预制拼装结构（共7篇）
预制拼装结构 篇1
最近几年来, 随着城市建设的快速发展, 诸如地下车库、地下商场以及地铁等等地下场所的修建也越来越频繁。地下场所施工修建相比较于地上结构存在很多问题和难度, 首先成本很高, 其次施工的质量不能得到保障, 地下施工还会对周边环境有很大的影响。解决这些问题对地下结构的建设有至关重要的作用。构件预制化是提升建设速度, 增强施工质量的有效方法。预制构件不仅能够缩短工期、提升施工质量, 还能够降低费用, 提高地下空间结构的工程化程度, 在此基础上还可以改善地下工程的施工环境。
1 地下预制拼装特点及发展现状
目前, 国内外都在地下工程预制技术方面有了日趋成熟的研究, 对地下预制拼装技术的研究主要是为了改善结构的施工质量, 尽量控制材料的使用量, 尽量缩减地下工程的资金投入。在地下预制拼装技术得到重视和发展的今天, 预制技术的标准化、工业化发展是地下工程发展的重要特征。
地下工程建设选取材料方面, 从传统来说, 混凝土结构是地下工程建设中最常见的结构形式之一。混凝土结构同样也在地下结构预拼装中得到广泛的使用, 其中最为普遍的结构形式有盾构隧道管片拼接结构、地铁车站拼装结构等等。相比较于传统的混凝土结构, 型钢结构也越来越广泛的应用到地下结构预制结构中, 型钢结构拥有众多混凝土不具备的优点, 例如型钢结构有更好的可塑性、韧性也更加轻薄, 施工更加方便等。预制结构具有很多优点, 以预制柱为例, 它的优点主要有以下几个方面:
1) 从混凝土原材料控制清水柱的外观色泽:预制清水柱可在相对固定的时间内全部完成, 确保使用的砂石料、水泥、外加剂等是同一批次的材料, 从材料源头保证预制柱的外观质量;
2) 预制柱相对现浇柱来说, 选择性多, 预制的外观质量差的柱子可调到非公共区域使用, 确保公共区立柱外观质量的优越性;
3) 预制柱在相对固定的场地内预制, 钢筋下料、钢筋绑扎、混凝土浇筑和振捣由固定的熟练人员操作, 避免因人为原因造成外观质量缺陷。
2 地下预制拼装结构应用
2.1 预制柱的步骤
地下预制拼柱装技术在施工过程中的步骤如下:
第一步, 施工结构底板及梁钢筋, 预埋预制柱底座, 严格控制安装精度;
第二步, 施工结构底板后, 安装站台层预量钢结构, 厂家派人现场焊接;
第三步, 浇筑后做底板上翻梁混凝土;
第四步, 施工结构中板模板支架, 加固立柱, 硔浇筑前安装站厅层预制立柱。施工结构中板及中板下翻梁混凝土;
第五步, 施工结构顶板及定梁混凝土。完成后拆除立柱保护膜及保护板材, 施工完成。
地下预制拼接技术已经在很多工程设计中得到应用, 例如公路和铁路隧道的修建, 使用地下预制拼装技术有效提高了施工效率以及质量, 地铁车站以及地下停车场的修建也会用到这个技术, 下面具体对地铁和车库在应用这项技术的使用进行讨论。
2.2 地铁车站预制拼装
地铁车站的现场装配预制化的实现主要靠装配式地铁车站技术的应用, 从而达到工业化的生产, 并且能够实现工程质量的有效提升, 缩短工程建设周期, 减小对工程周边环境的影响, 取得更多更好的社会经济效益。预制化在地铁车站的应用方面俄罗斯处于领先的地位, 俄罗斯通过长期的实验和研究现场测试等, 使用单拱结构建成了俄罗斯第一个地铁双层换乘枢纽。该结构由众多钢筋混土构建组成, 装配式是上层结构和道路下的支撑结构。众多构件都是由混凝土浇筑而成。在上述装配式预制拼装实例中, 结构使用了很多矩形的断面形式, 地铁车站的底部使用的混凝土整体现浇, 其他部分如边墙等都用到了密肋板形式, 这种方案非常有利于减轻重量和拼装。
国内也有采用预制拼装技术的实例, 长春市地铁2 号线是国内首次装配式车站的实验。该地铁车站主体车站是310 米, 装配段占188 米, 现浇段有122 米。装配段的结构由宽2 米的7 个预制构件组成, 共有94 个。由于长春市首次使用了地铁的装配式技术, 因此定制合理的拼装工艺以及这些工艺所达到的安全、质量、环保、效率等方面的要求需要我们认真思考和总结。
由于预制装配式地铁车站的预制构件自重大、形状特殊, 需要制定合理的拼装工艺以确保其安全高效地完成施工。因此科学的车站拼装形式和合理步序是确保预制装配式地铁车站流水化施工的前提条件。预制构件的自重大、形状特殊的原因必须要求在吊装构成中提前进行受力计算, 保障在吊装过程中避免裂缝的出现。合适的拼装地位法要求对不同的预制构件进行分别制定, 特别是一些顶板预制的定位, 需要用专门的拼装设备进行配合。
2.3 微型地下智能停车库预制拼装
我国目前的停车问题已经日益严重, 停车设施的落后不利于经济的发展和交通畅行。城市中心的停车问题更加严重, 虽然已经在加快停车设施的修建, 但是修建速度远远不能满足越来越多的汽车。这导致市中心同时成为大量的车流量以及停车问题最严重的区域。在解决这种停车场分布不均交通不畅的问题时, 我们要增加智能微型地下车库的建设和使用。
预制拼接技术在智能微型地下车库的使用, 为车库的修建提供了一种新型更加集约的方式, 这种方式具有高效、环保、安全等等特点。它能够突破现有的城市片面停车场和目前正在使用的地下立体车库的缺陷和不足。智能微型停车场的围护系统采用预制化拼装构件可以使其结构定性, 避免每次设计花费的时间。同时还能匹配地下水位高度, 在较高区域可以用钢板预制结构, 钢板预制结构可以防水, 耐久性更强。而在水位较低的区域使用钢板复合结构, 它相比于钢板结构成本更低, 施工周期更短。
3 地下预制拼装结构展望
地下结构预制拼装以及模块化的设计和研究到目前为止还不是很成熟, 还有很多的不足需要进一步研究和探讨, 我们还需要更多经验在以后的工程实践中借鉴, 解决这些问题将推动地下结构预制拼装技术的大力发展。由于地下施工受到众多因素影响, 施工复杂程度很大, 因此不能将地上建筑设计的结构和计算理论照搬, 需要对计算理论进行探索。发展初期的地下工程结构设计完全没有参考的经验, 长期的工程实践之后, 地下结构受力、形变等特点才逐步被发现和认识, 之后才有了将地层对结构受力变形的约束特点作为依据的设计计算理论, 并且随着电子信息技术的大力发展, 以及对地下结构力学分析研究的深入, 设计计算理论得到了长足的发展, 为地下预制拼装技术提供了保障。
在推动地下结构拼装预制的发展的过程中, 不仅要从技术问题入手, 同时更需要观念和管理理念入手。根据我国当下的国情, 应该出台相应的政策和规定, 为地下预制拼装技术从立法、投资、规划等方面进行支持和指导。在未来, 我国经济发展不断进步, 城市发展不断加速, 地下结构工程也会越来越多。采用地下结构拼装技术也应该及时总结, 及时反思, 发现实践中的不足, 扬长避短, 在后续工程实践中改进, 提高建设水平和质量, 同时也要关注对环境影响, 实现可持续性的发展。在技术方面, 对于不同材料、不同环境、不同地质条件的情况应该要不断研究, 使用新型材料前要分析力学特征, 增强对地下拼接技术防水和抗震方面的研究。
4 结语
地下结构预制拼装技术因具有施工速度快、占地少、节省劳动力、低碳环保等优点, 成为未来地下空间结构发展的重要趋势。然而, 目前的发展状况来讲还是有很多的不足, 我们必须不断研究和探讨地下预制拼装技术在不同工程结构中的应用, 不断发展设计计算理论为工程实践提供理论支持。促进地下预制拼装技术向标准化、预制化、标准化和工业化方向发展, 做出更好更快可持续发展的地下工程建设。
参考文献
[1]谢辕轩.预制装配式地铁车站拼装技术研究[J].科技与企业, 2015, 01:255-256.
