小半径曲线梁桥（精选11篇）
小半径曲线梁桥 篇1
1 工程概述
停车场桥位于厦门市快速公交系统(BRT)一号线岛内段的第一码头,是第一码头枢纽站内第二层停车场到第三层停车场的连接匝道桥,为3联现浇连续刚构桥,全长140.34米。由于停车场功能上的特殊要求,该桥具有纵坡大、相对小曲线半径(R=12m)的宽桥面(桥面最大宽度10m)的特点。因此,在桥梁结构设计中做了一些特殊的处理。其桥位平面布置示意如图1。
2 设计要求
厦门市快速公交系统(BRT)一号线岛内段起点位于第一码头,并在此设置高架停车场。停车场的地面层为露天公交站场,第二层和第三层为专用停车场。根据停车场的总体布置要求,需要在二、三层之间建一座供车辆通行的桥梁结构。要求双向单车道运行,具体要求如下:
桥面单向为一个车道,曲线段加宽2m,要求桥面宽度8~10m;桥梁起点和终点均接停车场建筑物,需设置合理桥建结合方式;为与正线桥梁形式统一,上部构造采用斜腹板的箱梁结构,桥墩采用板式墩;技术标准。
(1)桥梁设计基准期:100年。(2)环境类别:Ⅱ类,属滨海环境。(3)设计行车速度:5km/h。(4)设计荷载:BRT车辆活载。
BRT车辆荷载:BRT车辆重29.5t,按三轴布置,P=100k N;荷载图式如下。
3 设计总体思路
针对以上设计要求,经过多方案的分析论证,确定一下总体设计思路:
(1)采用整体现浇混凝土箱梁(斜腹板),可满足桥梁变宽、曲线的要求,且外形美观,整体性好。若采用预制的装配是的空心板、箱梁或T梁,则无法满足变宽和小曲线的使用要求。
(2)采用带弧线的板式墩,与箱梁连接采用双支撑或墩梁固结。
(3)桥建分离,桥梁起始端与建筑结构衔接采用伸缩缝。
4 设计要点
4.1 桥梁总体布置
桥梁采用现浇钢筋混凝土连续箱梁,桥梁呈“U”型布置,转折处桥中线半径12m,桥梁全长140.34m,桥宽8~10m,梁高1.2m。上部箱梁分3联布置,第一联(16.0+16.1+16.53)m=48.63m,第二联(13.97+14.5+13.97)m=42.44m,第3联(15.93+15.44+15.4)m=46.77m。
桥址处基岩埋藏不深,微风化花岗岩在地面以下25~35m,由于线性的特殊要求,而且桥梁本身为变宽和小曲线半径,桥跨不可能设置过大。从结构安全、工程经济、路线布置等几方面考虑,桥梁跨度采用14~16m中小跨径,分联长度在50m左右。
桥梁下部采用板式桥墩和钻孔灌注桩基础。桥型图布置见图4。
4.2 主梁
本桥主梁采用等高度钢筋混凝土连续箱梁,梁高1.2m,跨高比11.7~13.8,箱梁采用斜腹板。第一联箱梁顶板宽7.8~9.3m,起始端为中心长2.22m的异型悬臂梁,接车站建筑结构;第二联顶板宽9.8m(位于R=12m的圆曲线上);第三联箱梁顶板宽9.4~7.8m,末端为2.47m的悬臂梁,接车站建筑结构。
跨中主梁截面腹板厚50cm,顶板厚25cm,顶板厚20cm。根据计算结果,支点附近剪力较大,距支点3m腹板加宽至70cm,才能满足受力要求。箱梁每个墩顶处设置实体横梁,横梁厚度随结构受力情况有所不同,端横梁厚1.2m,中横梁厚1.5m。在墩顶横梁附近区域主梁截面进行了局部加强,距横梁2.75m范围内将顶、底板及腹板均加厚。箱梁断面见图5。
箱梁按钢筋混凝土构件设计。跨中每条腹板设置3排直径28mm的主筋,腹板箍筋直径为12mm,在支座附近段间距取10cm,跨中附近段间距15cm。横梁按钢筋混凝土,中横梁顶配置13根28mm的主筋,端横梁顶配置11根28mm的主筋。
4.3 下部构造
桥墩采用板式墩,上墩圆弧形过渡与斜腹板箱梁连接,墩柱顺桥向尺寸100cm,横桥向尺寸200cm,基础采用2根直径1.2m钻孔桩,桩间距3.2m,横桥向布置,墩与桩间用承台连接。
桥墩桩底按进入微风化花岗岩层2.5m确定实际桩长。
4.4 桥面铺装
通过箱梁的扭转形成横坡,桥面铺装厚度取10cm,为C40混凝土,内设D6钢筋焊接网片,有效地提高了桥面使用的耐久性。从本桥建成使用的情况来看,效果尚好。
4.5 支座、伸缩缝及栏杆
桥梁处于7度设防区,支座竖向反力最大为1250KN。设计选用了抗震板式橡胶支座。
联与联的梁端,梁端与车场建筑物间设置D60型桥梁橡胶伸缩缝,缝宽3cm,共4道。
本桥与区间桥梁的整体风格保持一致,桥梁栏杆选择了外形美观的外挂花槽墙式护栏。
5 箱梁结构分析计算
本桥第二联位于R=12m的回头曲线上,是本桥的设计重点部位,选用合适的计算程序,准确计算分析结构受力十分重要。本桥采用孙广华的《曲线桥梁结构计算程序》进行计算,并用MIDAS/CIVIL的FEA模块进行计算校核。控制截面计算内力如下表:
从表中可以看出,虽然两种程序计算腹板的恒载、活载内力单项不尽相同,按总内力和是接近的,并且,《曲线梁程序》计算的结果偏于保守,因此,本桥计算结果是安全的。
6 结论
由于停车场功能上的特殊要求,该本桥具有纵坡大、相对小曲线半径的宽桥面等特点。因此,在设计中采用了一些特殊的设计措施,如:位于回头曲线的第二联全部墩梁固结,采用牛腿的形式与一、三联连接;一、三联与车场建筑物间采用悬臂梁设伸缩缝与建筑物衔接等。
本桥设计完成于2007年10月,桥梁施工工期约10个月,与2008年9月处竣工。自通车以来,使用效果良好,未发现结构性破坏和不良现象,说明结构设计是安全可靠的。成桥实景见图6、7。
参考文献
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小半径曲线梁桥 篇2
小半径曲线桥梁上大跨径预制箱梁的安装技术
结合具体工程实例,介绍了小半径曲线桥梁上大跨径预制箱梁的安装技术和施工过程中的质量控制关键点,提出了具体的`施工注意事项,论述了确保京石高速公路运营安全的交通管制方法,积累了预制箱梁安装经验.
作 者：李根明 LI Gen-ming 作者单位：中交二公局第六工程有限公司,陕西西安,710075刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：35(4)分类号：U445关键词：小半径桥梁 预制箱梁 安装技术
浅谈小曲线半径盾构施工难点 篇3
【关键字】盾构；小曲线；半径
1.引言
小曲率半径的盾构施工技术涵盖盾构机选型、管片设计、测量控制、盾构机的姿态与线型控制、管片配置与选用、管片姿态控制、管片保护、铰接装置与盾构千斤顶的组合选用、注浆控制技术、刀具超挖量的控制技术、掘进参数的选用与控制等一系列技术措施的有效组合。
2.施工难点
2.1盾构推力设定
一般情况下的纠偏和大曲率半径施工时，通常是采用千斤顶的偏选来使盾构机转弯或纠偏的，但对于急转弯段来说，千斤顶的过分偏选，将造成两个问题：①每个千斤顶能提供的推力約120t，若选用的千斤顶太少，无法提供盾构掘进所需的推力；②管片受力过于集中，会对管片产生破坏。
2.2防止盾构机被卡
盾构机在岩层中转弯，需要的超挖量是多少，如何保证开挖直径，必须预先计算清楚，并制定好相关措施，使盾构机在岩层中能顺利沿计划曲线转弯。如若盾构机在岩层中被卡住，将使盾构机的推力变得很大，甚至无法掘进。
2.3如何使盾构机在软弱地层中转弯
盾构机是一个刚体，在软土地层中掘进时，容易出现隧道整体平移现象，这使得盾构机在软弱土层中掘进时，须预先制定好相关措施，使盾构机能顺利沿计划曲线转弯。若盾构机在软弱土层中无法转弯，将使盾构机远离计划曲线，施工失败。
2.4盾构管片的破损问题
盾构机的推进是依靠管片提供推进反力，在一个循环过程中，特别在小半径曲线段上掘进时，盾构机的姿态变化较大，这就在推进油缸靴板与管片之间产生一个微小的侧向滑移量，导致管片局部受力过大而产生裂纹或崩裂。管片向外侧扭曲挤压地层，使地层和管片结构均受到复杂的影响，极易造成盾构与管片之间的卡壳及管片碎裂现象发生。
3.施工技术措施
小曲率半径盾构施工中，由于盾构机本身为直线形刚体，在小曲率半径段掘进形成的线形为一段段连续的折线，曲线半径越小、盾构机身越长，则拟合难度越大。通过对盾构机的姿态与线型控制、管片的选用、铰接装置与千斤顶的组合选用、注浆控制、刀具超挖量的控制、掘进参数的选用与控制等一系列技术措施的有效组合，使得盾构掘进折线与小半径曲线接近吻合来完成小曲率半径的盾构施工，并有效的保护拼装管片的质量。
3.1盾构选型
盾构机选型主要考虑两个参数：
3.1.1盾构机最小转弯半径。盾构机最小转弯半径的大小取决于盾构机的长度、是否启用铰接、铰接的开启量、刀盘刀具的超挖量等因素，盾构机选取尺寸尽量短。对盾构机选型还要验算盾构机的最小转弯半径，计算方法如下：Rmin=（L1+L2）/4÷sin（θ/2）
式中：L1为盾构机前体长度；L2为刀盘的厚度；θ为铰接可开启最大值
3.1.2刀盘超量挖计算。盾构在小曲率半径内掘进铰接装置的使用，需要外圈刀具与仿形刀的超挖、锥形管片、曲线内外侧千斤顶的不同推力等施工措施配合在一起使用。超挖量的大小将直接影响盾构机铰接装置的作用，超挖量过大将严重地扰动土体，过小将不能充分发挥铰接装置的作用，以至达不到所要求设计轴线的半径。
3.2盾构机姿态控制
在盾构施工过程中，盾构机姿态变化不宜过大或过频，盾构姿态控制的好坏直接影响到盾构机是否沿计划曲线行走，以及隧道竣工的质量。在施工掘进过程主要通过以下几个措施来控制盾构掘进的姿态。
3.2.1合理使用铰接装置。①在小曲率半径盾构施工过程中盾构机姿态控制的原则是：调整铰接为主，千斤顶的选用为辅，尽可能全选盾构千斤顶来进行盾构推进；②在小曲率半径盾构施工中，千斤顶的选用是铰接控制盾构机姿态的一种辅助工具。当要使盾构机水平向左偏，则需提高右侧千斤顶分压的推力；反之，则需提高左侧千斤顶分压的推力。当要使盾构机机头向上偏，则需提高下部千斤顶的推力；反之亦然；③掘进过程的管片保护措施，在千斤顶选取时，应尽量全选。盾构机在260m小半径曲线段行走时，为了避免千斤顶在推进时造成管片的破损，可在每300mm～500mm推进后，适量收缩千斤顶，调整千斤顶靴板与管片的接触面，消除千斤顶对管片的侧向应，减少对管片损环，同时有利于盾构机方向的调整；④在小半径中掘进，铰接开启的大小要针对地层做出相应的调整，在软弱地层中提供盾构机外弧线的被动土压力小，盾构机转弯姿态较为困难，因此在软弱地层要实标开启的铰接值大小要比理论值相对偏大，而在硬岩地层，考虑到刀具磨损超挖量不够会引起盾构机卡壳，因此在硬岩地层中开启的铰接值要比理论值相对偏小。
