刚构连续梁合拢段施工方案与锁定计算

'第28卷第4期企业技术开发2009年4月Vol.28No.4TECHNOLOGICALDEVELOPMENTOFENTERPRISE企企业技术开发业技术开发2009Apr.2009年4月刚构连续梁合拢段施工方案与锁定计算林哲（陕西省高速公路建设集团公司，陕西西安710061）摘要：文章以武广客运专线宋家湾特大桥48m+80m+48m连续梁设计图为例,对其合拢段进行锁定设计计算,以供设计单位未提供刚构连续梁合拢段锁定设计的施工单位设计参考。关键词：连续刚构桥；合拢段；锁定设计中图分类号：U445文献标识码：A文章编号：1006-8937（2009）04-0054-04Lockingcalculationontheclosingsectionofcontinuousrigid-framebeamLINZhe（ShanxiProvinceExpresswayConstructionGroupCorporation,Xi"an,Shanxi710061,China）Abstract:Basedonthe48m+80m+48mcontinuousbeamdesignsketchofSongjiawangreatbridgeinWuhan-GuangzhouPassengerDedicatedLine,thispaperintroducesthelockingdesigncalculationoftheclosingsection.Itmayserveasanusefulreferencefortheconstructionunitwhichisnotofferedthelockingcalculationabouttheclosingsectionofcontinuousrigid-framebridgebythedesignunit.Keywords：continuousridge-framebridge；theclosingsection；lockingcalculation1编制依据向预应力束T13、B1～B8、B15及横向、竖向预应力筋。边跨合拢段在悬浇10#节段及边跨现浇段完成后施中铁工程设计咨询集团有限公司《时速350公里客工，中跨合拢段在边跨合拢段完成后施工，以下参数均相运专线铁路无碴轨道现浇预应力混凝土连续梁（双线）》同：长度2m，截面高度3.85m，砼方量22.716m3，重（[48+80+48）m直曲线，图号：通桥（2005）2368-Ⅳ]和修59.062t，梁体砼设计为高性能C50，采用C55微膨胀砼。改设计（[48+80+48）m直曲线，图号：通桥（2005）2368-中跨合拢段砼浇筑后，张拉并锚固纵向预应力束T13、Ⅳ-WG]。B1～B8、B15及横向、竖向预应力筋。拆除吊架后解除临时合拢段锁定计算假设：钢性骨架。①保持合拢段长度不变，锁定骨架支撑力能够抵消梁体温度变形引起的支座或模板体系产生的摩擦阻力即可。3合拢方式与拟定的锁定技术②边跨合拢时边跨模板与砼的摩擦系数取0.15，中合拢段施工是悬灌梁体施工的一道关键工序，在主跨合拢时活动支座摩擦系数取0.05。梁悬臂灌注完毕后均应尽快完成与边跨现浇段的合拢和2工程概述中跨合拢段的现浇施工，使主梁由双臂状况转化为连续整体，结构体系发生变化，在合拢段施工过程中，因砼自宋家湾特大桥于12＃墩与广台间设计有48m+80m+重、温度变化、施工荷载的作用，在悬臂梁端产生位移，影48m连续梁，属“T”构设计，单T构梁段共10个段，边跨响合拢段砼悬臂梁端的连接，易产生裂纹，施工中通常采合拢段2梁段，中跨合拢段1梁段。用劲性骨架支撑和临时预应力的撑拉作用将合拢口锁连续梁合拢段施工顺序为：先合拢边跨，再合拢中定，同时在灌注砼时在合拢口处增减等载压重，保持合拢跨。合拢温度应符合设计要求，合拢段两端悬臂标高及轴口两梁端无相对位移，在灌注砼时从而保证合拢段砼与线允许应符合设计或规范要求。悬臂梁端之间不产生裂纹。边跨合拢段砼浇筑后，张拉并锚固纵向预应力束T14、根据连续梁结构的不同，其合拢方式和顺序亦不同，B11～B14及横向、竖向预应力筋。由此引起的结构恒载内力不同，体系转换时由徐变引起的主墩顶临时固结解除、落梁后，张拉并锚固纵向预应内力重分布也不相同，本桥连续梁合拢段施工顺序为：先力束B9～B10，拆除边孔支架，安装中跨跨中临时刚性连合拢12＃墩边跨（1），后合拢广台边跨（2），再合拢中跨接构造及中跨合拢段临时吊架，浇筑其砼，张拉并锚固纵（3），如图1所示。