[2]油新华, 耿冬青, 许国光, 马庆松, 郭建涛.地下工程工业化建造发展进程及技术创新[J].建筑技术开发, 2015, 01:15-18.
[3]马建, 孙守增, 赵文义, 王磊, 马勇, 刘辉, 张伟伟, 陈红燕, 陈磊, 魏雅雯, 叶飞.中国隧道工程学术研究综述·2015[J].中国公路学报, 2015, 05:1-65.
[4]王渊.城市高架轨道交通节段拼装桥梁施工及控制技术研究[D].中南大学, 2008.
预制拼装结构 篇2
关键词：大跨度桥梁,预应力混凝土梁,组合梁,节段拼装,整孔吊装,预制桥墩
上海长江大桥工程是长江入海口的第一座长大桥梁,工程规模浩大,全长16.571 km。桥址水下地形复杂;结构长期暴露于海口环境,淡咸水交替,防腐要求高;对自然、生态环境保护难度大。
施工期水上作业、材料运输供应、作业场地等受风、浪、流、雨、雾影响较大。若采用现场浇筑混凝土方法施工,将需要大量施工船舶和作业平台,施工组织困难,且质量、安全、工期也难以保证。
为进一步提高结构可靠性、耐久性、经济性、施工安全性,体现环保节能和以人为本的建设理念,本工程大规模应用了预制拼装技术,尽可能使桥梁构件大型化、工厂化、整体化、标准化、模数化,将水上作业转化为陆地作业,将现浇施工转化为工厂预制、整体运输,确保工程质量、工期及施工安全,满足结构耐久性要求,减少对自然环境的影响。
经综合技术经济比较,非通航孔桥根据不同区段的具体条件,选择桥型方案与施工方法,包括整孔预制吊装组合箱梁和预应力混凝土箱梁、节段预制拼装预应力混凝土梁以及预制吊装钢筋混凝土桥墩等。
1 跨江桥梁总体布置
上海长江大桥跨江段桥梁的设计方案包括1座主航道桥、1座辅航道桥和14联非通航孔桥,全长约10 km。非通航孔桥长度7.10 km,其中6.26 km长结构采用预制拼装技术,占非通航孔桥长度的89%,占跨江段桥梁长度的62%[1]。全桥共计28片整孔预制吊装组合箱梁;64片整孔预制吊装PC箱梁;64跨节段预制拼装PC梁;96个预制吊装RC墩柱。长江大桥总体布置示意图见图1。
2 整孔预制吊装组合箱梁
2.1 桥跨布置与结构构造
从减少河道阻水、结构耐久、施工便捷、经济合理、景观优美等方面考虑,采用大跨度组合箱梁。跨度布置为90 m+5×105 m+85 m,2联布置在主通航孔桥两侧,全长1 400 m。上下行车道分成两幅桥,均采用单箱单室截面,桥面宽17.15 m,等高度梁(梁高5 m)。主梁横断面由槽形钢梁与混凝土桥面板通过连接件结合而成(见图2)。
槽形钢梁以Q345q D为主、少量采用了Q370q D钢材,上翼板板厚24~56 mm、宽1 200 mm;腹板板厚18~28 mm;底板板厚28~56 mm,宽7.06 m;腹板设有竖向及水平向加劲肋,底板上布置板式纵向加劲肋。每隔5.1 m布置一道空腹式横梁;支点及临时支点处采用实腹式横梁。
桥面板采用C60高性能混凝土。纵向每块标准长为4.5 m(块件之间留有60 cm现浇接缝)。桥面板厚度沿横桥向变化,悬臂端为20 cm,上翼板处厚为50 cm,跨中厚为30 cm。桥面板横向分3块预制,要求至少存放6个月,以减少收缩徐变等不利影响。现浇接缝采用C60无收缩微膨胀补偿混凝土,膨胀率≥2×10-4。桥面板配有横向预应力束。
桥面板与钢梁之间通过圆柱头焊钉连接,焊钉直径为22 mm,横向布置8根,其中最外侧两根高度为300 mm,其余高度为200 mm。
2.2 设计与施工要点
负弯矩区采用允许混凝土桥面板开裂、限制裂缝宽度的设计方法[2],因此桥梁纵向无预应力束。为了限制负弯矩区混凝土裂缝宽度,确保结构的耐久性与使用性能,主要采取了以下设计措施:
1)合理配置普通钢筋,限制混凝土裂缝宽度在0.10 mm以下。
2)选用先简支后连续整孔吊装方案。在结构自重荷载作用下,中支点处的后结合桥面板不承担负弯矩作用。
3)先在支点对梁顶升,待相应桥面板完成结合施工后再回落,向负弯矩区桥面板施加预应力,使负弯矩区混凝土桥面板在恒载作用下有一定的压应力储备,有效改善了负弯矩区受力状况。
4)重视桥面防水设计。在负弯矩区20 m范围施以性能优良的Eliminator防水黏结体系。
为了改善负弯矩区钢梁底板的受力性能,在各中支点处20 m范围底板上,浇筑厚度45 cm混凝土板形成双层组合作用,减小了钢梁底板厚度,有利于现场钢结构焊接质量的控制。组合梁每片箱梁钢结构拼装成整体,接着完成桥面板施工与钢梁结合形成组合截面,再整孔吊装。但是相应于中支点位置的20 m长桥面板留待吊装后再施工形成组合截面。采用大型浮吊水上长距离运输、现场整体吊装(见图3)、先简支后连续施工工艺。
3 整孔预制吊装PC箱梁
3.1 桥跨布置与结构构造
深水区非通航孔桥区域水深在7~12 m,具备采用大型水上设备施工条件,南北两侧各布置23和9跨70 m预应力混凝土连续梁,全桥总长2 240 m。连续梁4~6孔一联,分成两幅桥,每幅箱梁宽度为16.95 m,梁高4.0 m。主梁采用等高度、斜腹板单箱单室截面,顶板厚28 cm、底板厚25~70 cm、腹板厚40~105 cm,悬臂板长度4 m,根部厚55 cm。墩顶设置中横梁或端横梁。主梁按部分预应力A类构件设计。预应力束采用高强度低松弛钢绞线,锚固在主梁两端或顶、底板近腹板处,以改善预应力锚固区集中应力并便于预制。曲线段梁体按直线设计,预制梁最大重量2 374 t,共64片。
3.2 施工方案
主梁采用整孔预制、整孔吊装、先简支后连续的施工方法。在沈家湾岛预制场(东海大桥梁场)制作,采用“运、吊”一体化3 000 t专用船运至桥位并吊装到墩顶,简支于可调节的临时支座上,最后浇筑墩顶现浇段,形成多跨一联的连续梁结构。
墩顶现浇段宽度1.8 m(见图4),受温度、混凝土收缩徐变、支座反力及其他荷载作用影响,结构受力复杂,弯矩与剪力大,现场施工和养护条件较差。
墩顶现浇段在设计中采用了以下构造措施:
1)将预制梁腹板做成锯齿型并伸入合龙段,以提高结合面的抗剪能力。
2)使预应力束弯起段可以通过最薄弱断面,以加强预制和现浇段的连接可靠性。
3)采用连接器和环形构造钢筋连接方式,以减少现场焊接量。
4)采用三向预应力,提高合龙段的整体性。
5)采用劲性骨架连接及微膨胀混凝土等措施,以克服混凝土收缩和温度等不利影响。
4 节段预制拼装PC梁
4.1 桥跨布置与结构构造