3.2.2仿形刀的使用。铰接装置在小曲率半径施工过程中是盾构机姿态控制的主要手段，仿形刀的使用效果将直接影响盾构机铰接装置的作用，超挖量过大将严重地扰动土体，过小将不能充分发挥铰接装置的作用，以至达不到所要求设计轴线的半径。因此，仿形刀的使用主要须考虑两个方面的因素，一是仿形刀的超挖范围：仿形刀通过设置，可以在圆周任意区域位置进行超挖，该工程将采用仿形刀在曲线内侧位置进行超挖，以有利于曲线行走。二是超挖量。但在急曲线段由于距离较长，为了减少仿形刀的磨损量，在掘进过程中尽量慎用仿形刀，尽可能的使用中折和合理选取千斤顶来进行急转弯。
3.3.3盾构姿态预偏。在小曲率半径段掘进时，盾构的姿态是一个动态的调整过程，为了使隧道轴线最终偏差控制在规范要求的范围内，一般情况下，盾构掘进时应考虑让盾构机在水平上向曲线内侧偏移一定量，将盾构沿曲线的割线方向掘进，管片拼装时轴线位于弧线的内侧，以使管片出盾尾后受侧向分力向弧线外侧偏移时留有预偏量，同时也可以便于在急曲线内进行纠偏，通常小曲率半径内的盾构姿态是在水平向内弧线偏移30mm左右。
3.3.4掘进速度与推力的控制。急曲线隧道每掘进一环，管片端面与该处轴线的法线方向在平面上将产生一定的角θ，在千斤顶的推力下产生一个侧向分力。管片出盾尾后，受到侧向分力的影响，隧道向圆弧外侧偏移，侧向分力的大小与千斤顶总推力成正比即降低千斤顶总推力，同时也意味着降低侧向分力，有利于减少隧道向弧线外侧的偏移量。因此在小曲率半径盾构施工时，必须确定一个合理的推力和掘进速度，但是这个推力与掘进速度也不是一成不变的，随着施工条件、地质情况、线形等的变化，也须即时调整从而达到最好的施工效果。
4.结语
小半径曲线病害分析及整治 篇4
密东线是条由转业官兵在沼泽地上修建的, 由于受地理环境和建造成本的限制, 造成曲线多、坡道多, 特别是小半径曲线多, 16l公里正线共有曲线117 条, 半径不足350 米的曲线36 条, 半径小于300 米的曲线有7 条, 并有部分曲线设置在坡道上。 由于小半径曲线受力复杂, 轨距易扩大, 维修养护困难, 是引起晃车、危及行年安全的原因之一。
2 小半径曲线病害种类
密东线在全冈铁路网中是属于支线地位, 运量相对少些, 同时获得设备改造的机会就更少, 造成设备陈旧老化、基础不稳定、设备故障较多。 通过现场调查分析小半径曲线病害主要有:轨距扩大、钢轨接头支嘴、轨距变化率超限、曲线“ 鹅头”与反弯。
3 病害成因分析
3.1 轨距扩大
(1) 钢轨侧磨影响轨距扩大可达6- 10 毫米, 半径小于:300 米的曲线最大可达12 毫米。 钢轨侧磨值与曲线半径成反比, 与列车列数、牵引吨数、运行速度成正比。 在同等条件下曲线半径的大小是决定侧磨的主要因素。
(2) 曲线上股外口尼龙挡肩的机械磨损、挤碎、挤翻等造成曲线上股钢轨里口扣件与钢轨底边缘离缝, 使轨距扩大, 较严重地段静态轨距可增加3- 5 毫米, 动态时该数值还要大的多。
(3) 钢轨在列车通过时产生的外倾导致轨距扩大。 扣件的扣压力小足是钢轨外翻的主要原因, 根据轨道实验资料, 轮轨间侧向压力最大可达到10 吨, 通过对轨检车数值的跟踪分析发现:在曲线半径小于300 米曲线加宽为15 毫米, 单线超高为125 毫米的曲线上, 列车速度60 公里每小时, 轨距动态平均值可达到20- 24 毫米。
(4) 轨距挡板的锈蚀、机械磨损、变形等。
3.2 曲线钢轨接头支嘴
由于钢轨硬弯、道床道砟厚度不足、道床不密实、接头轨枕或扣件失效、接头螺栓松动、夹板变形或强度不足、轨缝不良、维修养护时作业方法不当等原因都能引起曲线钢轨接头支嘴。
3.3 轨距变化率超限
由于小半径曲线长期受到外挤和侧磨钢轨受力不均, 特别是有钢轨接头处和圆缓点附近, 由于车轮对钢轨的作用力的突然改变;外股钢轨侧磨和内股钢轨压溃不均等造成轨距扩大, 距变化率超限。
3.4 曲线“ 鹅头”与反弯
养护维修作业方法不当, 在小调整时习惯于上挑, 从而破坏曲线头尾的正确位置;使用简单方法计算拨道, 由曲线中间向两端拨道;设置的缓和曲线长度、超高及轨距加宽不和理, 道床不实。
3.5 综合病害
小半径曲线维修标准不高、设备陈旧、相对投人不足、曲线设置不合理, 设置在长大坡道上, 造成曲线上下股爬行不同步, 缩短了维修周期, 增加了维修量等等, 致使各种病害处理不及。
4 小半径曲线综合整治对策及建议
4.1 保持轨距
(1) 通过调整另配件来解决轨距扩大
轨距必须保持在规定的数值内, 如果过大很会造成列车的脱轨事故。 整治小半径曲线的轨距超限, 一是采用调整扣板的型号, 可改轨距l-2MM, 适用于扣板式扣件和弹条式扣件, 但操作困难。 二是使用加厚的尼龙挡肩改道, 每股可改2- 4MM, 适用于扣板式扣件、轨距挡板弯曲或磨损严重的地段, 该种方法作业人员少, 劳动强度小。 三是有计划地更换楔型胶垫, 可改轨距5- 8MM, 适用于整条曲线超高不足、轨底坡不良钢轨外倾并轨距扩大地段。
(2) 更换磨耗钢轨、减少钢轨磨耗来解决轨距扩大
对钢轨磨耗较重地段要有计划地进行更换, 减小轨距扩大。 对钢轨磨耗较轻地段要加强保养, 一是每年根据全年客货车实测平均速度, 检算设计超高, 并根据现场外股钢轨侧磨和内股钢轨压溃情况及时调整曲线超高。 二是及时修正轨底坡使轮轨接触面积增大。三是保持曲线园顺度, 定期检查从预防的观点出发, 治小治早。
4.2 加强曲线稳定
(1) 对改正轨距作业后, 及时加装轨距杆, 并适当增加轨距杆的数量, 每25 米钢轨最好安装15- 20 根轨距杆, 轨距杆直径应不小于28MM。
(2) 加强道床横向阻力, 曲线地段道床必须饱满, 特别是曲线上股外侧, 适当堆高对巩固曲线稳定效果显著。
4.3 曲线接头支嘴整治
(1) 补足道砟, 按规定加宽和堆高曲线外侧道砟, 把地锚拉杆安装在曲线外股钢轨水平位置上。
(2) 调换“ 支嘴”接头夹板, 矫直硬弯钢轨, 更换钢轨接头里外口夹板、 在曲线上股接头外侧, 里口接头内侧钢轨与夹板之间加入6- 9 毫米的开发丝胶垫。
(3) 在拨道作业中, 尽量避免上挑, 如必须上挑, 则采用拨动小腰带动接头方法进行拨道。
4.4 曲线“ 鹅头”与反弯的整治
(1) 用绳正法计算拨道量, 在曲线全长范围内拨道, 并适当预留回弹量。
(2) 在曲线定期拨道时, 在测量曲线正矢前, 要拨正曲线两端的直线方向。
(3) 合理设置轨距加宽、超高与正矢递减。
(4) l临时拨正曲线时, 不可从中间向两端拨道, 防止将作业误差赶到曲线两端。
(5) 曲线头尾处要保持足够的道床并夯实, 根据现场情况适当加设地锚拉杆, 用来解决曲线头尾经常变动。
4.5 进行设备改造
增加设备投入对小半径曲线集中地段进行全面测量、 重新设计, 在相对投入较少, 设计标准允许的前提下尽量优化原有曲线技术条件, 合理设置曲线半径, 规距加宽、曲线正矢和超高。 在条件允许的情况下, 成立专业拨道队伍、机械化工队对小半径曲线进行严格按照测量后的数据进行拨正。
结束语
密东线由于是支线先天不足, 后天改造不够, 因此造成小半径数量还是很多, 最小的半径290 米, 为保证行车安全, 减少晃车, 养护人员投入比直线、大半径曲线多出一倍的劳力, 但还不能达到预期的效果。 为保证行车安全, 提高运输效率, 降低成本, 减轻养护人员劳动强度, 应该从设计标准进行综合考虑。
摘要：结合实际, 针对密东线小半径曲线病害及整治进行了论述。
悬浇小半径曲线桥的施工质量控制 篇5
关键词:悬浇;曲线桥;质量控制
中图分类号:U445.1文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)30-0012-05
1工程概况
1.1结构概况
忻宏线东风大桥为双幅桥。设计荷载为公路-I级,单幅桥面宽度为0.5 m防撞栏+净11 m+0.5 m防撞栏。该桥左幅起点桩号为K3+529.5,终点桩号为K4+078,桥长548.5 m;右幅起点桩号为K3+544.5,终点桩号为K4+078,桥长533.5 m。左幅桥型布置为3 m×25 m预应力混凝土连续T梁+(2×40) m简支T梁+(63+2×110+63) m预应力混凝土变截面刚构-连续组合箱梁+40 m简支T梁;右幅桥型布置为3 m×25 m预应力混凝土连续T梁+(40+25) m简支T梁+(63+2×110+63) m预应力混凝土变截面刚构-连续组合箱梁+40 m简支T梁。主桥主墩采用钢筋砼箱型墩、桩基础,交界墩采用钢筋砼薄壁墩、桩基础;引桥桥墩为柱式墩,桩基础。左幅0号台为肋板式台,桩基础,右幅0号台为肋板板凳台,桩基础,10号台为U型台、扩大基础。桥梁跨越马四河、薛梅铁路和108国道。见图1。
主桥箱梁为单箱单室变截面箱梁连续刚构,控制断面梁高:中间支点处6.2 m,边跨直线段及主跨跨中处2.6 m,其高跨比分别为1∶17.74和1∶42.31。梁高变化段梁底曲线采用二次抛物线。箱梁横截面为单箱单室直腹板,箱梁顶板宽度为12 m,底宽为6 m,箱梁梁体两翼缘板悬臂长度为3 m。箱梁桥纵向采用预应力钢绞线,竖向采用直径25 mm预应力精轧螺纹粗钢筋。横向采用普通钢筋。箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工。箱梁(含齿块)采用C55砼。
主桥下部主墩为6 m×3.6 m钢筋砼空心薄壁墩,基础为4φ2.5 m双排钢筋砼群桩。交界墩为6 m×2.0 m钢筋砼空心薄壁墩,基础为φ1.5 m双排钢筋砼群桩。主桥主墩墩身、交界墩身采用C40砼(主墩顶5 m范围内采用C55砼),主桥桥墩桩基、承台采用C30砼。箱梁结构大样图见图2。
1.2主要技术条件
(1)荷载等级:公路-I级。
(2)设计洪水频率:100年一遇。
(3)桥面宽度:整体式双幅桥,单幅桥宽12.00 m。
(4)航道等级:无通航要求。
1.3施工概况
主桥连续梁采用三角挂篮悬臂浇注施工,砼垂直运输采用塔吊吊装。悬浇段和边跨直线段完成后进行全桥合拢,合拢施工顺序为:先两边跨合拢,然后次中跨合拢,最后中跨合拢。
施工工艺流程:0#块托架搭设→0#块支架预压→0#块浇筑施工→在0#块上拼装挂篮→挂篮悬臂浇筑1 #～11#块→边跨直线段施工→边跨合拢段施工→次中跨合拢施工→中跨合拢段施工。
