顶推箱梁和160m斜拉箱梁施工中。DM7锚头大多数都来能及时压浆，出现了裸索受力状态，但未见意外。为了摸清DM7裸索对动荷载的适应情况。应补做疲劳试验。九江大桥340M顶推连续梁采用DM7预应力体系，实用60.3万元，与进口VSL体系90.4万元相比较，节省了30.1万元人民币。4.LZM冷铸墩头锚。有85Φ7和9lΦ7两种规格，经过三束静载试验，均为Φ7钢丝拉断。锚具完好无损；没有残余变形，螺母拆装自如。证明质量可靠．再通过三束（31Φ7）疲劳试验次数之多(共404万次)锚具完好不断丝都是国内少见的。由此可鉴定LZM冷铸锚具有优秀的静动载性能。在施工中288个LZM锚头无一损伤，都能互换使用。加工制作的质量完好，但最外几对索(L>l50m)安装架设困难，应以加长锚杯长度为好(A=800m)。工地LZM锚实用74万元，（包括7万元材料差价）与拟用VSL体系锚具109万元相比较，节省35万元人民币。九江大桥热挤PE索套的研制成功和配以LZM锚，使我国斜拉桥拉索进入到世界先列水平。5.TWM组合墩头锚。用于3lΦ7的斜拉箱梁体外索中，使150t箱梁悬拼施工工艺得到极大简化。至少争取了半个月以上的效益，按过桥费计算其效益，高达50万元以上。热挤PE索套的体外索在世界首次使用，将给预应力体系带来一个新的前景。由于时间仓促TWM锚中墩头锚和环氧树脂两部分受力的大小分配以及动荷载疲劳性能尚有待进一步深化。6.DM7体系配套设备和工艺。柳州建机总厂为了方便用户，对DM7预应力体系所使用千斤顶、油泵都进行配套生产，它的高质量对工程进度有着重要影响，在顶推箱梁48Φ7中所使用的YCL—300千斤顶以及斜拉箱粱24Φ7中所使用的YCL—120、斜拉索85Φ7中使用60YCL—300质量都很稳定，但与国外同类型设备相比较，自重均较大，希望要进一步轻装。湖南路桥公司为大吨位DM7锚具所设计的各种型式的刚性锚垫板，首次从实践中克服了大吨位锚具的推广困难症结所在。柳州建机总厂还采用铸钢件，试制刚性锚垫板，在大桥工程中使用取得成功．对它的力学性能分析和正确的设计还有待进一步研究。DH7锚的管道尚未成品化，特别是压浆孔和压浆管道的设置尚待配套完整功用化。四、体会《DM7预应力体系研究和应用》课题在广东九江大桥的成功是大学、科研所、工厂和工程公司四种不同类型单位的横向协作攻关的范例，也是改革中一件新鲜事物。大家在不同岗位上都向着—个共同目标—为实现中国桥梁现代化而奋斗。同济大学纵观我国预应力发展的全貌，及时提出DM7预应力体系来填补国内空白，为促进大吨位预应力的发展作出了积极贡献，中国建研院在Φ5冷铸锚研究基础上，发展到Φ7并与交通部重庆公路科研所热挤PE索套相结合，产生出新的一代斜拉索。柳州建机总厂为了将我国预应力工艺设备成龙配套积极支持DM7科研工作用以减少了l0万多元利润来支援大桥。湖南路桥公司结合九江大桥工程需要，提供l5万元科研费用，保证DM7预应力体系的顺利进行，这样大家通过互相协作支持和奋斗努力，不但为国家节省了50多万元外汇。而且使广东九江大桥北岸的预应力工艺成为我国桥梁史中的—颗新星。在DM7预应力体系的研究中．我们得到全国不少兄弟单位的关心和支持、帮助，例如：湖南设计院九江大桥设计组，在工地不厌其烦的修改设计；广