堡镇沙漫滩区最远处离岸约为4.4 km,水深较浅,不能通行施工船只。为减小水上混凝土作业量、有利于质量控制、减少对环境污染,经多方案比较后采用32孔主跨为60 m预制节段拼装PC连续梁桥,跨度布置(6~7)×60 m,每联长度360~420 m,总长1 920 m。分成两幅桥,每幅箱梁桥面宽16.95 m,梁高3.6 m,采用等高度、斜腹板的单箱单室截面。顶板厚为28 cm;底板厚为25~55 cm;腹板厚为40~95 cm;悬臂板长度4 m,根部厚55 cm。为了便于预制与拼装施工,箱梁底板与腹板变厚在3个节段内以台阶状进行。墩顶设置中横梁或端横梁。主梁处于平曲线及竖曲线上,曲线段引起的梁体长度差异分散在各预制节段调节。主梁按全预应力构件设计。采用纵、横双向预应力。纵向预应力采用体内、体外混合配束的方式。悬拼钢束和合龙钢束为体内预应力体系,(9~15)ФS15.2高强度低松弛钢绞线。成桥钢束为体外预应力体系,27ФS15.2高强度低松弛环氧喷涂无黏结钢绞线,有环氧涂层、油脂与PE护套共3道保护。体外索上安装了减振装置,防止振动。
4.2 施工方案
主梁采用节段预制、架桥机对称悬臂拼装的施工方法。主梁节段采用短线法在工场预制。预制节段标准长度3~4 m,节段数量为17块/跨,节段重量<150 t。预制节段间腹板采用密齿型剪力键,有利于提高连接面的抗剪能力。主梁预制节段存放2~3个月以上,以使混凝土完成60%以上的徐变、收缩。拼装施工时在深水区提升节段梁,从已完成梁上运送,逐孔推进;由于采用等跨连续梁,边跨施工时需要考虑架桥机承受将近半跨的节段重量。为保证节段拼接缝处的水密性,以避免体内束的腐蚀,拼装时接缝表面涂2~4 mm双组分环氧树脂拼缝胶找平,均匀施加0.3 MPa临时预应力。主梁合龙段宽度0.2 m。
5 预制吊装RC墩柱
5.1 预制方案特点
深水区非通航孔桥共有46个桥墩,计96个墩柱,均采用预制墩柱、现场拼装技术。墩柱为空心薄壁墩,壁厚50 cm或60 cm,采用钢筋混凝土结构,C40高性能混凝土。根据墩柱高度分为:低墩、中墩、高墩。墩柱采取整体预制吊装或分两节、三节、四节预制吊装(见图5),总计216个预制墩柱节段。每个墩柱节段的最大重量控制在400 t以内,高度<11 m。
在设计中对墩柱节段归类,统一尺寸,尽量做到标准化、模数化,以便于墩柱预制,减少制作成本。
5.2 预制与安装施工
选择在桥位附近的横沙岛预制厂进行墩柱预制。将预制完的墩柱吊放在平台车上,通过卷扬系统沿轨道运至码头,用650 t起重船将预制墩柱吊放至5 000自航深仓舶运输至墩位。深仓舶每次可运输6个节段。现场用起重船将墩柱吊放就位。为了保证预制墩柱得以准确定位,在接缝处的承台与墩柱顶面,布置6根支承与导向混凝土短柱控制平面位置,辅以4个千斤顶调节倾斜。
5.3 节段连接技术
墩柱节段间、墩柱节段与承台间的连接是关键部位,经比较采用现浇混凝土接缝(见图6)。接缝高度1.7 m(承台处)、1.4 m(墩柱间)。接缝内钢筋采用焊接连接,部分墩柱伸出钢筋采用直螺纹连接。接缝混凝土采用C40微膨胀高性能混凝土。
接缝混凝土质量及新老混凝土接触处的密实得到高度关注。设计中提出接缝混凝土从墩身内腔浇筑,并采取以下措施:
1)在墩柱底面设≥15%的向外斜坡。
2)将接缝处墩身厚度增加20 cm。
3)混凝土浇筑面比接缝面高出40 cm。
4)外表面模板上采用了防漏浆橡胶带。
5)每方混凝土中掺入1.2 kg聚丙烯腈纤维。
6)加强混凝土保温、保湿养生。
6 结语
桥梁结构预制拼装技术具有高效、安全、优质、快速、环保等特点,已成为当今世界桥梁建设的发展趋势。本工程大跨度组合箱梁、节段梁、大型预制主梁与桥墩等预制拼装技术的应用经验,可供类似工程借鉴。
参考文献
[1]上海市政工程设计研究总院.上海长江大桥工程(预留轨道交通空间)施工图设计文件[G].2006.
预制拼装结构 篇3
上海市轨道交通11号线南段工程首次将大直径泥水盾构用于地铁隧道工程,隧道管片内径10.36 m,外径11.36 m,厚0.5 m,环宽1.5 m,错缝拼装。该隧道采用单管双线形式,圆隧道内部结构由预制“口”形构件、弧形底板、承轨板、中隔墙组成(见图1)。其中预制“口”形构件、弧形底板、承轨板采用同步施工的方式实施,中隔墙待隧道贯通后安装施工。
为加快施工进度,提升施工质量,拟采用预制装配式的施工方式,即在中隔墙下部的T形现浇段施工完毕后,拼装中隔墙预制件。为此,需设计加工拼装专用机械。
预制中隔墙高度为5 300 mm,宽度为1 490 mm,厚度为300 mm,单件重5.92 t。预制中隔墙之间设凹凸榫,榫间黏贴10 mm厚丁氰软木橡胶,外围采用弹性防火密封胶嵌缝;下部采用预留插筋的形式与现浇段相连接。其间设940 mm高度的后浇段,以保证墙体的整体性(见图2);中隔墙顶部与圆隧道管片间留设120 mm间隙,采用π形钢构件与管片连接,中间嵌填聚乙烯泡沫板及丁氰软木橡胶,使中隔墙可与管片间发生竖向相对滑移。
由于中隔墙自重较重,平面尺寸大,构件较薄,安装高度较高,所以要求拼装机在圆隧道内仅占用半幅路面作业、在各方向都能够进行微调作业、自重尽可能轻等。另外,因为拼装机采用电驱动,考虑到隧道线路长,低压供电产生的电压降问题,故要求在满足使用功能的情况下功率≤60 kW。因此,必须对拼装机进行专门设计。
2拼装机总体设计思路及形式
拼装机采用履带式自行走、上车工作时能进行90°回转,采用大小臂连杆机构来提升机械手,机械手可在各个方向进行微调。
1)拼装机动力传递路线为电动机带动液压泵→高压液压油→通过液控多路阀,再分别传递至4个组件,以实现不同功能。传至左右行走马达,实现行走;至回转马达,实现上车回转;至工作装置大小臂,实现拉动机械手;至机械手各微调油缸,实现微调作业。图3为总体布置图。
2)行走机构。由于履带式行走机构牵引力大,接地比压小,而拼装机作业时要求的行走速度较低(0.5 km/h),所以行走机构采用履带式。行走机构的主要结构参数:履带节距154 mm、履带板宽度400 mm、轮距3 300 mm、轨距2 500 mm、采用液压马达驱动。
设计行走机构时要考虑到,拼装机的回转中心要尽可能靠近中隔墙预制件,故2 500 mm的轨距保证了拼装机两侧履带能插入电瓶车外,中隔墙更靠近机械回转中心。
3)工作装置。采用大臂、小臂来提升机械手,机械手可进行各个方向微调。
4)上车平台与行走机构之间装有回转支承,因此上下车之间能相对回转。平台除与工作装置相连外,油箱、电动机、液压泵、平衡重、操纵系统等都安装在平台上。
5)机械手。拼装机的核心部分是机械手。机械手在拼装机将中隔墙预制件移动到安装位置时,能进行上下、前后、左右微调及绕中隔墙构件轴线3个方向的旋转微调,以保证中隔墙预制件能准确地安装就位。机械手各个方向的微调都采用液压油缸来完成。
6)液压系统。拼装机主系统采用双泵双回路系统,可以保证至少2个动作能同时进行,动作准确,操作方便,功率利用好。每个微调动作可单独进行。
3动力及驱动计算
确定拼装机电动机的额定功率为55 kW,额定转速为1 500 r/min。
3.1液压泵
液压总泵选用GjCB323210三联齿轮泵,其中“3232”为该泵的前两联高压泵,排量为(32+32) mL/r,工作压力设定为25 MPa。该泵第3联泵为先导泵,排量为10 mL/r,压力设定为3 MPa。拼装机液压总功率可由式(1)确定。