对于预应力混凝土刚构桥来说,采用悬臂施工法有许多优点,但这类型桥梁的形成要经过一个复杂的过程。在施工过程中如何保证主梁竖向线型偏差及横向偏移不超过容许范围、如何保证合拢后的桥面线型良好、如何避免施工过程中主梁出现过大的应力等问题,均需进行施工监控监测。此外,设计是在对结构初始状态等其他参数作出假定的情况下进行的,实际施工时,结构初始状态的失真、理论计算中边界条件的模拟、施工步骤的改变以及偶然施工荷载的作用都会影响结构在施工和成桥时的状态和结构的安全。而施工监控监测是根据施工现场实测结果所得的结构参数真实值进行施工阶段计算,确定每个节段的立模标高,并在施工过程中根据施工监测成果进行误差分析、预测和对下一立模标高进行调整,从而保证成桥后线型、合拢精度及结构内力符合规定值的要求。通过施工监控监测能够确保施工过程中结构的可靠度和安全性,保证桥梁成桥桥面线型及受力状态满足设计要求。
2质量控制
由于在设计计算中采用的物理力学参数与实际工程中的相应参数值不可能完全一致,施工时的临时荷载也不可能考虑得很完全,导致结构的实际应力与设计时的预期效果不一致。质量控制的目的就是通过在施工现场设立的实时测量体系,对施工过程中结构的位移(线型)、内力等参数实时跟踪测量,根据对监测结果应用先进的计算手段进行有效的分析、计算,预测施工下一阶段设置的参数(如施工预拱度及各梁段立模标高等),保证整个结构在施工过程中的安全,并最终逼近设计成桥状态。
3监测依据
(1)马四河大桥设计图纸。
(2)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)。
(3)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)。
(4)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)。
(5)《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)。
4施工监控计算
监控计算就是利用建立的监控计算体系对桥梁施工过程中各阶段结构的应力和位移状态及施工控制参数进行计算和预测,为施工提供施工阶段控制目标值,保证施工顺利进行并使结构最终达到或接近设计要求的成桥状态。悬臂施工连续梁桥监控计算所采用的方法是正装法。根据施工架设过程对结构进行正装施工控制计算(包括对结构某些参数的调整),使施工时结构的内力和变位等同或逼近设计目标状态。
4.1监控计算的主要内容
悬臂施工法大跨度刚构桥施工监控计算的主要内容包括线型控制计算及应力控制计算两个方面。线型控制计算的主要内容首先是根据施工阶段及步骤,考虑临时荷载、温度荷载、预加应力荷载、混凝土收缩徐变等因素的影响,判断已完成施工线型是否满足设计要求,其次是根据现有桥梁状态对下一阶段施工线型进行预测,提供立模标高等施工参数。应力控制计算的主要内容首先是计算在各个施工阶段,在各施工荷载及临时荷载组合情况下主桥关鍵截面的应力值及安全程度,并与实测值进行比较,其次是对下一阶段施工进行模拟计算,分析并预测关键部位的应力水平,对施工方案是否需要调整进行判断。
4.2结构计算
计算初始状态一般可以取用设计部门确定的设计状态作为监控计算初始状态。监控计算应对设计成桥状态进行复核验算,并进行优化,以确定最优的设计成桥状态,并以此作为监控计算依据。
根据桥梁的几何参数、结构参数和设计状态建立有限元模型。
计算控制参数的选择原则是所选择的参数在施工现场是经常变化的,并且其变化应能较敏感地反应出在施工过程中其对桥梁结构行为的影响,而且,这些参数应易于表示,易于度量,易于取得。通常情况下,选择混凝土箱梁的线型(即悬臂端的顶面标高)及梁体控制截面的应力等。
另外,施工控制参数包括:结构各构件施工前后的标高变化和主墩偏位、各构件施工前后结构内力的变化、预应力束张拉顺序及张拉吨位的调整、结构体系转换时对结构参数的调整等。
4.3施工状态预测
监控计算的结果应与设计单位的计算结果进行核对,以保证施工安全。计算的主要内容为各施工阶段的结构内力、应力以及线型,同时提供悬臂浇筑梁段的立模标高。
4.4施工后的校核计算
本阶段施工完毕后,将计算结果与施工监测结果进行比较,若两者差别满足要求,则提出下阶段的施工控制参数以进行下阶段的施工;若不满足要求,则根据最新的实测监控参数进行结构分析并对本施工阶段控制参数的目标值进行必要的修正。对每一阶段的施工都重复步骤4.2和4.3的内容。
4.5设计参数识别
在本桥施工控制中,设计参数的识别就是通过量测施工过程中实际结构的行为,分析结构的实际状态与理想状态的偏差,用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数,经过修正设计参数,来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差的目的,本桥采用施工控制技术为我公司开发的自校正调节法。该办法是将自适应控制和预测控制结合起来,实现最优控制。
4.6施工监控方法——自校正调节法
施工过程中,桥梁的实际状态与理想状态存在一定偏差。施工中结构偏离目标的原因涉及的范围极其广泛,包括设计参数误差(如材料特性、截面特性、徐变系数等)、施工误差(如梁段重量、悬浇误差、预应力张拉误差等)、测量误差、结构分析模型误差等。为了分析并调整这些误差,达到最优控制,需要运用一定的控制理论和方法,把桥梁施工看作为一个复杂的随机动态过程,根据结构理想状态、现场实测状态和误差信息进行误差分析,使结构施工的实际状态趋于理想状态。
本桥拟采用自校正调节法将自适应控制与预测控制结合起来,其控制思路是:首先,采用最小二乘法根据实测值对结构中的设计参数与计算模型进行自校正,重新建立施工目标状态,然后,运用卡尔曼滤波器进行状态滤波与预测,最后用最小二乘法进行最优化控制调节。该方法具备三大功能:①根据实测值不断地对计算模型进行自校正;②通过滤波得出结构的真实状态并预测未来;③根据滤波值与预测值采用最优控制方法对偏差进行调节。鉴于它比一般的预测控制增加了自校正功能,又比一般的自适应方法增加了预测和调节功能,称之为自校正调节法。
5施工监测
施工控制中的监测内容主要包括3个方面:①线型测量:桥梁轴线偏位及主梁标高测量;②主梁各控制截面在各施工阶段的混凝土应力测试;③温度场测量。
5.1桥梁结构线型监测
线型控制是施工监控的重要内容,线型的好坏直接关系到梁体的安全,主跨、边跨的合拢,以及全桥建成通车后的行车舒适度。同时,监控指令的正确合理与否,很大程度上依赖于线型等实测数据的准确性与真实性。
按《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)的要求,对主梁悬臂浇筑过程中的立模标高、局部线型、轴线偏位、同跨对称点高程差、合龙段相对高差、断面尺寸偏差、已浇段及成桥后主桥系统控制误差等指标进行控制监测。
5.2结构应力监测
选取具有代表性的截面,埋设应力传感器,对其应力应变进行测试,并通过对相关测试应变数据进行理论分析、误差分析使其尽可能地接近实际,从而较准确的掌握结构的真实应力状态。
5.3温度场测量
结构受力状态及线型的变化除与结构外荷载状态等因素有关外,还与结构体系所处的温度场相关。桥梁结构在桥位处各种环境因素的影响下,其温度场的变化主要体现在长期季节温差和短期体系温差两种形式上,长期季节温差主要是由于季节变换(环境气温)而引起结构整体升降温,对结构的影响主要体现在:结构整体升降温及合拢温度控制;短期体系温差主要指桥梁结构在日照等因素的影响下,在结构内部产生不均匀温度场,形成温度梯度。施工过程中,这两种形式的温差均将对结构的内力及线型产生重要影响。因此,必须在施工过程中对温度场进行监测。
6施工监测方法
6.1结构变形监测
借助施工建立的平面及高程控制网,应用三角及精密水准法对桥梁进行线型监测。
6.1.1线型监测
线型监测是连续梁施工控制的核心之一,确定好线型测点非常重要。为确保测试结果的准确、可靠,每个施工块件腹板上前端顶各布置2个对称的高程观测点,以利于在观测箱梁挠度的同时,同时观察箱梁是否发生扭转变形。0#块的高程观测点不但是本块件箱梁顶板设计标高的控制点,同时也是后续各悬浇节段高程观测的基准点,因此每个主墩及次主墩箱梁顶面的高程控制点作加密布置,具体见图3。块件的挠度测点位置设在距块件前端10 cm处(距箱梁两个腹板中心90 cm)的顶面,并尽量与施工单位共用一套测点,以互相校核。测点采用φ16钢筋制作,并用在垂直方向上与箱梁顶板的上下层钢筋点焊牢固,并保持垂直,顶端打磨平整,侧缘倒角并露出砼面1 cm,用红油漆标识。
图3
6.1.2主梁轴线偏位测量
主梁轴线偏位测点布置见图4,采用视准法直接测量。将全站仪或经纬仪架设在墩顶梁面中心,后视另一墩顶梁面中心,视线为基准线,在梁前端中心标记处放置小钢尺,钢尺基准点与梁端中心点重合,用仪器直接读取钢尺读数,即为轴线偏移值。
(说明:N1、N2为挠度测点,CP为轴线偏位测点)
图4主梁轴线偏位测点布置图
6.1.3线型测量仪器设备
全站仪,精度:±2”。Wild NA2自动安平水准仪,精度:±0.7 mm/100 km。
6.1.4线型测量注意事项
(1)线型测量过程中,当各墩之间及各墩与施工控制网之间可以联测时,应进行联测,以确保测量数据的可靠、准确。
(2)为尽量消除温度对线型测量的影响,线型测量时间定在温度相对恒定时进行,一般在夜间19:00以后或清晨日出8:00之前,并随季节调整。
(3)施工监控过程中应注意因暂时不平衡力而引起的主梁和墩身线型的变化。
(4)施工监控过程中,应注意各种临时荷载、挂蓝等力是否平衡。并严格管理各种临时荷载的堆放位置。
(5)线型测量工况:预应力张拉后。特殊情况下可适当加密测量的频次。
6.2结构应力监测
对大跨度预应力混凝土桥梁而言,由于混凝土材料的非均匀性和不稳定性,受设计参数(如材料特性、密度、截面特性等参数)、施工状况(施工荷载、混凝土收缩徐变、预应力损失、温度、湿度、时间等参数)和结构分析模型等诸多因素的影响,結构的实际应力与设计应力很难完全吻合,即计算应力不可能准确反映结构的实际应力状态。只有通过理论分析、误差分析等手段,使测试应力结果尽可能地接近于结构实际,才能较准确地掌握结构的真实应力状态。由于混凝土材料的特殊性,测量应力的误差主要来源于混凝土的实际弹性模量的差异和混凝土的收缩徐变的影响。为了排除非受力应变,在埋入工作应力计的同时,也埋设无应力计,测试混凝土的非应力应变。从实测的总应变中减去无应力计测试的无应力应变,即可得到由应力引起的混凝土应变,再根据混凝土的应力应变关系,可以推算混凝土在不同应力状态下的单轴应变计算公式,从而计算出混凝土的应力。
6.2.1传感器选择