本桥合拢口的锁定拟定采用2[40C槽钢组合，焊接收稿日期：2009-01-14为劲性钢骨架支撑（临时外支撑）和张拉合拢口一定范围作者简介：林哲（1976—），男，陕西西安人，大学本科，工程师，主要从事高速公路施工管理工作。内的顶底板临时预应力束外拉的方式，再将两端悬臂临 第28卷第4期林哲：刚构连续梁合拢段施工方案与锁定计算55活动支座固定支座活动支座活动支座则：N＝坠×Δt×Lni231LLg+2Σh广台14#墩#墩i=1i13#墩12Eg×AgEh×Ah式中：N为梁因升温所受轴向力；α为图1连续梁合拢段示意图混凝土线膨胀系数，取1.0×10-5；L、L为悬hg时联结共同锁定用刚性支撑抵抗砼升温时产生的压力，臂梁段长和合拢段长（Lh＝39m、Lg＝2m）；Eg、Eh为钢材、用预应力抵抗降温时产生的拉力，以保护合拢段混凝土ii砼的弹性模量(E54、I为g=2.1×10MPa、Eh=3.5×10MPa)；Ahh的完整。第i段梁的断面和长度。刚性支撑设置：边跨现浇段及11#块端部顶底板各预由于合拢期短，可不计砼的徐变，对中、大跨度的桥埋4根400mm的槽钢，槽钢根部加焊锚筋进行加强，沿梁，箱梁断面较大，由于温度升高将会产生数千吨的温度梁顶底板纵向设4根400mm的槽钢支撑。内力，刚性支撑无法承受，故为方便施工，宜在合拢口锁定后立即释放一端梁的滑动支座约束，对连续刚构，是要求墩身有一定的柔度。当梁体滑动支座约束解除后，合拢口刚性支撑受力情况发生变化：当升温Δt时，N=Q×f+NY；当降温Δt时N=NY-Q×f式中：N为合拢口刚性支撑所受压力；f为支座摩阻系数，根据现场进场材料说明取0.05；Q为支座上的梁体重量；NY为预应力束的张拉力。由以上分析可见，合拢口刚性支撑是升温时控制。在单位：mm合拢口施工设计时，依据实际情况，测得砼灌注时和砼达图2合拢段锁定设计立面图到足够强度时的温差Δt，由此计算出梁降温时产生的温度内力，若其小于Q×f，则可不设或少设临时预应力束，边跨合拢段张拉顶板束为T14，底板束为B13；中跨若其大于Q×f，依抗裂安全要求，可求得所需预应力值，合拢段为张拉顶板束为T13，底板束为B7。即：4合拢力学分析原理和计算过程令N=NY-Q×f＝04.1合拢力学分析原理NY＝Q×f据此选定刚性支撑断面或者验算劲性骨架。合拢口锁定主要是克服梁体温差变化产生的轴向力和合拢段砼作用下产生的弯矩。梁体降温时，砼发生收缩4.2计算分析过程现场温度统计表，根据郴州气象局提供的2008年6、变形，对合拢产生拉力，由此确定预应力的张拉力；梁体升温时，砼发生膨胀，对合拢后产生压力，由此确定刚性7、8、9、10月气温，得到现场温度统计表（见表1）。支撑的断面，力学模型如图3所示。表1现场温度统计表项目6月7月8月9月10月最低气温26.1℃30.2℃24.2℃22.4℃16.5℃NN平均气温28.1℃32.4℃29.3℃25.2℃20.8℃ILL最高气温30.2℃34.8℃33.4℃29.6℃25.6℃L本桥根据目前施工进展，计划在8月下旬到9月下图3力学模型旬进行相应的边中跨合拢。梁端到主墩39m，按梁体浇筑后洒水降温，升温后最大温差取15℃考虑计算。为简化计算，将温度变化产生的轴向力按线膨胀计在桥墩13＃和14＃主墩位置设置了临时固结装置，箱算，箱梁分段按平均断面计。梁截面特性统计表，如表2所示。假设两墩身无位移，则依变形协调原理n依据中跨计算合拢段，对边跨合拢偏安全，假设两墩iN×LΔLN=N×Lg+2Σh身无位移，则依变形协调原理和图3所示的力学模型，依E×Ai=1iggEh×Ah据公式：niLN＝坠×Δt×L（1）=N×（Lg+2Σh）niE×Ai=1iLggEh×ALg+2ΣhhE×Ai=1iΔL=ΔLggEh×A1Nh 56企企业技术开发业技术开发2009年4月表248＋80＋48连续刚构宋家湾特大桥箱梁截面特性故中（边）合拢段劲性骨架和临时张拉预应力值按照平均截面节段长度中跨受力较大设计偏于安全，取N=1731.9（kN），NY=1节段号Lhi/(Eh*Ahi)(10-12Mpa)面积(m2)(m)731.9（kN）。