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式中:N为液压功率;P为系统额定工作压力,25 MPa;Q为高压泵流量,96 L;P′为先导泵设定压力,3 MPa;Q′为先导泵流量,15 L;ηm为泵的机械效率,0.92;ηυ为泵的容积效率,0.94。
根据式(1),N=(25×96+3×15)/(60×0.92×0.94)=47.12 kW。当液压功率N小于电动机功率时,拼装机液压系统能正常工作。
3.2行走驱动计算
1)驱动轮基本参数。
驱动轮齿数Z=21。由于驱动轮是2齿传动,因此等效的驱动轮齿数Z′=Z/2=10.5;驱动轮节距s=154 mm。驱动轮节圆直径Dk=s/sin(180°/Z′)=522.468 mm。
2)单个行走马达参数计算。
拼装机最大行走速度为0.5 km/h,因此行走马达的最高转速n=0.5×1 000/(60×π×Dk) =5.084 r/min。拼装机整机最大质量为20 t。根据履带式机械行驶理论,行走装置的总牵引力约等于拼装机自重与中隔墙质量之和的80%。
(1)单侧履带的牵引力F=101.71
kN。
(2)链轮上的扭矩M′=F×Dk/2=26.546
kN·m。
(3)行走马达的输出扭矩M计算见式(2)。
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式中: i为行走马达传动比,100;η为行走传动的机械效率,取0.9。根据式(2)计算得M 为0.295 kN·m。
(4)取行走马达两腔的压差为23
MPa,机械效率ηm为 0.95。计算行走马达排量q=85.02 mL/r。
(5)每个马达所需的流量Q=qn/(1 000×ηυ)=44.1
L,其中ηυ 为行走马达的容积效率,取0.98。
3.3回转驱动计算
回转马达的流量由1个排量为32 mL/r的定量泵提供。因回转马达工作时行走马达不工作,这样供给单侧行走马达的液压油全部供给了回转马达,取回转马达参数与行走马达参数相同。回转马达排量q为85.02 mL/r,传动比i=100,机械效率ηm=0.95,容积效率ηυ=0.98。
1)供给回转马达泵的实际流量Q′=47.04 L/min。
2)回转马达输出齿轮扭矩M=311.38 N·m。
3)回转马达输出齿轮直径D计算。回转支承选1 120规格, 内齿圈齿数Ze=95,模数m=10 mm,上下车相对转速为1 r/min,则回转马达小齿轮齿数为16齿。D=160 mm。
4)回转马达输出齿轮与内齿圈的减速比为i′=Ze/Z=95/16=5.937 5。
4拼装机稳定性分析
4.1刚夹起中隔墙预制件时的工况
在此工况下,中隔墙构件离拼装机距离最远,拼装机有前倾的可能。产生使拼装机前倾的力有中隔墙构件重力、机械手及小臂等机械部件因本身的质量所产生的重力等,其合力为G;产生使拼装机稳定的力是拼装机除机械手及小臂等部分部件外的机械质量所产生的重力的合力F;支点位于履带行走系前轮与地面接触处(见图4)。
倾覆的力矩为G×A1,A1为合力G到支点的距离;稳定的力矩为F×A2,A2为该合力F到支点的距离。稳定性系数计算见式(3)。
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计算后,如K≥2,则稳定;反之,要采取增加平衡重、重新布置平台部件位置后再计算,确保拼装机稳定。
4.2把中隔墙预制件翻转90°到垂直位置时的工况
此工况下,拼装机仍有前倾的可能(见图5)。
可按4.1中的方法重复验算稳定性。在计算中要注意:以4.1中所确定的支点为界,拼装机机械部分部件各重力的重心位置如与中隔墙构件的重心位置在同一侧,则这些重力为产生倾覆力矩的力,反之,则为产生稳定力矩的力。
4.3在把中隔墙预制件收向回转中心时的工况
此工况下,中隔墙收向回转中心,中隔墙构件本身所产生的重力变为产生稳定力矩的力,中隔墙构件、拼装机部分部件重心位置在支点靠拼装机内侧的重力产生稳定力矩;拼装机平台的尾部、大臂等部分部件重心位置在支点外侧的重力产生了倾覆力矩;支点位于履带行走系后轮(驱动轮)与地面接触处(见图6)。
同样要计算稳定系数,使K≥2。计算稳定系数后,还要通过Pro-E三维绘图,找出所有力(包括中隔墙构件产生的重力)的合力位置,要确保合力作用线在履带行走系前后轮之间。否则,要对拼装机总体布置进行调整,以确保该合力作用线在前后轮之间。
4.4把中隔墙预制件放到安装位置时的工况
图7为把中隔墙预制件放到安装位置时的工况。此工况下,拼装机上平台相对履带行走系统转过了90°,因此,要分别以履带轨距位置(图7中左右履带的中心线位置)为支点来计算稳定系数,确保K≥2。同时应注意以下2点。
1)以右侧中心线为支点计算稳定系数时,在支点左侧各重力产生稳定力矩,通过Pro-E三维绘图,计算出左侧的合力F。观察合力F作用线是否在左右履带中心线之间,如在左右中心线之间,则拼装机稳定;反之,设计要调整重心确保合力作用线在左右履带中心线之间。
2)以左侧中心线为支点计算稳定系数时,观察支点右侧所有力的合力的作用线是否在左右履带中心线之间。如在左右中心线之间,则拼装机稳定;反之,总体布置也要进行调整直到力点在左右履带中心线内。
由于拼装机采用Pro-E三维绘图软件进行设计,所以各部件及拼装机整机的质心位置可以在设计图纸上准确地显示,并可以根据质心位置及构件位置来进行稳定性计算。
5结语
1)针对各项工况要求,对拼装机的各个系统进行了总体设计,确定了基本形式和参数。
2)通过设计和计算,确定了电动机功率、液压总泵、行走马达、回转马达的型号。
3)针对不同的施工工况,对拼装机的稳定性进行了计算分析。
预制拼装结构 篇4
1、预制拼装涵洞施工工艺
1.1 测量放线
测量放线包括涵洞定位及轴线测设、施工放样等。涵洞定位时特别要注意涵洞流水面高程与地形是否合理, 如果设计流水面高程与实际地形不符, 要及时联系相关部门变更流水面高程。施工放样时要保证每一块基础几何尺寸准确, 因为涵洞基础高程一般会根据地形台阶式递减, 只有尺寸准确才能保证涵节安装下去。
1.2 涵洞基础施工
1.2.1 施工准备:
根据设计图纸要求, 测量放线, 定出基坑开挖范围或钻孔插入桩桩位, 核对地质资料, 确定开挖方案和放坡坡度, 根据基坑四周地形, 做好地面防、排水工作, 确定弃土场地, 并做好其修整工作, 按设计要求铺筑好机动车道路, 准备好基坑遮阳棚和防雨棚, 人员、材料、机具到位。
1.2.2 基坑开挖:
多年冻土地区桥涵地基的设计主要注重保持冻结, 答应融化两大原则。多年冻土区涵洞构筑物基坑开挖的重要原则是“快速开挖、快速施工、快速回填”, 主要是保护多年冻土的原始状态, 不破坏基底冻土结构。冻土地区基坑开挖采取爆破松动, 人工配合机械快速快挖;一次成型。爆破作业采用松动爆破或预裂爆破, 炮眼采用电动螺旋钻钻孔, 炸药采用浆状防水抗冻型, 土石方采用机械开挖。开挖好的基坑应尽量减少暴露时间, 并做好防水防晒工作, 基坑开挖后, 若发现与设计不符, 应立即向设计单位报告, 若基底出现局部超挖, 应用粗砂砾石夯填找平。
1.2.3 基底处理:
基坑开挖到设计标高后, 对下卧层地基土进行了检查验收, 符合设计要求后, 按设计要求进行基底换填处理, 换填料采用非冻胀性砾石土每30cm一层碾平压实处理。地基承载力和密实度符合设计要求后, 在换填面顶面铺设一层聚苯乙烯板 (不得侵入混凝土基础) 。
1.2.4 现浇混凝土基础施工:
在处理好的基底浇筑低温早强混凝土, 浇筑混凝土同其他基础施工工艺相同。特别要注意的是注意先浇段和后浇段间的沉降缝的处理:必须保证沉降缝的密实, 以防进水后冻胀后引起涵洞横向滑移。在柴木线, 多处出现涵洞横向滑移的问题, 这同沉降缝进水有很大的关系。
1.3 涵节运输
涵节在达到强度要求后 (一般不低于设计强度的75%) , 可按顺序装车运输到施工地点。装运时, 运输车上支垫构件的位置方法应符合设计要求, 并将工件固定好, 在构件边缘加缓冲保护以防碰损, 外漏面要遮挡, 以防损坏构件或构件外露面污染, 对有缺陷但不影响使用功能的构件, 应在预制场内修补好再发运。
1.4 涵节预制
1.4.1 模板制作:
为保证技术上可行和经济合理, 模板制作应注意做到以下几点:⑴确保模板及其支架有足够的强度、刚度和稳定性。⑵确保模板各部分尺寸符合设计要求。⑶模板材料应根据其倒用次数, 表面质量要求、容许误差和混凝土浇筑工艺, 养护条件等选定, 采用工厂生产的定性组合模板。
1.4.2 涵节生产工艺流程:
涵节生产工艺流程与传统生产工艺流程相近。⑴模板的制作安装、钢筋的加工绑扎, 混凝土土的拌合、运输、浇注和振捣, 构件的堆放等工序, 一般可按常规方法施工。针对高原地区低温缺氧和昼夜温差大的特点, 要注意覆盖保温层进行保温养护, 条件许可可采用蒸汽养护。⑵涵节采用竖向浇筑, 为保证内模拆模方便, 可沿对称面设置宽5cm左右夹条, 再按顺序拆除其余模板。
1.5 涵节现场拼装
1.5.1 施工准备:
根据现场具体条件, 合理确定待拼构件存放地点, 汽车吊停车位置、拼装道路, 并将其修筑平整, 造好基础的检查验收, 在基顶定出中线、水平及其它有关拼装控制标记, 各待拼构件也要标出中心线和高度标记。安排好拼装顺序, 吊机就位, 试运转, 合格后才能进行吊装作业。
1.5.2 吊装工艺流程:
同传统生产工艺相近, 操作要点如下:基础安装要先在基底铺设防冻砂浆, 用特制的两端带齿的刮尺刮平后吊放构件, 下放要轻, 放下后暂不脱钩, 检查构件的水平、标高和安放位置, 如达不到要求, 吊起后重新调整, 完全符合设计要求后再摘钩。
1.5.3 接缝处理:
要充分考虑吊装时构件的正负公差, 使之搭配得当, 以保证建筑物的整体装配质量。构件间的竖直接缝宽度可用装用的带把得扁铁条控制, 厚度按要求来定。控制方法—将扁铁条扣挂在已安好的构件茬面上, 待装构件落下时紧靠钢条, 安好后即可保证接缝符合要求, 取出扁钢条即可。
1.6 涵背回填
涵侧土方回填应在涵洞拼装完成、经检查合格后按设计做好防水层, 然后在涵洞两侧宽度不小于孔径两倍的范围内对称分层进行土方填筑夯实, 填料为非冻胀砾石土, 当采用细颗粒土与碎、砾石混合料时, 所掺入的石料体积占总体积2/3以上。填土里不得有冻土块、高塑性粘土块、尺寸超过8cm的硬块。涵洞两侧背后同时对称填筑。涵洞顶填土分层摊铺、逐层压实, 每层压实厚度为15cm~25cm, 压实度为重型击实密度的95%以上, 且与该处路基的压实度一致。在填土过程中要随时观测波纹管变形是否超过容许值。不允许使用大型机械压实, 以防损坏新修涵身。
2、施工要点
2.1 尽量减少冻土的扰动
要做到快速施工, 开挖时宜分台阶、分段开挖, 减少基坑暴露时间。加强遮阳措施, 搭设遮阳防雨棚, 减少太阳辐射对基底冻土的热扰动。防止地表水流入基坑, 减小地表水对基底冻土的扰动。施工时间宜选择寒季末暖季初或暖季末寒季初, 尽量降低周围环境热量对基底冻土的影响。
2.2 混凝土施工
针对高原多年冻土区的地质及环境气候特点, 为确保结构物砼施工质量, 选用DZ系列高性能混凝土外加剂、Ⅰ级粉煤灰掺合料和调整配合比参数等技术措施, 改善新拌混凝土在低、负温条件下的工作性, 并有效降低混凝土的水胶比, 促进混凝土早期强度的发展, 改善硬化混凝土的孔结构, 使在负温条件下施工的混凝土达到了抗冻融循环、抗氯离子渗透、耐腐蚀等8项耐久性指标。采用温度控制技术、选择合理的施工工艺和养护制度, 消除混凝土的冻融、剥蚀、裂缝等质量病害。
2.3 沉降缝和防水层施工
在高原多年冻土地区特殊的地理、地质条件下, 为保证涵洞的冻胀、融沉采取的措施包括:涵洞基础两侧侧面回填非冻胀砾石土 (其中粉粘颗粒不大于12%) , 在高含冰地质条件下, 明挖基础基底应铺设保温层, 保温材料采用聚苯乙烯, 厚度5mm~10mm;加强防水防渗措施, 沉降缝填塞遇水膨胀橡胶条;在涵洞基础两侧及涵节填土接触面涂抹1cm厚沥青油渣。在涵节之间、涵节与翼墙之间设有φ20联接钢筋, 联接位置为涵洞的上、中、下三处, 联接钢板预制涵节时预埋进去。将各涵节和出入口翼墙紧密地联系在一起, 既能适应各涵节在融沉不均匀的状态下相应的沉降, 又能防止各沉降缝被拉开的现象发生。
防水层施工前应先将圬工表面坑凹处用砂浆抹平, 并清扫干净, 以便使涂刷的沥青与砌体粘结牢固。进行防水层施工作业时, 先在涵身刷一道冷底子油, 然后在涂有冷底子油的基面上涂刷热沥青, 并用橡胶皮刮平使其涂抹均匀, 再依次铺上油浸麻布, 应从下而上进行防水层施工作业, 麻布铺设搭接则应由下而上顺压。同时应用旧竹扫把边铺便扫, 以排出空气, 做到麻布粘结密贴无气泡, 平顺无皱折。
3、结语
拼装式涵洞可减少工程量, 节省劳力, 减低成本。且矩涵为轻型结构, 布局合理, 能充分利用截面, 比现浇节省材料, 采用人工配合机械安装, 节省劳力, 综合经济效益明显。采用预制施工方法, 涵节预制在预制场统一生产, 这样便于标准化、工厂化作业, 有利于提高劳动生产率及保证涵节预制质量, 构建生产与现场拼装几乎同步进行, 且均为机械化作业, 效率高, 速度快, 构件生产采用工厂化生产, 各工序按标准化作业, 施工人员专业化, 便于推广。
参考文献
[1]李加尧.柴木铁路DT13标.实施性施工组织设计
预制拼装结构 篇5
一、预制拼装技术