基于大桥施工工期长、工作量大(测量频繁且须多点同时读数)、现场测试环境差(边施工,边测量),密封、绝缘要求高,温度变化难于预测,因撞击、振捣损坏传感器器件的情况不可避免。同时,还必须设法排除混凝土收缩徐变对测试结果的影响。在整个监测监控期间,为了不影响桥梁现场施工进度,鉴于同类桥梁施工监控的经验,拟选用内埋式钢弦应变传感器。目前,工程界普遍认为,钢弦式内埋应变传感器量程大、精度高、零漂和温漂小,且自身防护破损的能力好,便于长期观测,是混凝土应变测量较理想的传感元件。
根据混凝土箱梁结构可受到的荷载和温度变化情况,选用钢弦式记忆智能数码应变计。其主要指标如下:量程±1 500 με、灵敏度1 με、长期稳定性2 με～3 με。配合使用无应力计,检测仪器为钢弦频率巡检仪。
6.2.2测试断面及测点布置方案
實践表明:箱型截面整体性好,结构刚度大,承受正、负弯矩及抗扭能力强,是一种经济合理的截面形式。单箱单室薄壁截面,可提高单位面积的惯性矩,可采用箱梁顶板横向预应力与腹板内竖向预应力配筋来解决长悬臂箱梁的受力问题。对于大跨度三向预应力混凝土刚构桥,箱梁结构在混凝土悬浇中各截面的应力分布有很大的差别,起控制作用的因素是主梁的自重、挂篮和预应力,因此监测主梁的上下缘正应力就显得尤为重要。
应力测试断面的选择主要考虑以下因素:①结构受力的关键截面;②施工流程;③本桥自身特点;④结构的对称性;⑤结构或构件的受力特点。
6.2.3钢弦应变计埋设
为保证埋设的钢弦应变计有较高的成活率,需对埋设的应变计特殊处理和进行多项检查。在操作中尽可能准确地使钢弦应变计与纵向应力方向保持一致。为防止混凝土浇筑过程中传感器的窜位和角度改变,埋设时用扎丝将传感器较牢捆扎在钢筋上。
6.2.4箱梁应力测量工况
混凝土箱梁的悬浇过程大致可分为3个工序:①挂篮前移、立模;②混凝土浇筑;③预应力张拉。则应力测量工况为:悬臂施工的前1个～2个阶段,在混凝土浇筑后和预应力张拉后测量;后续节段正常施工,在预应力张拉后测量,合拢前适当加密;然后对体系转换后箱梁结构各工况改变后的应力进行监测,直至箱梁竣工。特殊情况下,可适当加密箱梁应力的监测频次。测量时间选定在每一工况结束后3 h～6 h为宜,同时,在每一施工阶段,各工况测量时的温度变化不能太大。
6.3结构温度监测
温度场测量采用JMT-36半导体智能型温度传感器进行。
JMT-36智能型温度传感器主要性能:精度±0.5 ℃,稳定性±0.5 ℃,测量范围-40 ℃～150 ℃,线性误差±0.3 ℃;其测量结果可不受接长导线长度影响,测量仪器采用ZX-300型巡检仪。
温度场的测量值作为控制参数供施工控制计算之用。
6.4施工线型控制目标
两合拢两侧主梁悬臂端高差小于1 cm,要求结构的线形平顺最大误差与设计线形比较小于3 cm。
6.5箱梁悬浇高程控制示意图
见图5、图6。
7投入施工监控的仪器设备
根据本桥监控监测的要求,采用两套通过实际工程使用检验的施工控制专用软件进行计算分析,以及进行全过程施工控制及预测。
序号仪器设备名称数量(台套)用 途
1便携式计算机1数据处理
室内作业
2国产便携式打印机1室内作业
3ZX-300巡检仪1应力监测
4巡检仪集线箱4应力监测
温度测量
5全站仪1线型测量
6Wild NA2自动安平水准仪1线型测量
7ZX-212A型弦式记忆智能数码应变计若干应力监测
8JMT-36智能型温度传感器若干温度测量
9Midas软件1结构计算
10其他常用工具(如钢尺、钢板尺、钢卷尺、垂球、三角尺和计算器等)若干
通过施工监控,马四河大桥施工合龙线形偏位为15 mm,高程偏差为8 mm,满足设计及监控的要求。
3-3、4-4、9-9、10v10、14-14 2-2、5-5、6-6、7-7、11-11、12-12、
和15-15截面(左幅) 13-13和16-16截面截面(左幅) (c)1-1和8-8桥墩截面
(b)主梁截面应力测点布置点应力测点布置图(左幅)
(说明:温度传感器的布置见上图。全桥合计:埋入式应变传感器70个,表面式应变传感器8个,温度传感器70个。)
图6
参考文献
1 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)
2 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)
3 《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)
4 《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)
Control Hangs Pouring Short Radius Curve Bridge’s Construction Quality
Du Yuelin
Abstract: East of this article the air crossing construction is an example, introduced in the small radius bracket construction’s bridge, uses buries the temperature and the endogenic force strain sensor in advance, the union construction monitoring survey, through advanced computation software, control construction linear.
小半径曲线加宽型轨枕的研制 篇6
关键词：小曲线,曲线加宽,混凝土轨枕
0前言
随着铁路现代化建设的发展, 铁路的快速与重载需求日趋迫切, 线上部份已经进入了由轻到重, 逐步加强的发展模式。但在特定的历史背景和自然条件下, 普通山区小半径曲线铁路依然大量存在, 作为普通铁路三大薄弱环节之一的小半径曲线, 是铁路工务部门一直重点防控的设备。其在横向、竖向、纵向等错综复杂的外力相互作用下, 极易造成变形积累、病害加剧和材质损耗, 逐渐降低线路设备的强度和稳定性, 甚至会危及行车安全[1]。因此, 要提高线路设备质量, 确保行车安全, 就必须要对小半径曲线上用枕进行合理选择并对线路进行整治和精细养护。
成都铁路局山区铁路运营条件较其它路局更为恶劣, 在过去木枕线路多的情况下, 工务养护维修工作量大, 维修费用投入高, 运营安全性低。成都局目前曲线半径500mm以上的线路上还存在着大量的Ⅱ型轨枕, 甚至还有Ⅰ型轨枕。由于Ⅰ型、Ⅱ型轨枕存在上述缺陷, 因此, 应逐步采用新Ⅱ型枕、YⅡ-T型枕或Ⅲ型枕更换。考虑到运营条件可能发生新的变化, Ⅱ型枕最终也可能完全被Ⅲ型枕所取代。尤其是曲线半径小于300mm的线路, 需要解决小曲线半径的病害, 而目前现有YⅡ-F型、Ⅲa型预应力混凝土有挡肩枕标准图的承轨槽的尺寸与扣件系统均按1435mm设置, 扣件系统的轨距调整量有限, 不能满足曲线加宽需求, 需将轨枕承轨槽的尺寸加大, 在原有扣件系统规格型号不变的情况下, 达到曲线加宽的目的。
为了有效解决R<300m曲线线路问题, 特研发出一种新型混凝土轨枕, 并将该轨枕定义为小半径曲线加宽型预应力混凝土轨枕, 以下简称Ⅲak型轨枕。
1 设计思路
1.1 轨枕设计
(1) 选择适合的枕型, 确定轨枕承轨槽距离加宽值, 对加宽后轨枕受力情况进行计算;验算轨枕截面承载是否满足要求。
(2) 在设计完成后即进行试制和力学性能试验, 包括:轨枕的静载试验、挡肩推力试验。
1.2 轨枕弹条扣件配套技术研究
根据轨枕上轨距加宽情况, 制定弹条扣件组装配置要求。
2 Ⅲak型轨枕设计
2.1 主要设计参数
2.1.1 线路主要计算参数
(1) 铁路轨距:1450mm;
(2) 曲线半径:<300m;
2.1.2 轨枕设计计算参数
(1) 钢轨支承刚度:重型及以下轨道 (即60kg/m轨以下) 采用1000k N/cm;
(2) 混凝土强度等级:C60;
(3) 预应力混凝土钢筋:制作轨枕所采用的预应力钢丝应为规律变形钢丝, 直径为7mm, 强度标准值为1570N/m2, 屈服强度为1340N/m2, 弹性模量为2×105MPa;
(4) 最大轴重:轨枕计算时取260k N。
2.2 轨枕设计及荷载计算
2.2.1 选型及参数
现阶段, 小曲线半径用枕的线路均铺设Ⅱ型混凝土轨枕, 为考虑今后线路的提速重载发展需求, 本项目选用Ⅲa型轨枕进行开发研究, 为节约开发成本, 只对Ⅲa型轨枕承轨槽部分尺寸进行改进, 铺设根数仍按1667根/km。我国现有Ⅲ型有挡肩枕为两承轨槽外侧间距为1818mm。方案一:将Ⅲ型有挡肩枕两承轨槽外侧间距加宽到1833mm, 采用原有扣件系统配置, 可直接解决轨距加宽15mm的要求。方案二:将Ⅲ型有挡肩枕两承轨槽外侧间距加宽到1827mm, 调整原有扣件系统配置型号, 也可解决轨距加宽15mm的要求。
方案选择:方案一在实际使用中, 在缓和曲线上从加宽15mm调到0mm时, 其扣件系统将无法满足要求, 需要其他轨枕过度;方案二将现有Ⅲ型有挡肩枕两承轨槽外侧间距加宽9mm后, 在缓和曲线上使用可以仅需调整原有扣件系统配置型号, 无需选用其他轨枕过度, 就可以满足使用需求。由此, 决定将方案二作为定型方案。
2.2.2 轨枕垂向压力计算
机车通过钢轨作用于轨枕, 承轨部分的垂直动压力Rd按下式进行计算:
式中, P0为静轮重, 为设计静轴重的一半。本设计取为130k N;γ为轮重分配系数, 按轨枕设计方法为0.48;α综合动载系数, 本设计取为1.5。
因此, 轨枕的垂向动压力为:
2.2.3 Ⅲak型轨枕截面荷载弯矩计算
在改进过程中只对轨下截面进行变动, 而对轨中截面没有作任何调整, 所以, 只对轨下截面进行验算即可。
根据铁科院“院总编号:TY字第0831号预应力混凝土枕设计方法”规定, 计算图见图1。
轨下截面正弯矩的设计值计算:
考虑轨底不等宽增加8%, M轨下=17.57k N·m
2.3 预应力配筋检算
2.3.1 轨枕静载抗裂弯矩
表1为Ⅲak型轨枕截面静载抗裂弯矩。
轨枕静载抗裂强度按TB/T 1879《预应力混凝土枕静载抗裂试验方法》进行计算:
式中, K1为按简支梁图示计算时, 与支距L和荷载分布宽度b相关的值, 当L=0.6m, b=0.1m时, 计算值为0.1375;K2是考虑轨枕自重对承载的影响, 并根据大量试验数据而确定的, 取值为1.05。
2.3.2 轨枕疲劳承载弯矩检算
轨枕为预应力混凝土受弯构件, 应以正截面受拉区混凝土边缘纤维应力达到0.7ft计算确定疲劳承载力, 同时, 应检验在设计荷载下受压区混凝土边缘纤维的应力不应大于0.7fc。