悬臂长022.144.55.81根据现场的实际情况，在底板顶及顶板顶两边预埋119.822.73.892[40C槽钢，在其上焊接2[40C沿梁向槽钢，如图5所示。218.952.74.07316.973.15.22415.053.56.64y0y514.343.56.97613.723.57.29t713.173.57.59812.143.58.24911.553.58.66dzH！h1011.363.58.80合拢段1111.3625.03边跨现浇127.75备注：墩顶临时固结长1.5mbabB将相关数据L=80m，Δt=15℃代入式（1），计算得N=45625kN图5劲性钢骨架截面组合图计算说明温度应力引起的力较大，此时只有边跨合拢后对梁体有约束力，如果约束力小于梁体温度应力，梁①劲性钢骨架容许力计算体肯定会产生位移。槽钢[40C截面特性：因为合拢期短，可不计砼的徐变，由于温度升高将会2重量q=71.47kg/mIX=1911.0cm4A=91.04cm产生数千吨的温度内力，刚性支撑无法承受，由于先边跨3WX=985.6cm合拢后将边跨支架底模脱离开梁体后，中跨合拢段由于t=1.8cmb=10.4cmd=1.45cmH=40cma=7.2cm＃墩为固定支座，只能通过主墩13＃和12＃墩的活动支座14h1=h-2t=40－2×1.8=36.4（cm）移动，故为方便施工，在边跨合拢后张拉预应力钢束前应＃Z=1/2×[b2×h－h1×（b-d）2]/[b×h－h1×(b-d)]=7.82（cm）将立即释放一端梁（12墩）的滑动支座约束。待边跨合拢Z0=b－z=10.4－7.82=2.58（cm）张拉完成后对13＃和14＃墩的临时固结装置进行解除，这3334对13＃墩梁体滑动支座约束解除后，合拢口刚性支撑受Iy0=1/3×[hz0－h（1z0－d）]+2/3×（t×z）=573.85（cm）3力情况发生变化：箱梁在温度变化时引起的热胀冷缩产34）Iz0=1/12[bh－（b－d）h1]=19496.2（cm生的轴向应力一部分会因为支座的活动得以释放。边跨2Am=[bh－h1（b－d）]×2=180.44（cm）合拢的应力分析图如图4所示。组合截面的劲性骨架采取外锁式，其预埋在边跨现浇段与边跨悬臂端（当主跨合拢时，其预埋在11号梁段NN端头，其压杆长度取2.4m进行两端焊接，视为两端固LhLg定），故劲性骨架μ=1进行压杆验算。槽钢2[40C截面组合后最大临界力为：4）图4边跨合拢应力分析图Iz＝2Iz0＝2×19496.2＝38992.4（cm22Iy＝2Iy0+A（a/2+z）＝2×573.85+180.44×（7.2/2+7.82）箱梁因温度变化产生的轴向应力即等于支座的摩擦4）=24680.04（cm力。Iy＜Iz根据上述分析则：N=Q×f）1/21/2ry=（Iy/Am=（24680.04/180.44）=11.695（cm）将先边跨合拢时：λ=μ×L/ry=1×240/11.695=20.5，查取Φ1=0.938根据设计图纸梁重取Q＝59.062×10=591（kN），f＝0.15则单个立杆径性钢骨架受力带入N=591×0.15=88.7（kN）[N]=Φ×Am×[f][f]=170待边跨合拢后梁重为T构重与边跨现浇段和合拢段=0.938×180.44×170=2877.3kN重每个合拢段设置了共有4根组合槽钢，依据图纸取Q＝34638.03（kN），f＝0.05则支撑力N=4×2877.3=11509.2kN＞1731.9kN同理带入N=34638.03×0.05=1731.9（kN）即满足安全，其安全贮备K=6.65 第28卷第4期林哲：刚构连续梁合拢段施工方案与锁定计算57由于合拢段劲性骨架在受温度应力和自重力杆件受5施工过程注意事项和控制要点弯作用下，杆件的应力验算，如图6所示。施工前测试合拢段施工时期的最低温度和最高温度，以便确定合拢时间，并为合拢口锁定提供依据；合拢q口锁定应迅速，对称进行，刚性支撑安装、焊接完成后，立即张拉临时预应力束，之后释放一侧滑动支座约束；边跨NN现浇段不需配重，中跨合拢口距梁端等距压载合拢口砼重的一半，并随砼的浇注同时减载，减载量与砼的灌注量相L等，可采用水箱加水或砂袋增减；合拢口砼应比梁体提图6合拢段临时劲性骨架钢接杆验算示意图高一个等级，要求早强，并在砼中加入适量的膨胀剂，浇注时应认真振捣养生；为克服合拢口合拢后砼的收缩徐变，在合拢口锁定之前可将梁预留一个ΔL值，来抵销梁L=2.4mq为槽钢组合自重q=2×71.47×4=5.72（kN/m）-5后期的收缩徐变的影响。