国内外的工程设计人员和研究人员根据工程的施工环境、条件以及桥梁类型的特点等方面, 对于预制拼接技术中连接墩柱的构造进行了多种类型的提出, 其主要的连接结构有以下几种:后张预应力筋精轧螺纹钢绞线 (有黏结) 、湿接缝连接 (焊接钢筋) 、承插和插槽混合连接自己波纹管和灌浆套管连接。通过以上几种方法连接墩柱、墩身、盖梁和承台, 运用环氧胶或砂浆垫层对接触面进行拼装。根据相关的调查和试验, 对几种连接方式进行比较, 并将国内的接受理念程度和实际的应用经验纳入考虑范围, 我国的桥梁连接可以选择波纹管和灌浆套筒连接进行深入研究。
后张预应力筋精轧螺纹钢绞线 (有黏结) :此结构通常情况下是联合环氧胶或砂浆垫层建造节段端柱。预应力筋一般采用的是精轧螺纹钢, 此结构的特点是在接缝中通过预应力筋, 其力学特性如强度和刚度具有可靠性, 在实际的工程当中广泛应用, 其施工的技术、设计和计算分析都较为成熟。但是其中也存在着不足之处, 主要是在配备预应力筋的基础上还要进行构造配筋的布置, 提高了墩身造价, 工艺较为复杂且周期长。
湿接缝连接 (焊接钢筋) :在进行墩柱的预制拼装时, 需要预先伸出钢筋, 便于搭接邻近构件的预留钢筋, 设置临时的支撑结构, 需要浇筑混凝土在连接钢筋的部位进行湿接缝连接。我国在进行建筑上海长江大桥的过程中使用了湿接缝连接, 湿接缝构造也是当前我国使用较为频繁的设计思路, 此结构的力学性能类似于现浇混凝土的传统方式。但是湿接缝会使得施工周期加长, 并增加作业量, 从施工速度的层面考虑, 该结构存在不足之处。
承插和插槽连接:插槽式的连接目前已经应用于部分桥梁工程, 其主要是对承台和桩、墩身和盖梁进行连接, 相较于灌浆套筒和波纹管连接, 其优势是施工公差较大, 在施工的现场需要进行混凝土的浇筑, 周期大致为两天。承插式的连接是将墩身在预留孔内进行插入, 其长度通常为1.2~1.5倍的墩身截面, 将砂浆在其底部铺设, 使用混凝土 (半干硬) 对其周围进行填充, 其优势是工序简单且作业量少, 缺点是其力学行为不足, 且抗震能力仍需研究。
波纹管连接:波纹管连接通常是用于连接墩身与承台和盖梁, 通过承台和盖梁内的金属波纹管与墩身的钢筋进行连接, 常采用的墩身与承台和盖梁的接触面是砂浆垫层, 而墩身之间的接缝使用的是环氧胶。此结构类似于灌浆套筒, 经过一天的现场施工即可进行后续的施工环节, 但是其伸出的钢筋要求长度较长, 必须符合锚固长度。现阶段, 国外的一部分桥梁采用此结构进行施工, 由于其抗震的能力仍需研究, 因此地震多方区域很少使用此结构。
灌浆套管连接:预制的墩身伸出的钢筋可以使用灌浆套筒进行连接, 通常采用的墩身与承台和盖梁的接触面是砂浆垫层, 而墩身之间的接缝使用的是环氧胶。其结构的主要特点是对施工的精度有较高的要求, 现场施工周期短且工作量较小。相较于后张预应力筋的结构, 其成本投入较低, 略微高于现浇混凝土的传统方法。在正常的使用过程中, 其力学性能接近现浇混凝土的传统方法, 所以其在经济方面具有一定的优越性, 但其抗震的能力仍需进一步研究。
二、技术研究
(一) 设计连接构造
灌浆套筒:在设计灌浆套筒的过程中, 其理念是利用强度高且不发生收缩的灌浆料 (水泥) 在套筒和钢筋之间缝隙进行填充, 待其硬化后就是连接的接头, 此结构就是将力在钢筋之间进行传递。
波纹管:在设计波纹管的过程中, 其理念就是利用强度高且不发生收缩的灌浆料 (水泥) 在波纹管和钢筋之间缝隙进行填充, 带起硬化后就是锚固构造。
(二) 构造研究及力学性能研究
力学指标:无论是波纹管还是灌浆套筒都需要符合两个力学指标, 其一, 钢筋技术规程中所提出的最高级的连接标准, Ⅰ级接头的标准, 且当钢筋出现断裂情况时, 其断裂处都距离连接部位较远;其二, 在地震灾害的强烈影响下, 尽管构件彻底失望承载抗推的能力, 其中的钢筋要不能相对于周边灌浆体产生滑移。
强度高的不发生收缩的灌浆料 (水泥) :此灌浆料的集料就是高强度的材料, 结合剂选用的是水泥, 选择的辅助材料具有防离析、微膨胀和高流态等特点, 灌浆料由集料、结合剂和辅料配制而成。在现场施工的过程中, 加入适量的水进行均匀地搅拌, 在波纹管或套筒与钢筋之间的缝隙内进行填充。根据力学指标, 灌浆料必须满足相应的力学标准, 见表1。
(三) 地震灾害中的设计研究
拟静力法制作模型:针对构造进行了10组加载试验, 通过拟静力循环试验对墩柱的抗震能力进行研究, 并与传统的桥梁墩柱 (现浇混凝土) 进行抗震能力的比较。模型的选取比例为1∶3, 混凝土的型号选用C30 (承台) 、C40 (桥墩) 、C50 (盖梁) , 立柱主筋 (纵向) 采用钢筋为HRB400, 直径为40mm。
构件加载:加载模型的装置选用的是竖向载荷, 采用100t工作吨位的两台前进的进行施加, 并且通过一个传感器对千斤顶的同步加载进行控制, 反复推拉的水平荷载采用作动器进行施加, 作动器的吨位为1500千牛, 电液伺服其位移行程。试件同时承担了循环的单轴水平加载和轴压, 直到试件无法承受而损坏, 加载制度采用位移控制, 加载频率和采样频率分别是0.01Hz和5Hz, 当每级位移达到最大值时持载, 对损坏的现象进行观察和标记, 直至试件强度降至最大值的80%时, 停止加载。
结果分析:对10组试验的各类指标如耗能能力、滞回性能等进行对比和分析, 可以得出以下结果。其一, 相较于传统的钢筋混凝土, 套筒预制拼装结构与其在耗能和变形能力以及滞回性能方面较为接近, 能够满足要求的抗震能力。其二, 试验表明, 在箍筋约束情况良好时, 试件都为弯剪破坏, 且弯曲为主, 未见显著的剪切破坏, 其中含有预应力筋矮柱的试件在即将破坏时, 在其接缝处产生了滑移现象, 通过对高墩和矮墩的立柱进行试验, 结构表明在相同的箍筋和纵筋结构下, 高墩立柱不产生剪切脆性破坏。其三, 墩身内的套筒, 相较于普通的桥墩, 其塑性铰区的破坏存在一定差异, 有两个破坏面分别在套筒的顶部和底部承台交汇处, 在其高度的范围内, 损伤并不严重。其四, 相较于传统的钢筋混凝土, 波纹管预制拼装结构与其在抗震能力方面不存在较大差异, 通过比较两者的试验结果, 其抗震性能接近, 能够满足要求的抗震能力。
结语
综上所述, 预制拼装是一项能够进行快速施工的系统性工程, 为了达到文明施工和快速施工的标准, 应当对其设计、技术和管理等方面的水平进行提升, 尤其要提高设备的水平和施工队伍的专业素质。另外, 通过对灌浆套筒和波纹管连接进行评估, 其耐久性能和施工风险都明显优于现浇混凝土, 其抗震能力并无差异。
摘要：预制拼装下部结构技术广泛被应用于跨海大桥中, 但是在城市桥梁的建设过程中并没进行应用, 为了对城市桥梁的建筑问题予以妥善解决, 突破当前困局, 必须对预制拼装技术进行系统研究。
关键词：城市桥梁,桥梁墩柱,预制拼装
参考文献
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[2]姚晓飞, 徐岳, 刘士林, 牛宏, 周江, 成超.预制节段拼装混凝土桥墩力学性能研究进展[J].公路, 2013 (5) :134-135.