轨下截面疲劳承载正弯矩:
同时, 受压区混凝土边缘纤维的压应力σc′为:
计算知轨下截面疲劳承载满足设计要求, 轨中符合Ⅲa型轨枕使用要求。
2.3.3 轨枕受弯极限承载弯矩
轨枕受弯极限承载弯矩见表2。
3 轨道其它部件选用
为了适应曲线加宽轨枕Ⅲak的安装要求, 达到曲线加宽轨枕Ⅲak的使用需要, 根据现有扣件进行选用。
3.1 扣件系统选用说明
3.1.1 选用依据
选用依据: (1) 轨道为有砟轨道结构; (2) 采用60kg/m钢轨; (3) 采用弹条扣件。
3.1.2 适用范围
混凝土扣件适用于轨距为1450mm铁路曲线半径小于300m线路上, 连接60kg/m钢轨与混凝土枕。
3.2 轨枕及弹条扣件配置
3.2.1 轨枕安装配置
轨枕的安装配置按表3执行。
3.2.2 弹条扣件配置
60kg/m钢轨采用弹条扣件其配置见表4。
3.3 弹条扣件轨距调整
60kg/m钢轨线路弹条扣件按标准轨距1435mm的轨距调整量为-3mm, +17mm。轨距调整量及轨距挡板号码的配置见表5。
扣件系统采用弹条式扣件, 弹条扣件按标准轨距1435mm的轨距调整量为-3mm, +17mm。满足小半径曲线线路轨距加宽15mm的要求。
该设计改进均以60kg/m钢轨线路为标准进行, 对于50kg/m钢轨的小半径曲线线路, 该轨枕同样也适用, 只是将6号轨距挡板用14号代替, 10号轨距挡板用20号代替, 20号轨距挡板处安装A型弹条, 其他均不变即可配套使用。
4 生产过程的工艺控制
4.1 工艺流程
本轨枕的生产采用工厂化的专业生产, 其生产工艺流程如图2所示, 产品如图3所示。
4.2 生产中关键工序的控制
混凝土搅拌、张拉、振动成型、养护工序为生产曲线加宽轨枕Ⅲak的关键工序, 这些工序在过程控制中对产品的质量起着决定性作用。
4.2.1 混凝土搅拌工序
混凝土的和易性作为拌和物的重要特性, 其流动性、粘聚性、保水性构成了其和易性的重要表现。为了保证拌和物质量, 搅拌工序中计量设备的准确度和搅拌时间起到了关键作用, 工作度不稳定是计量不准所导致的;混凝土的强度和均匀性与搅拌时间有着必然的联系, 从多次试验和生产实践中应选择最佳搅拌时间, 搅拌时间过短将对混凝土的匀质性有极大影响, 时间过长会产生泌水和离析现象。
根据生产过程控制要求, 对以下四方面做了严格规定: (1) 电子秤的配料计量误差要求除粗细骨料±2%偏差外, 其余组分均为±1%; (2) 微机控制室的室内温度控制必须确保在 (20±3) ℃范围内; (3) 净搅拌时间控制在120s左右; (4) 混凝土拌和物稠度控制, 增实因数控制在1.3左右。
4.2.2 张拉工序
张拉过程控制应注意: (1) 钢丝定长下料的精度误差要求:同组钢丝极差 (最长与最短之差) 不超过2mm; (2) 钢丝外观要求:不得有起弯、伤痕缺陷, 断口应平直; (3) 镦头质量要求:镦头形尺寸合格, 不得有歪、斜、裂等缺陷; (4) 张拉控制值的要求:不得超张拉或欠张拉。
4.2.3 振动工序
振动的目的是为了降低混凝土料粒间的摩擦力和粘结力, 使其在自重力作用下, 充实料粒间的间隙, 使混凝土内部的空气排除, 保证产品表面光滑、平整, 不出现空洞麻面, 确保产品外观质量。混凝土轨枕振动工序关键控制点为: (1) 振动时间, 初振与加压振动时间分别设定为120s与60s; (2) 多余拌合物停放时间不得超过20min, 并且不得随意添加水; (3) 加压振动后扶正成孔器、清边清槽干净彻底。
4.2.4 养护工序
养护的意义在于提供水泥水化作用必须的适当温度、湿度条件, 以保证正常的水化作用, 特别是在开始的7d内, 如果其内部相对湿度低于80%, 就会影响到设计的混凝土性能。按照这一要求, 薄膜覆盖养护不能在混凝土中保持足够的水分。因此, 如要加大水化反应程度, 必须进行喷雾养护和湿养护[2]。我们采用静停时间≥2h, 升温速度不大于20℃/h, 恒温蒸汽养护温度为 (58±2) ℃, 并有一定的停汽降温时间, 降温速度不大于20℃/h, 出坑前的轨枕表面与坑外环境温差不大于20℃, 轨枕脱模后按保湿养护10d以上。
4.3 轨枕检验
根据相关检验标准进行检验, 生产的小半径曲线加宽型轨枕Ⅲak的外观质量、外形尺寸、混凝土抗压强度、静载抗裂试验、挡肩推力试验均符合标准要求。
5 结论
(1) 将Ⅲ型有挡肩枕两承轨槽外侧间距加宽到1827mm, 通过对预应力配筋检算、合理选用扣件系统配置型号, 可满足各项轨枕设计参数性能要求。
(2) 通过对混凝土轨枕生产过程中关键工序的质量控制, 确定了混凝土搅拌、张拉、振动、养护的重要控制指标。
(3) 研制的小半径曲线加宽型轨枕Ⅲak适用曲线半径小于300mm的范围, 能有效满足山区铁路的工务需求。
参考文献
[1]余轶虎, 朱西龙.浅谈普通铁路小半径曲线的养护[J].中国建设信息, 2008, (22) :50-51.
小半径曲线梁桥 篇7
本桥为北方某沿海地区四线铁路跨越城市道路而设, 铁路四线线间距分别为5.35m、4.85m及5.75m, 位于半径R=400m的平面圆曲线上, 单向纵坡0.25%;道路路面总宽度为58m, 与铁路交叉角度为53°;交叉处铁路路基高度2.8m, 道路通行高度要求5.5m, 地下水位埋深0.5~2.6m。
2 桥式方案
2.1 桥孔布置
由于交叉角度较小, 铁路桥面及公路路面均较宽, 为尽量减少道路下挖深度, 经综合比较最终确定了桥式采用普通混凝土桥梁横向布置为两幅分离式的钢-砼结合梁, 跨度布置依次为:曲线内幅桥跨度布置为23+40.29+25=88.29m, 横向设置2%的双向坡, 主梁采用Q370q E的钢槽梁, 桥面板采用C50钢筋砼及C50钢纤维微膨胀钢筋砼;曲线外幅桥跨度布置为23+39.64+25=87.64m, 横向设置2%的双向坡, 主梁采用Q370q E的钢槽梁, 桥面板采用C50钢筋砼及C50钢纤维微膨胀钢筋砼。
2.2 砼桥面板
砼桥面板采用C50砼及钢纤维微膨胀砼, 钢纤维含量为45kg/m3, 砼膨胀率为万分之五, 其中两中墩左右侧各8m范围采用C50钢纤维微膨胀砼, 其余区段采用C50砼。其中心线与钢主梁中心线间距0.15m, 曲线内幅桥中心线半径R=397.125m, 曲线外幅桥中心线半径R=407.525m, 砼板在道砟范围横向设置双向2.0%的坡度, 道砟挡墙外侧坡度为0, 内幅桥横向宽度11.75m, 外幅桥横向宽度11.3~11.5m, 砼板在主梁范围的底板坡度为0, 中心线处板厚0.45m, 曲线内侧悬臂端板厚0.18m, 曲线外侧悬臂端板厚0.2m。
砼桥面板为现浇普通钢筋砼结构, 钢筋采用HRB335。砼板纵向、横向钢筋均采用2根一束布置, 纵向钢筋直径有16、18、20mm三种类型, 纵向钢筋基本间距100mm;横向钢筋直径有20、16m两种类型, 基本间距110mm。在每个中墩区域布置一层直径20mm的斜筋, 斜筋与支撑对角线垂直布置, 基本间距110mm。相邻桥面纵向2根一束上下层钢筋的接头均相互错开600mm, 纵向的上下层钢筋接头相互错开600mm。砼板与钢主梁通过焊接于顶板的剪力钉结合为整体。如果浇筑砼桥面板进行振捣有困难, 纵向的2根一束钢筋可竖向排列。
2.3 桥梁钢主梁
桥梁主梁采用钢槽梁, 材质为Q370q E, 曲线内幅桥主梁中心线半径R=396.975m, 曲线外幅桥主梁中心线半径R=407.675m, 梁高 (翼板至底板内侧) 1.8m, 内幅桥两侧腹板内宽6.5m, 外幅桥两侧腹板内宽6.3m。顶板分左右2块, 单块顶板宽度1.2~1.4m, 厚度24~48mm;腹板厚度24~44mm;内幅桥底板全宽6.7m, 外幅桥底板全宽6.5m, 厚度24~48mm;底板加劲肋按600mm的基本间距布置, 底板中间处为500m间距, 加劲肋高220mm, 厚度为18mm、24mm两种。主梁每隔2m左右交错设置一道加劲肋、一道空腹式隔板, 支点处设置实腹式横梁。腹板及底板加劲肋采用T型截面, 腹板加劲肋高350mm, 加劲肋翼板宽200mm;底板加劲肋高400mm, 加劲肋翼板宽200mm。空腹式隔板采用桁架结构, 桁架上弦采用组焊的工字型截面, 高250mm, 翼板宽320mm;桁架腹杆采用双角钢与板件焊接的组合截面, 角钢为L160×160×14mm, 板件为145×14mm, 其与角钢的1肢相焊接以构成组合截面, 桁架焊接于钢主梁顶板、腹板加劲肋、底板加劲肋。
中支点两侧的主梁顶面设置有X型平联结构, 平联杆件采用组焊的工字型型截面, 截面全高250mm, 上下翼板宽300mm, 平联仅上翼板与主梁顶板通过M30高强螺栓连接。
主梁于工厂分节段制造, 各节段于现场依次吊装并组焊成一体。
3设计荷载
3.1 恒载
(1) 一期恒载:结构构件重量根据实际截面与容重计算得出。钢结构容重按78.5KN/m3乘以1.35的系数, 即78.5*1.35=106KN/m3;C50混凝土容重取26.25KN/m3。 (2) 二期恒载:钢轨及扣件、轨枕重量、道碴、挡砟墙、员工走道及护栏、防水层、耐摩保护层、员工走道电缆槽、电力风水管线等二期恒载合计取值为:曲线内幅桥160KN/m, 曲线外幅桥155KN/m。
3.2 活载
(1) 铁路活载。a.总体计算活载:单幅桥双向共2线中-活载。b.横向、局部计算活载:单幅桥2线中-活载。c.冲击系数:根据1+μ=1+22/ (40+L) , 桥梁不同跨度分别取值。 (2) 离心力。主梁位于平面曲线, 平曲线半径R=400m, 离心力计算根据《铁路桥涵设计基本规范》 (TB 10002.1-2005) 第4.3.6条办理。 (3) 横向摇摆力。横向摇摆力取100KN, 作为集中荷载, 水平方向垂直线路中线作用于钢轨顶面。 (4) 员工走道荷载。员工走道活载按4KPa计, 员工走道活载不与列车荷载组合。
3.3附加力
(1) 制动力:制动力按列车竖向静活载的10%计算, 单幅桥为两线, 只取一线计算。 (2) 风力:按《铁路桥涵设计基本规范》 (TB10002.1-2005) 第4.4.1条办理。 (3) 温度荷载。整体升降温:钢梁制造温度为15~20℃, 整体升降温按历史最高温度、最低温度与制造温度差值取值。主梁与砼板温差:±10℃。
3.4 特殊荷载
特殊荷载主要考虑以下几种: (1) 列车脱轨荷载。按《铁路桥涵设计基本规范》 (TB 10002.1-2005) 取用。 (2) 地震力。按《铁路工程抗震设计规范》 (GB50111-2006) 规定计算。 (3) 施工荷载。采用支架法施工, 加载相应施工临时荷载。