ΔL值＝2×1.0×10×15×39＝11.7N＝1731.9kNmm需要根据实测温度来调整。锁定施工顺序为：顶梁→杆件在跨中1/3长度范围内最大计算弯矩焊主骨架→张拉临时锚筋。合拢后，张拉前,支座附近1022M=ql/24=5.72×2.4/24=1.3728（kN·m）cm范围砼及其它异物应清掉；合拢段施工前，应放出10根据δ＝N/Am+Φ1（/μΦ2）×M/WXμ取1.4号段及现浇梁段（10′号段）梁端线，并用墨线弹好，人工根据槽钢组合构件长细比λ＝α×L/H×rz/ry凿齐；合拢段锁定2～3d前按2h/次测出10（10′）号梁端）1/21/2rz=（Iz/Am=（38992.4/180.44）=14.7（cm）梁腔内气温、合拢段长度、标高，绘出气温-时间曲线、温公式中α=1.8代入得λ＝13.575查得Φ2=0.900度-长度、温度-标高曲线，确定锁定时间上报工程部及代入公式δ＝N/Am+Φ1（/μΦ2）×M/WX监理工程师确认；砼施工始至第3d，应采取降温与通风δ＝1731.9KN/（180.44×4）+0.938/（1.4×0.9）×措施确保梁腔内温度不超过35℃；合拢段施工前，钢胶1.3728/（985.6×4）线应先穿；砼保湿养护不少于7d。=2.4MPa≤Φ2[δ]=0.9×140=126MPa（可）在组合槽钢预埋位置受剪力计算：6施工效果τ＝N/Am＝1731.9/（180.44×4）=2.4MPa≤85（MPa）（可）该方案与计算得到了管理单位与设计单位认可；段根据以上验算选择的槽钢组合具有较大的安全贮两端悬臂标高及轴线偏差符合设计或规范要求；合龙合备，安全满足要求。与悬臂连接处未出现裂纹。②预应力张拉临时束张拉力计算边跨合拢段张拉顶板束为T14（14－7Φ5），底板束为参考文献：B13（17－7Φ5）左右各一束；中跨合拢段为张拉顶板束为T13（14－7Φ5），底板束[1]曾庆元.列车桥梁时变系统振动分析理论与应用[M].北为B7（17－7Φ5）左右各一束；京：中国铁道出版社，1999.2，7Φ5钢绞线面积取140mm[2]周水兴，何兆益，邹毅松，等.路桥施工计算手册[M].北京：则张拉力值取：1731.9kN/4=433kN人民交通出版社，2001.（上接第50页）lesofConstraintProgramming，2001，(8):670-684.④所提综合评价方案是一个开放的模型，可以根据不[2]WolfeW.J,SorensenS.E.ThreeSchedulingAlgorithms同的应用背景进行配置。AppliedtotheEarthObservingSystemsDomain[J].Mana－⑤本文仅针对高速公路项目管理进行了评价，可进一gementScience,2000,(16):148-168.步对各类在建项目管理方案进行统计意义上的评价实[3]吴祈宗.运筹学与最优化方法[M].北京：机械工业出版社，验，以得出更为普适的评价结论。2003.[4]张尧庭.指标量化、序化的理论和方法[M].北京：科学出版参考文献：社，1999.[5]胡永宏.综合评价方法[M].北京：科学出版社，2000.[1]VerfaillieG，LemaitreM.SelectingandSchedulingOb－[6]GabrelV,VanderpootenD.Enumerationandinteractivese－servationsforAgileSatellites:SomeLessonsfromthelectionofefficientpathsinamultiplecriteriagraphforConstraintReasoningCommunityPointofView[J].Theschedulinganearthobservingsatellite[J].EuropeanJournalSeventhInternationalConferenceonPracticalandPrincip－ofOperationalResearch,2002,139(9):533-542.'