[3]葛继平, 王志强, 李建中, 彭大文, 陈旭.装配式预应力混凝土双柱桥墩抗震性能研究进展[J].地震工程与工程振动, 2013 (3) :12-13.
预制拼装结构 篇6
1 接缝抗剪强度计算
节段预制拼装桥梁接缝处剪力强度的计算, 国内应用最普遍的为美国AASHTO 规范对接缝抗剪强度的规定:
上述单位为英制单位, 转化为国际单位制后为:
式中:Ak—破坏面上键根部的面积;
f′c—混凝土圆柱体抗压强度;
fc—混凝土的立方体抗压极限强度;
σn—接缝上的压应力;
Asm—破坏面上的摩擦接触面积。
美国AASHTO规范公式是以Buyukozturk 和Bakhoum 等人的干接缝试验[4]为主要依据, 将接缝破坏面上的剪切强度分成两部分考虑, 一部分为混凝土上的剪切应力, 一部分为接缝破坏面上的摩擦力。这种逻辑和实际现象对比是可行的, 大量的试验也发现接缝剪切强度随混凝土的强度等级和侧压力的提高而提高, 这是AASHTO规范公式合理的地方。
但是AASHTO规范公式也有其不合理的地方。首先AASHTO规范公式是以单键试验为依据, 试验条件使得破坏只能在键根部, 且侧压力是由液压系统提供, 侧向约束不强。实际结构基本为多键, 接缝两侧的梁体互相约束, 内力包含多种因素, 受力状态复杂, 破坏失效面不可能有一部分光滑的摩擦面, 因此人为地将破坏面按几何形状分为两部分不合理。且根据JiaDing Li[5]的研究, 混凝土那部分剪切强度不仅仅有键齿混凝土本身的抗力, 还包含由施加正应力所带来的剪切抗力增量。其次, 由于公式依据为单键试验, 对多键的实用性不足。依据其计算公式, 多键情况下接缝剪切强度是其接缝破坏面上单键承载力的总和。事实上, 汪双炎[6]等人的试验已经证明单纯增加单键的数量并不能显著提高接缝抗剪承载能力, 多键情况下的接缝剪切强度低于相应的单键的代数和。
结合大量国内外试验数据与理论研究, 可知影响接缝剪切强度的主要影响因素有:接缝的类型、接缝面的正应力水平、混凝土的强度等级、剪力键的面积及环氧接缝胶层的厚度。接缝直接剪切破坏主要特点有:
(1) 采用剪力键或环氧胶接的接缝, 破坏时剪力键几乎同时破坏, 破坏面贯穿整个接触面的高度范围, 可以认为是整个剪切面的失效。
(2) 干接缝多键情况下受力不均匀, 剪力键破坏时单键逐一破坏, 并非同时破坏, 单纯增加单键的数量并不能显著提高接缝的剪切强度。
(3) 节段预制、干接缝、体外预应力混凝土梁剪切破坏模式与常规钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁的破坏模式有很大不同, 在剪跨比大于6的情况下仍然发送由于接缝的直接剪切失效引发的剪切破坏。而常规梁在剪跨比为3～6时已经发生斜拉破坏。
结合上述各个结论和以往国内外的试验数据, 卢文良[7]等提出剪切失效破坏面为包括整个接缝高度的横截面面积, 接缝处剪切破坏示意图如图1:
其建议的计算公式计算值与实际测得值具有比较好的精确度。基于以上结论, 本文更进一步建议的接缝剪切强度计算的表达式为:
V=kAs[ (τp+λσn) +μσn] (3)
式中:k—接缝剪切强度考虑多键作用时折减系数;
As—接缝处横截面面积, 只考虑腹板部分;
τp—混凝土抗剪强度;
λσn—由接缝处正应力引起的剪切强度的增量, 其中λ为无量纲数;
μ—接缝界面的摩擦系数;
σn—接缝上的压应力。
式 (3) 依然将接缝破坏面上的剪切强度分成两部分考虑, 一部分为混凝土的直接抗剪力, 一部分为接缝界面上的摩擦力。这里混凝土的直接抗剪力不仅包括本身的抗剪能力, 还包括由于接缝处正应力引起的混凝土剪切强度的增量。As统一为剪切破坏面的横截面面积。该公式相对AASHTO规范公式物理意义更加明确, 概念更加清楚。
混凝土的抗剪强度τp与混凝土立方体强度fcu之间的关系, 经过回归分析的计算式为:
τp=0.38f
而国外对混凝土剪切强度的描述, 多采用混凝土圆柱体强度f′c的平方根表示。结合f′c近似等于0.85f
JiaDing Li[5]利用摩尔应力圆法给出了接缝处正应力引起的混凝土剪切强度的增量为0.08Aσnf
对于摩擦系数μ, 国外规范中的建议值如表1所示。
本文主要针对普通混凝土浇筑的节段预制桥梁, 对不同的接缝情况, 选取相应的摩擦系数进行计算。
2 干接缝直剪强度计算
根据上述对接缝处破坏模型的总结分析可知, 干接缝破坏时破坏界面为沿梁高度方向全截面产生, 对于单键干接缝, 混凝土的摩擦系数值可取1.0。考虑干接缝多键情况下的抗剪折减系数0.8, 干接缝剪切强度公式取为:
式中:As—接缝处横截面面积, 只考虑腹板部分;
f′c—混凝土圆柱体抗压强度;
μ—接缝界面的摩擦系数;
σn—接缝上的压应力。
根据Xiangming Zhou[8]等人对干接缝试件抗剪承载力的试验值, 和本文推导的公式进行比较, 如表2所示:
由表2可以看出, 实测值与本文计算值之比的平均值为0.97, 而实测值与AASHTO公式计算值之比的平均值为0.75, 本文公式的计算值与实测值吻合更好, 更能反映出键齿的实际抗剪承载力。AASHTO公式过高估计了多键干接缝的剪切强度, 偏向不安全。
3 环氧胶接缝直剪强度计算
环氧胶接缝的抗剪强度高于干接缝, 接缝的受力行为与整体式浇筑情况类似, 按照表1结论, 混凝土摩擦系数可取为1.4。根据对接缝处破坏模型的总结分析可知, 干接缝破坏时破坏界面为沿梁高度方向全截面产生, 对于单键干接缝, 混凝土的摩擦系数值可取1.0。干接缝剪切强度公式取为:
式中:As—接缝处横截面面积, 只考虑腹板部分;
f′c—混凝土圆柱体抗压强度;
μ—接缝界面的摩擦系数;
σn—接缝上的压应力。
根据Xiangming Zhou [8]等人对胶接缝试件抗剪承载力的试验值, 和本文推导的公式进行比较, 如表3所示。