4荷载组合
施工状态:恒载+临时荷载。主力组合:恒载+活载。主+附组合:主力+附加力。取最不利组合进行检算。
5 支座布置
桥梁曲线内外侧两幅桥采用竖向承载力为12500KN的球型支座共8个 (其中固定支座2个, 仅横向活动支座2个, 仅纵向活动支座2个, 双向活动支座2个) , 采用竖向承载力为5000KN的球型支座共8个 (其中, 仅纵向活动支座4个, 双向活动支座4个) , 安装时需注意两幅桥横向固定的支座均安装于靠近梁缝中心线一侧的梁底。
6 钢-砼结合梁制造施工要点及注意事项
(1) 施工期间应减少重型设备作用于桥梁结构, 重型设备作用于桥梁结构上时, 应另作结构安全性检算, 且满足受力要求方可。 (2) 钢梁节段的运输、存放、安装等过程需采取有效措施保证结构及剪力钉不受损伤。 (3) 各施工临时设施的强度、刚度及稳定性必须满足现行有关规范的规定, 保证施工阶段结构安全。施工支架需进行120%的超载预压, 需考虑支架受力后的弹性变形与非弹性变形对支架顶高程的影响, 主梁的支架高程需精确定位。 (4) 本桥为曲线梁, 施工过程进行压重时, 应在钢梁两侧腹板附近区域同步、对称加载, 且加载重量对主梁中心的扭矩应基本平衡, 切忌偏载。拆除压重时需同步、对称。 (5) 施工过程进行的临时起顶, 主梁两侧须同步缓慢进行。两中墩在落梁时, 须同步缓慢进行。支点起顶采取起顶力及起顶量双控。 (6) 现浇砼板时, 需注意员工走道、挡砟墙等的预埋钢筋的设置, 不得遗漏。在新浇砼时, 须对先浇筑的砼板接触面进行凿毛。 (7) 临时起顶时, 中墩应使用主梁两侧腹板处的临时支点。 (8) 本桥在进行支座更换时, 临时支点须进行同步、同位移且缓慢的起顶, 起顶时支座的脱空高度不超过10mm, 中墩宜使用主梁两侧腹板处的临时支点。 (9) 每个区域砼板浇筑完成后, 需待砼实际强度及弹性模量达到设计值的95%, 且龄期大于7天, 再进行下一工序施工。砼浇注完成后, 应按施工规范的要求及时进行养护、覆盖、保湿, 防止日晒或受冻工作, 以避免产生早起裂缝。需严格控制拆模时间, 尽量避免由于温差和混凝土收缩产生的裂纹。养护期间或混凝土强度、弹性模量未达到设计值的95%之前, 应防止遭受振动。
7 结束语
钢-砼结合梁充分发挥了混凝土结构受压钢材受拉能力强的特点, 在减轻梁重的同时有效降低了梁高, 充分发挥了钢材与混凝土的材料特性, 鉴于钢-砼结合梁同时具有施工方便快捷、环保美观性好、养护维修简便、经济效益良好等特点, 钢-砼结合梁结构作为一种新的发展趋势在未来城市发展建设中应得到普遍推广及应用。
摘要：钢-砼结合梁是指采用剪力连接件将钢板梁、钢箱梁、钢桁梁等结构构件和钢筋混凝土板结合在一起共同工作的一种复合式结构。钢-砼结合梁能够充分发挥钢、混凝土的材料特性。采用钢-砼结合梁结构的梁高较混凝土梁小, 用钢量较钢梁小, 维护相对简便, 同时还具有刚度大震动及噪声小、施工方便快捷等特点, 非常适宜城市桥梁。本工程正是基于钢-砼结合梁具有的以上特点最终确定采用钢-砼结合梁桥的设计方案。
关键词：铁路,小半径,大跨度,连续,钢-砼结合梁
参考文献
[1]中华人民共和国铁道部.TB 10002.1-2005.铁路桥涵设计基本规范[S].2005.
[2]中华人民共和国铁道部.GB 50111-2006.铁路工程抗震设计规范[S].2009.
[3]中华人民共和国铁道部.TB 10002.1-2005.铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].2005.
论小半径曲线钢轨磨耗原因及防治 篇8
目前, 济南铁路局管内胶黄线和蓝烟线线路, 仍然存在小半径曲线, 钢轨磨耗病害十分严重, 给交通运输和人们的生命安全造成了严重的影响和危害。钢轨的磨耗一般是由于轮轨的反复摩擦、相互作用造成的, 它不仅降低了轨道交通的安全性和可靠性, 减少了轨道的使用寿命, 造成了大量的金属耗费和成本投入, 尤其以小半径曲线钢轨为最。本文通过研究和分析造成小半径曲线钢轨磨损的原因, 对其防治提出有效的解决办法和措施, 以期提高小半径曲线钢轨的使用性能, 延长它的使用寿命。
1 小半径曲线钢轨的磨耗原因
造成小半径曲线钢轨出现磨损状况的主要原因包括以下几个方面。
1.1 钢轨的位置错误
小半径曲线钢轨出现磨耗状况的一个很重要的原因就是由于钢轨位置的错误, 使得钢轨的里外受力不均而产生偏压, 从而造成列车在行车时的不平稳, 而这又恰恰加速了钢轨的磨耗, 形成恶性循环。具体表现在:
(1) 钢轨的轨底坡不符合标准。有些地区的小半径曲线钢轨的轨底坡不能很好的将车轮与钢轨顶面吻合起来, 致使钢轨的顶面出现偏压, 从而造成了钢轨的磨耗。
(2) 超高度不符合交通的实际情况。有些项目中小半径曲线钢轨的超高过小或过大, 使得钢轨在使用时与列车的车轮不能正常的接触而出现偏载现象, 造成了钢轨轨面的磨耗。
1.2 养护工作不到位
对小半径曲线钢轨的养护工作是确保钢轨质量和行车安全的重要措施和方法。尤其是对钢轨的曲线状态的养护, 直接影响到钢轨的磨耗程度。养护工作中的问题主要体现在下面几个方面:
(1) 缓和曲线的超高递减距离不足, 导致列车在行进到缓和曲线阶段时出现摇晃、振动、冲击等现象, 造成钢轨的磨耗。
(2) 钢轨的间距超出规定范围, 导致钢轨不能完全的与车轮重合, 使得列车在行进过程的阻力加大, 造成列车行驶的晃动不稳定, 从而引起钢轨轨面的磨耗。
(3) 位于坡道的曲线轨道由于坡度的不准确使得作用在列车车身上的各种力量达不到平衡状态, 从而引起钢轨的磨耗。
(4) 钢轨的捣固不牢, 道床不干净, 在养护时没有对线路上的吊板、暗坑、三角坑、病害等进行及时的修补和养护, 导致钢轨质量的下降, 造成钢轨磨耗的加速。
1.3 其它方面的原因
造成小半径曲线钢轨出现磨耗的原因, 除了上述提到的两大方面, 还存在其它方面的因素, 具体体现在:
(1) 货物超载。列车的超载主要引起的是钢轨轨头部分的疲劳伤损, 尤其是速度不快的重载货物列车对小半径曲线钢轨的磨耗更大。
(2) 没有及时的对钢轨进行修整, 造成恶性循环式的钢轨磨损。
(3) 钢轨的自身材料硬度不强, 造成钢轨存在硬弯或低接头, 造成车轮对钢轨打击力的增大。
(4) 缺少相应的轨枕、防爬设备以及联结零配件, 有些部件已经失效, 对钢轨的固定作用减弱, 从而导致钢轨轨面磨耗的加剧。
(5) 没有及时有效的进行列车的维护保养, 使得已经超限或者变形的车轮没有得到及时的更换, 造成车轮在行进过程中对钢轨的冲击力增大, 进而加速了小半径曲线钢轨的磨耗程度。
2 小半径曲线钢轨侧磨的整治措施
在日常工作中主要采取了以下几个方面综合措施, 对于减缓小半径曲线钢轨侧磨效果显著。
2.1 改善曲线轮轨受力状态, 减缓曲线侧面磨耗速率
积极采用干式润滑剂等新材料、新技术, 开展曲线钢轨的定期涂酯工作, 减缓曲线侧面磨耗速率, 达到延长钢轨使用寿命目的。采用车载式曲线钢轨干式润滑剂涂覆, 对太焦线晋城—月山区间小半径曲线钢轨进行干式涂覆减磨, 效果显著。
2.2 加强曲线几何尺寸的养护维修
曲线几何尺寸的养护质量, 对钢轨侧面磨耗、钢轨使用寿命影响较大。在日常维修工作中, 重点加强对曲线正矢、轨距的养护, 加强曲线高低、水平 (超高) 的日常控制, 及时打磨曲线下股飞边等, 提高曲线养护质量, 有效地延缓了钢轨磨耗速度。
2.3 更换高强度的钢轨
采用高强度钢轨, 可以延长钢轨的使用寿命, 延缓钢轨侧磨的速度, 小半径曲线地段采用全长淬火轨, 钢轨以PD3或稀土轨为主体, 有效地延缓了钢轨的侧磨速率。
2.4 合理设置曲线超高
曲线超高过小, 列车通过时外倾, 加大了作用在外股钢轨上的压力, 轮轨间摩擦力变大, 加快了曲线的侧面磨耗;而曲线超高过大, 列车通过时内倾, 紧贴内股钢轨运行, 加大了作用在内股钢轨上的压力, 加大了列车内外轮走行距离差, 外股钢轨上车轮滑移加剧, 同样也加快了钢轨的侧面磨耗。所以, 合理设置曲线超高, 是减缓曲线侧磨速率的重要、有效措施。
2.5 合理地设置轨底坡
设置合理的轨底坡, 增大轮轨间接触的面积, 从而延缓曲线磨耗的速度。在更换小半径曲线钢轨作业时, 可以将普通胶垫更换为坡形胶垫, 有效改善钢轨的受力方式, 据统计, 与原来采用普通胶垫的钢轨相比, 钢轨的磨耗速度减缓了近1/3, 起到了显著的效果。
2.6 及时调整各种连接零件
日常曲线养护过程中, 往往会因为轨枕位置不对、钢轨的不均匀磨耗, 而调整局部地段的轨距挡板或尼龙后座, 导致整条曲线上轨距挡板、尼龙后座为非标配置, 要求在换轨时必须及时将扣板、挡座调整到标准配置, 然后调整轨枕拨正曲线, 否则, 新换的钢轨方向不良, 从而加剧钢轨的侧面磨耗;同时缩短扣件涂油周期, 轨枕螺纹道钉锈蚀, 螺杆直径不足16mm或折断失效的应及时更换、改锚, 以保持道床横向阻力均匀。
2.7 保持道床的洁净、饱满
道床应经常保持饱满、均匀、整齐、密实, 小半径曲线禁止连3及以上轨枕空吊或翻浆冒泥, 桥头、有碴桥上设置挡碴板, 防止道床溜坍。对大机清筛地段和板结严重地段的同类型小半径曲线进行比对, 清筛地段磨耗速度明显降低, 未清筛前每年平均磨耗达6~8mm, 清筛后降至4~5mm, 所以保持道床石碴饱满、洁净, 有良好的弹性对减少小半径曲线磨耗是非常重要的。
2.8 科学管理, 掌握规律
(1) 实行定期、定点测量制度。设定专人负责曲线钢轨侧面磨耗的监控、分析及日常管理工作, 为了更好掌握小半径曲线的磨耗规律, 按照每季度对小半径曲线侧面磨耗、钢轨飞边发展情况进行一次全面定点测量。分三部分选点, 五大曲线要素点 (ZH、HY、QZ、YH、HZ点) ;其次是特殊点即轨距拉杆点, 在两个缓和曲线上各选两点, 圆曲线上以QZ点为分界点, 前后各选两点, 共8个轨距拉杆点, 观察拉力是否均匀;再次是在整个曲线范围内选点, 每根轨上选取两点来观测整条曲线磨耗情况。收集大量资料, 来分析、掌握曲线磨耗的规律, 建立专用台帐, 记录相应技术参数。
(2) 建立钢轨侧面磨耗速率分析制度。根据每季度曲线侧面磨耗值, 进行科学分析, 预测钢轨调边或更换日期, 及时安排计划, 同时, 对侧磨不均匀或侧磨速度过快的要找准原因, 制定对策, 及时整改。
参考文献
[1]张进孝.集通线减少曲线地段钢轨磨耗分析[J].内蒙古科技与经济, 2009 (14) .
小半径曲线桥梁设计问题的分析 篇9
桥梁中的支座是联系上部结构与下部结构的重要构件,它是梁体与桥墩台支承处设置的传力装置。支座不仅仅要传递很高的荷载作用,还要保证桥梁结构一定的位移。实际工程中,小半径曲线桥支座脱空的现象在工程中常有发现。支座脱空后,其本身应该承担的上部结构荷载,转移到相邻的支座,使相邻的支座局部承压增加而破坏。同时,主梁在反复荷载作用下,会产生振动,影响桥梁的使用性能,降低主梁的稳定性。同时对于曲线桥还应注意的是箱梁抗扭问题,高速公路互通式立交桥中的弯箱梁桥中墩多布置成独柱支承构造。在独柱式点铰支承曲线连续梁中,上部结构在外荷载作用下产生的扭矩不能通过中间支承传至基础,而只能通过曲梁两端抗扭支承来传递,从而易造成曲梁产生过大扭矩。本文就工程实际情况,提出一些切实可行的处理方法,以供大家参考和借鉴。
1 支座脱空工程实际事例及处理方法
某互通式立交工程的桥孔布置为4×(4×30)=480m,共计16孔,等截面预应力混凝土连续梁。箱梁采用单箱单室截面、等高度腹板,跨中设置了一道中横隔梁。本桥平面处于一个R=400m的右偏圆曲线开始,中间一个R=125m的左偏圆曲线和一个R=400m的右偏圆曲线终止,其终点以及圆曲线之间采用缓和曲线连接。
上部结构预应力混凝土箱梁左右腹板为等高度。桥面横坡由箱梁整体旋转一定角度形成。桥墩支点处设置横隔梁,边跨支点设置端横隔梁,各跨跨中处设置中横隔梁。由于本桥第二联～第三联是位于R=125m的平曲线内,这2联内的中墩墩顶支座设置了向曲线外侧18cm的预置偏心,在各联梁边端均设置两个盆式支座,而各中墩支点设置两个固定支座。预应力混凝土等截面连续梁采用“桥梁博士”(V2.9)程序进行内力分析和配束,采用曲梁网格法划分单元,纵向模拟两道纵梁,施工采用满堂支架现浇,支座沉降按5mm计,温度模式按顶板升降温5℃考虑,设计时按其最不利情况进行组合。
在工程竣工后,发现位于平曲线半径为125m内的第二联～第三联的双支座墩出现支座脱空的现象。脱空的支座位于梁端曲线的内侧,脱空的高度范围为0.5～1.2cm,同时有少量径向位移。如图1所示。
根据此情况,再次进行验算,利用“桥梁博士”程序(V3.0),采用曲梁网格法划分单元,纵向模拟两道纵梁。计算时温度模式按箱梁上、下缘升降温5℃考虑,支座沉降按5mm计。通过计算,正常使用状态荷载组合Ⅱ的情况下,过渡墩支承反力为拉力。
根据计算结果,采取了在桥台或过渡墩处将梁顶升,撤换支座的方案。对于桥台(过渡墩)处,直接将端横隔梁两端植入钢筋,两端横向加长,首先在内侧新布设GJZ300X350型橡胶支座,利用千斤顶在外侧将梁顶升(顶升力300t),拆除原桥支座,再在图2中所示外侧位置新设置GJZ500X600型橡胶支座。
本方案只是在桥台处增加了上部结构箱梁横截面,在保证了使用功能的同时,对于本桥的美观影响也不是很大。采用这种措施后,桥梁效果良好,至今没有发现任何问题。
通过对上述工程实例的分析计算,设计者应该认识到对于小半径曲线桥,必须进行空间计算,分析桥梁横向之间的反力。为防止支座脱空,设计时应注意以下问题:
(1)横向两支座不再以桥梁的实际中心线为对称中心,根据空间计算结果设置横向偏心距,但问题是偏心距往往不能彻底解决支座脱空的实际,尤其是桥梁一联的长度过长,匝道桥梁平面线位变化复杂(例如反向平曲线,并且存在缓和曲线)时,极容易出现问题,必须认真对待。
(2)由于桥梁孔径布置限制,不可避免存在跨径较大的小半径曲线连续梁桥,必须采用预应力结构时,应尽量保证各桥墩均采用双支点,当必须采用单支点形式时,应尽量减少一联连续梁中单支点的数量。
(3)宜避免设置抗拉支座,可考虑采用桥台(或过渡墩)支座横向间距加大的措施。
(4)弯桥设计一般采用现浇钢筋混凝土连续箱梁,这涉及到桥梁纵向一联总长度的选取问题。为了避免支座脱空问题,一联的长度宜短不宜长,最长80m为宜。
(5)对于除了端支点外其它均为单支点形式的小半径曲线预应力连续梁桥,应采取有效的构造措施避免内侧端支座脱空。可采取的措施有调整预应力束布置形式、设置拉力支座、增大端支座的间距、合理设置单支点的预偏心、单支点处设置必要的限位装置等。
2 曲线桥箱梁抗扭问题
直梁桥受“弯、剪”作用,而曲线梁桥处于“弯、剪、扭”的复合受力状态,故上、下部结构必须构成有利于抵抗“弯、剪、扭”的措施。曲线梁桥的弯扭刚度比对结构的受力状态和变形状态有着直接的关系:弯扭刚度比越大,由曲率因素而导致的扭转变形越大,因此,对于曲线梁桥而言在满足竖向变形的前提下,应尽可能减小抗弯刚度、增大抗扭刚度。所以在曲线桥梁中,宜选用低高度梁和抗扭惯矩较大的箱形截面。
为减小曲线梁桥梁体受扭对上、下部结构产生的不利影响,可采用以下方法进行结构受力平衡的调整:
(1) 为减小此项扭矩的影响,比较有效的办法是通过调整独柱支承偏心值来改善主梁受力。
(2)通过预应力筋的径向偏心距来消除曲梁内某些截面过大的扭矩,改善主梁的受力状态也是一种行之有效的办法。预应力曲线梁往往产生向外偏转的情况,这是由其结构特点造成的。预应力产生的扭矩分布和自重、恒载作用下的扭矩分布规律有着较大的区别,为调整扭矩分布,可在曲线梁轴线两侧采用不同的预应力钢束及锚下控制应力,构成预应力束应力的偏心,形成内扭矩来调整曲线梁扭矩分布。
下部支承方式的确定。曲线梁桥的不同支承方式,对其上、下部结构内力影响非常大。对于曲线梁桥,中间支承一般分为两种类型:抗扭型支承(多支点或墩梁固结)和单支点铰支承。在曲线梁桥选择支承方式时,可遵循以下原则:
(1)对于较宽的桥(桥宽b>12m)和曲线半径较大(一般r>100m)的曲线梁桥,由于主梁扭转作用较小,桥体宽要求主梁增加横向稳定性,故在中墩宜采用具有抗扭较强的多柱或多支座的支承方式,亦可采用墩柱与梁固结的支承形式。
(2)对于较窄的桥(桥宽b≤12m)和曲线半径较小(一般约r≤100m)的曲线梁桥,由于主梁扭转作用的增加,尤其在预应力钢束径向力的作用下,主梁横向扭矩和扭转变形很大。由于桥窄因此宜采用独柱墩,但在选用支承结构形式时应视墩柱高度不同而确定。较高的中墩可采用墩柱与梁固结的结构支承形式。较低的中墩可采用具有较弱抗扭能力的单点支承的方式。这样可有效降低墩柱的弯矩和减小主梁的横向扭转变形。但这两种支承方式都需对横向支座偏心进行调整。
(3)墩柱截面的合理选用。当采用墩柱与梁固结的支承形式时就必须注意墩柱的弯矩变化。在主梁的扭转变形过大同时墩柱弯矩也很大(一般墩柱较矮)的情况下,宜采用矩形截面墩柱。因为矩形截面沿主梁纵向抗弯刚度较小,而沿主梁横向抗弯刚度较大,这样既减小了墩柱的配筋又降低了主梁的横向扭转变形,更适合其受力特点。
解决曲线梁弯扭耦合所带来的抗扭问题,除了考虑抗扭约束外,还可以从如下方面入手:一是通过偏心支承,利用主梁自身恒载调整主梁扭距分布;二是通过预应力,合理布置调整主梁扭距分布。实际设计中多用双柱墩提供抗扭支承,而用独柱墩通过预设支座偏心调整主梁扭距分布。
3 结束语
导致曲线梁出现病害的设计原因很多,包括预应力设置不当、未设置横向限位、温度效应考虑不周等,主要是设计人员对曲线梁的受力特点重视不够,很多桥梁没有按三维受力情况进行结构分析。通过本文的这些论述,希望能给设计者带来一些解决曲线桥常见问题的方法。
摘要：对于小半径曲线桥存在的支座脱空和箱梁抗扭问题,提出了切实可行的处理方法。
关键词：小半径曲线桥,支座脱空,箱梁抗扭
参考文献
[1]王伯惠.立交工程[M].北京:人民交通出版社.
[2]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社.