可见实测值与AASHTO公式计算值之比的平均值为1.15, 实测值普遍大于AASHTO公式计算的数值, 这也从一个侧面说明AASHTO中以干接缝受力机理推导出的计算公式, 用于胶接缝抗剪强度计算, 数值偏低。
本文计算公式与实测量值的比值的平均值为0.99, 吻合度很好, 且有一定的安全富裕。
4 结论
本文总结回顾了现有规范对节段预制拼装桥梁接缝处剪切强度计算的规定, 给出了AASHTO规范对接缝剪切强度计算的不足之处, 并在总结现有理论计算与实验数据的基础上, 总结出了一种包含混凝土抗剪强度、正应力抗剪强度增量以及破坏截面摩擦力三部分的抗剪强度计算方法。新计算公式结果与实测结果具有良好的吻合度与精确度, 且物理意义明确, 更加容易理解, 对节段预制拼装桥梁接缝处剪切强度的计算具有参考借鉴作用。
摘要：结合现有规范及实验数据, 探讨了节段预制拼装桥梁接缝剪切强度的计算方法, 提出一种包含混凝土抗剪强度、正应力抗剪强度增量以及破坏截面摩擦力三部分的抗剪强度计算方法。新的计算公式物理意义明确、概念清楚, 且与实际测量值具有较好的吻合度, 对节段预制拼装桥梁接缝处剪切强度的计算具有参考借鉴作用。
关键词：节段预制拼装桥梁,剪切强度,混凝土抗剪强度,正应力抗剪强度增量,破坏截面摩擦力
参考文献
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[7]卢文良.节段预制体外预应力混凝土梁设计理论研究[D]:[博士学位论文].北京, 北京交通大学.
预制拼装结构 篇7
随着桥梁施工技术的发展,预制节段拼装施工以其施工速度快、自动化程度高,改善劳动条件,提高劳动效率及环境适应性好等优点逐渐成为一种新的施工工艺。节段预制拼装技术一般采用砼预制箱梁,一孔由若干箱梁节段组成,节段接头涂有环氧树脂,短时间内可以凝固,起防水及保证接缝连接密实性的作用且无须养护,整孔梁段施工完成后可立即施加预应力。主梁吊装施工中,箱梁的拼装线形控制是成桥线形良好与否的关键。本文以正在建设中的广州地铁六号线区间高架为工程背景来说明主梁吊装施工几何线性控制的方法,总结了现代预制拼装的施工几何线形控制方法,对类似工程具有一定的指导意义[1,2]。
1 工程概况
广州市轨道交通六号线浔峰岗~河沙西入洞口区间西起于金沙洲浔峰岗附近该区间主要采用高架结构形式。以34+35+35+34 m[3,4]一联刚构为控制联。桥型立面图及截面尺寸如图1、图2。
施工阶段内容描述和重点说明:
(1)首先完成基础以及边墩、主墩的施工。架桥机就位,吊装节段梁;节段梁张拉简支钢束,下落梁至临时支承张拉梁段内简支钢束,放松并解除中间吊杆,箱梁处于简支吊梁状态,落梁至临时支承上。
(2)架桥机前移过孔梁段下放后,架桥机前移过孔至另一跨位置。
(3)浇注节段梁与中墩顶现浇梁间竖向接缝,张拉体内连接钢束,拆除中墩临时支撑。
(4)浇注边墩顶节段实心隔板内砼,拆除边墩临时支撑,张拉边墩钢束。
(5)全桥施工完毕后30 d铺装二期恒载。
2 有限元软件计算施工阶段拼装线形
为了分析钢束张拉变形值,采用桥梁专用有限元软件MIDAS/CIVIL建立全桥空间模型,对恒载(包括一期恒载、预应力荷载)进行计算。MIDAS/CIVIL建立有限元模型,通过梁单元进行模拟。全桥135节点,129个梁单元。
该联全桥成桥绝对高程均是21 m,无横向坡度,所以拼装线形应当成反拱状态。通过桥梁专用软件MIDAS/CIVIL计算张拉后跨中最大上拱位移为13 mm,故拼装时跨中阶段梁标高要下挠13 mm。如中跨35 m共计12片节段箱梁2.5×2 m+2.6×10 m,节段梁拼装后张拉理论上挠值Δh如表1。
3 主梁拼装几何线形控制方法
架桥机架设完毕后,吊装全部主梁12片,拼装前让架桥机在全部主梁结构自重下完成变形,测点布置如图6。
拼装前先把参考梁段调整到水平状态,即L侧和R侧的标高一样,读第一块节段梁参考点标高H。每拼一片梁时都要在拼装那片梁端部测点测其相对参考点的标高值,L侧测点与R侧测点保持相应的标高。每测完一次标高都要进行比较,若与理论值相差则微调标高,直至标高调到理论值,然后张拉临时固结的钢筋,拼装下一块,直至完成整孔梁[5—7]。每块节段梁拼装的理论相对标高(每块节段梁拼装时相对于端部第一块节段梁的参考点标高)为H(端部第一块节段梁标高)+Δh(拼装块节段梁张拉后理论挠度值,注:方向向下为正值,向上为负值)。节段梁拼装完成在钢束张拉后成为简之状态时每块节段梁理论桥面标高值为第一块节段梁参考点标高H值,即张拉后桥面处于等水平面状态。因篇幅有限本文仅列出中跨35 m实际拼装线形图与理论值比较图如图8、图9。
有图9可知在钢束张拉后每块节段梁桥面标高几乎处于水平状态,达到了设计要求。通过几何线形的控制,节段梁拼装张拉后的桥面标高值与设计高程之差控制在三毫米之内,完全符合施工及设计的要求。
4 结束语
节段预制拼装技术在我国国内的使用较少,是较为先进的施工工艺,尤其是在城市轨道交通中的使用。几何线形控制的关键是拼装线形的计算及节段梁标高的调试,总结以往施工线形监控的方法,通过对于这种新型桥梁施工工艺线形的控制,来验证了线形控制的可行性,对工程中类似的桥梁施工中几何线形的控制具有现实的指导意义,同时也为类似桥梁的施工提供了宝贵经验。
参考文献
[1]蒙晓莲.桥梁节段预制拼装技术及其在城市轨道交通中的应用.广州:华南理工大学出版社,2006
[2]向中富.桥梁施工控制技术.北京:人民交通出版社,2001
[3]铁路桥涵设计基本规范.TB10002.1—2005,北京:人民交通出版社,2005
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[5]刘亚东,刘景红,戴书学,等.苏通大桥75m跨连续箱梁节段预制高精度控制技术.中国海湾建设,2005;8(4):50—54
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