小半径曲线梁桥 篇10
关键词：无缝线路;稳定性;病害
一、无缝线路的稳定性理论
无缝线路，是将轨端不钻孔、不淬火的标准钢轨在工厂焊接成一定长度，然后运到铺轨地点，再焊接成1000m到2000m的长钢轨的铁路轨道。无缝线路最大的特点是它在结构上限制了钢轨的伸缩，当温度变化较大时，钢轨内将集聚较大的温度应力，进而可能造成轨道的膨曲，亦即丧失“稳定”。这将极大地威胁列车的行车安全。因此，无缝线路稳定性分析具有重要的理论与实践意义。无缝线路稳定性分析主要研究轨道的膨曲，即：胀轨跑道的发生规律，分析其产生的原因及主要影响因素。
影响无缝线路稳定性的主要因素有四个：即温度变化、初始平顺性、道床横向分布阻力和列车动力。首先，温度变化引起钢轨纵向温度应力，要保持轨道的稳定，轨道框架一般不足以抵抗轨道变形，正常需要道床的横向约束来保证轨道的稳定。但由于道床是由散体介质构成，道床结构易于发生变化，因而道床约束阻力受到削弱或被破坏是轨道失稳的直接原因。为保证线路稳定性，目前基本上采用Ⅲ型轨枕、Ⅱ型弹条扣件、优质道砟并保持足够的道床厚度、加大道砟肩宽和保持外股150mm道砟堆高、加轨距杆、上地锚拉杆等措施。
二、小半徑曲线无缝线路的稳定性分析
（一）小半径曲线无缝线路的稳定性加强理论。在小半径曲线上，由于曲线轨道实设超高与行车速度不相适应，车轮转向时，作用于钢轨上的附加横向力以及车轮进入或驶离缓和曲线时，对钢轨的横向和竖向冲击作用，使轨道产生变形。曲线轨道的变形，将导致列车在曲线上的摇摆，增加作用于轨道上的横向力，使曲线轨道变形加剧，形成严重的方向不平顺。小半径曲线无缝线路由于承受温度力、纵向力及横向分力，而横向分力又指向曲线外侧，即可能发生跑道的方向，到了高温季节很可能会引起胀轨跑道进而威胁行车安全。
小变形下，道床的横向阻力和轨道横向位移呈非线性关系。因此，小半径曲线无缝线路应采取一定的加强措施以提高道床纵横向阻力和轨道框架刚度来保障行车安全。
小半径曲线的变形曲线图，由许多单波组合而成。波长无规律，但基本上是呈现一个主半波，波长及矢度较大，两侧则为矢度及半波长很小的副半波。按势能驻值原理，在弹性原始弯曲矢度和塑性原始弯曲矢度及等效道床阻力均相等的条件下，曲线的轨道半径愈小，容许的计算温度力愈小，轨道的横向变形量较大。因此我们把曲线加强的重点放在半径小于400m的曲线上。
安装钢轨桩即是线路加强的一个有效措施。采用钢轨桩后，路基土摩擦力通过钢轨桩和拉杆与横向分力和离心力形成方向相反的近似的共线力系，这将有助于降低列车通过曲线线路时的离心加速度，使列车通过更为平稳。
三、小半径曲线无缝线路的病害整治
（一）小半径曲线无缝线路的病害分析。引起小半径曲线无缝线路病害的原因是多方面的，一般病害也是由多个条件共同引发的，病害和影响条件之间一般没有对应关系，只有主次之分，且大部分病害之间相互影响。
通过对造成小半径曲线病害的诸多因素进行分析，最直接的无疑是机车车辆作用在小半径曲线上的附加力。在同等运营条件下，小半径曲线无缝线路钢轨将承受更大的径向力。如果线路局部不平顺，将加剧曲线上股钢轨的磨耗和下股钢轨的压溃，钢轨的磨耗和压溃会减弱轨道的框架刚度并且会使线路轨距扩大，不但会加大其他零配件的磨损程度，而且会使该处不平顺程度加剧，使轨道状态恶化。因此，保持线路的平顺性，以降低机车车辆作用在轨道上的附加力，是延长小半径曲线维修周期、降低维修周期的关键。
（二）小半径曲线病害的整治措施。（1）调整好小半径曲线各部尺寸。1）有计划地整治小半径曲线范围内漫坑，及时消灭小坑。2）每年根据春季测速资料，夏季结合综合维修对超高进行调整。特别对钢轨出现伤损异常的曲线要做重点监测。3）小半径曲线轨距易变化，需进行常态化调整以达到要求的轨距。
4）在小半径曲线拨正中，采用增加副矢点的办法控制曲线圆顺度效果较好。5）在小半径曲线养护中要注意缓和曲线的超高、正矢递减是否符合标准。6）小半径曲线范围内联结零件要经常保持全、紧、润、无失效，扭力矩符合《维规》规定，挡肩破损的混凝土枕要及时修复，失效的要及时更换，道床不洁要及时清筛，道床要饱满。（2）对小半径曲线进行技术加强。1）按《维规》规定安装轨距杆或轨撑时，可根据曲线的实际情况采用增加轨距杆或采取轨距杆与支撑配合使用的方法进行小半径曲线加强。2）在小半径曲线上铺设合金轨和Ⅲ型轨枕及相应的扣件。
结语：无缝线路的稳定性作用机理相对较复杂，本文通过借鉴无缝线路典型分析及自己的工务实践，对小半径曲线无缝线路作了简要分析，并得出了一些结论，同时对小半径曲线无缝线路的病害产生原因及应对措施提出了一些自己的见解，以供参考。
参考文献：
[1] 铁道部，铁路线路维修规则[M]，北京：中国铁道出版社，1997;
小半径曲线梁桥 篇11
关键词：钢-混凝土叠合梁桥,支座负反力,解决对策
1 工程概况
青岛市东西快速路三期工程高架桥南起山西路南与隧道接线, 北至宝山路与规划新疆路高架相接, 向东与东西快速路一期相接, 包括东西快速路高架、莘县路立交和莘县路高架三部分 (见图1) 。桥梁总面积约为6.38万m2, 桥梁总长度为3 411 m。其中东西快速路高架约为0.9万m2, 分为4联12跨;莘县路立交约为1.6万m2, 分为20联52跨;莘县路高架约为3.8万m2, 分为14联45跨;工程共计38联109跨。
莘县路立交为3层全定向互通立交, 其中SA4号、SB3号匝道桥需跨越莘县路高架主线, 同时受地面道路渠化等因素影响, 跨径分别布置为44.5 m+35 m、30 m+35 m+43.4 m。另外, 全桥位于半径80 m的曲线段, 若采用预应力混凝土结构, 梁高较大且受力性能较差, 宜出现各种病害, 经过专家评审两桥采用钢-混凝土叠合梁结构。本文针对SA4号桥进行论述。
如图2所示, 桥梁全宽9.5 m, 单向2车道, 横断面布置为0.5 m (防撞体) +0.5 m (路缘带) +2×3.75 m (大车道) +0.5 m (路缘带) +0.5 m (防撞体) ;桥梁总高度为2.35 m, 自上而下分别为0.07 m (沥青混合料铺装) +0.25 m (C40现浇混凝土板) +2.03 m (钢箱梁) 。
2 理论计算
结构计算采用MIDAS CIVIL 2010, 结构简化体系采用空间单梁模型 (见图3) 。计算荷载采用城市-A级;离心力按照40 km/h的汽车速度所产生的离心力计;温度荷载按照升温34 K、降温10 K考虑非均匀升 (降) 温的影响;风荷载采用青岛地区33.9 m/s风速计算。
空间单梁计算模型划分为86个单元, 95个节点, 边支点设置为横向双支承, 支点间距为4 m, 中支点设置为单点支承, 支反力计算结构汇总见表1。
分析以上结果可以看出, 钢-混凝土叠合梁桥自重较小, 当曲线半径较小时, 在车荷载、风荷载、离心力等共同作用下, 曲线内侧支座反力为负值, 即在一定荷载组合工况下, 支座出现脱空现象, 必须引起高度重视, 本工程采取各种措施解决该问题。
3 解决措施
钢-混凝土叠合梁桥一般自重较小、跨径较大, 支座出现负反力的问题更加明显。解决这一问题的办法有增加抗扭支座设计、设置预偏心、调整跨径布置、设置梁端压重及拉压支座设计等。
由于本工程桥下渠化条件限制, 不具备调整跨径的条件;而设置预偏心仅能调整恒载的分布情况, 对自重较轻的桥梁来说效果不明显, 因此这2种措施不适于本工程。
3.1 增加支座抗扭设计
常用的抗扭支座设计分为梁柱固结和设置横向双支座2种, 本工程桥梁下部桥墩采用变截面花瓶柱的设计, 柱顶的扩头为桥梁设置横向双支座创造条件。优化设计时首选将中支点单点支承调整为横向双支承。调整后支反力汇总结果见表2。
从表2可以看出, 中支点设置横向双支座后, 梁体的扭转长度减小, 边支点内侧支座负反力的问题得到改善, 其中, 边支点2对应桥梁跨度较小, 扭转长度及扭矩也相应较小, 支座负反力现象已经解决, 但支反力安全储备较小;边支点1对应桥梁跨度较大, 扭转长度及扭矩也相应较大, 内侧支座在最不利荷载工况下仍出现负反力, 但绝对值已大幅减小60%;中支点由于自重反力较大, 不存在支座负反力的情况。
3.2 设置梁端压重
梁端压重是解决支座负反力的另一种有效措施。本工程在靠近边支点1附近设置5 m的压重区域以平衡负反力, 在靠近边支点2附近设置1 m的压重区域以增加该区域的反力储备。压重区采用C40微膨胀混凝土灌注, 膨胀率0.06%, 容重≥25 k N/m2, 混凝土分不同的区格分层对称浇筑, 以减小施工期间对腹板、横隔板的侧向压力。另外, 在腹板、底板及横隔板与混凝土结合面处均焊接剪力键, 以增强与混凝土之间的有效连接 (见图4、图5) 。
通过增设压重区措施后支反力汇总结果见表3。
从表3可以看出, 通过设置梁端压重, 有效解决边支点1内侧支座的负反力问题, 同时, 边支点2处内侧支座的支反力储备得到有效提升。由于压重设置范围位于边支点附近, 有效提升边支点的局部承压能力。
3.3 拉压支座设计
为保证本工程具有一定的安全可靠度, 根据桥梁构造尺寸, 在边支点内侧支座处采用特殊的拉压支座设计 (见图6) 。支座主要性能参数如下:
1) 支座竖向抗压承载力≥3 000 k N, 竖向抗拉承载力≥600 k N;
2) 支座均采用双向活动支座, 纵向最大位移量≥40 mm;
3) 支座绕横桥向轴最大转角位移量≥0.015 rad;
4) 支座横桥向尺寸控制在60 cm以内, 保证螺栓能避让开箱梁边腹板。
4 结语
通过设置抗扭支座、设置梁端压重等措施, 有效解决边支点内侧支座的负反力问题, 各种工况下的支座反力如表4所示。另外, 通过设置拉压支座, 增加了安全储备。
青岛市东西快速路三期工程于2010年建成通车, 至今已运营3 a, 通过对SA4号桥工程实例的理论分析, 结合该桥实际运营效果检验, 桥梁结构整体使用效果良好, 未出现支座脱空等病害问题, 实际效果与理论计算基本吻合, 总结小半径钢-混凝土叠合梁桥支座负反力解决对策如下。
1) 钢-混凝土叠合梁桥受力性能好、自重轻、材料利用率高, 用于城市高架、立交等条件受限的大跨径、小半径桥梁, 得到较好的使用效果[1]。但由于自重较轻, 易出现半径内侧支座负反力的问题, 应引起设计人员的高度重视。
2) 设置抗扭支座是解决支座负反力问题最行之有效的措施。本桥在中支点设置抗扭支座后, 边支点1内侧支座负反力绝对值减小529 k N, 虽未完全解决负反力问题, 但负反力降幅达到60%;边支点2内侧支座负反力问题得到解决。
3) 设置梁端压重是解决支座负反力问题较为有效的措施。该桥在2个边支点附近灌注混凝土后, 边支点负反力问题得到彻底解决。
4) 设置拉压支座是解决支座负反力问题的常用措施。本工程在边支点内侧支座设置拉压支座, 作为安全储备考虑。
5) 对施工组织及顺序提出明确要求, 避免施工期间的倾覆危险。桥面混凝土顶板、防撞体等均采用先施工半径内侧, 后施工半径外侧的顺序, 施工机械尽量靠近半径内侧布置及行驶。
参考文献