小半径钢箱梁（精选7篇）
小半径钢箱梁 篇1
随着城市基础设施投入的进一步加大, 小型市政桥梁越来越多, 形式也多种多样。在城市繁华地段的十字路口等交通枢纽处, 建造圆形钢箱梁过街天桥不失为一种较理想的选择。过街天桥作为城市建筑物, 除了要满足使用性能外, 更重要的还应该美观, 而圆形天桥既美观又有利于疏导各向人流, 但有一定的建造难度, 高质量的设计和制造、架设方案尤为关键。本文将结合某市政桥梁的制造、架设情况来介绍该类钢箱梁的建造技术。
1 工程概况
某人形天桥为半径18 m的全焊箱形封闭圆形结构, 其断面为双室箱形, 箱形总宽2.8 m, 两侧设有宽0.75 m的翼缘。桥面总宽4.3 m, 箱形高度1 m, 下盖板宽度2.84 m。每个箱室内设有横隔板、纵肋、竖助, 箱形上、下盖板板厚分别为16 mm, 20 mm, 腹板板厚为16 mm;翼缘上盖板与箱形共用, 另外设有翼缘隔板和板厚10 mm的斜盖板和端封板;在桥面两边还设有U形路缘石。钢箱梁断面见图1。每孔桥跨中需按二次抛物线设35 mm上拱度。钢箱梁采用Q235-B钢材, 全桥钢箱梁总重约230 t。
2 结构特点及制造难点
1) 因该桥为小半径圆形结构, 其上下盖板、腹板、纵肋等之间的圆形匹配有一定的难度, 尤其是腹板、纵肋需按一定的圆形匀顺组装;且梁段接口精度要求较高, 包括上下盖板、腹板、纵肋等组装位置必须严格控制, 否则将难以达到梁段间的组焊要求。试装或安装时一旦出现相邻梁段接口圆弧不匹配将难以处理。2) 翼缘上盖板、斜盖板与箱段的匹配有一定的难度, 且有大量的仰焊焊缝, 焊接质量不易保证, 加之现场施工条件较差, 现场组焊作业需较长时间。3) 该桥箱内空间狭小, 箱高1 m, 单室箱宽1.4 m。梁段焊接工作量很大, 尤其是上盖板与腹板、隔板、纵肋的焊缝, 施焊难度较大。4) 为了保证钢箱梁安装组焊的要求, 箱段制作合龙段, 比理论加长200 mm。该合龙段在现场安装合龙时, 根据实际量测结果配切而成。
3 钢箱梁制造工艺设计
为了保证钢箱梁制造质量, 减少工地作业量, 同时满足运输要求, 在征得设计者及业主同意后, 除梁段横向分成三块外, 纵向分成12段制作, 运至工地吊装就位后焊接成桥。分段后每段钢箱梁长约10 m、重约20 t。
3.1 箱段制造
3.1.1 单元件制作
1) 上、下盖板:为了省料, 先接荒料后数控下料切出曲线。长度方向预留1‰收缩量;下盖板宽度公差0 mm~+3 mm, 上盖板宽度公差-1 mm~+2 mm。切割含下盖板切割两短边焊接坡口。上盖板两端预留20 mm二次切头量, 组焊成箱形后划线用小车切割, 并切出坡口。2) 腹板:为了起拱的需要, 腹板须根据工艺要求划线起拱, 采用小车精切, 并精切两短边及坡口, 宽度公差:两端500 mm范围内0 mm~+1 mm, 中间部位-1 mm~+2 mm。长向预留1‰收缩量。如果两端宽度公差不能保证, 可采取局部修磨的方式解决。3) 横隔板及竖肋采用数控精切下料, 对竖肋两短边进行加工, 长度公差0 mm~+1 mm。4) 纵肋:为了使箱口对接焊缝和纵肋对接焊缝错开, 且便于箱口处上、下盖板现场对接缝施焊, 箱口部位设置400 mm长的纵肋嵌补段, 箱段两端纵肋各缩短200 mm。采用门切机精切下料, 两端加工半V型坡口, 长度不留收缩量。纵肋嵌补段下料长450 mm, 一端加工半V型坡口, 另一端待试装时量配加工半V型坡口。
3.1.2 箱段整体组焊
1) 在地平台上设置拱度垫, 分别铺上上、下盖板并按线组装纵肋成上、下盖板单元。平位焊接:在设置拱度垫的平台上进行修整, 重点控制平面度和曲线度。2) 箱段在简易胎型上正位组装, 根据工艺拱度值设置拱度垫。先铺下盖板单元, 以纵横基准线为基准, 按线组装横隔板、腹板、竖肋等;对腹板必须保证圆曲线, 必要时进行强制对位, 组焊完并修整合格后组装上盖板单元。组装时应保证箱口尺寸。箱段焊接时, 两端200 mm范围内盖、腹板角焊缝暂时不焊, 待试装时调整至箱口匹配后进行定位焊接。
3.2 翼缘制作
翼缘在厂内制作单件, 在工地拼装场组装到箱段上。1) 厂内单元件制作:翼缘上、斜盖板按每4 m左右一段, 数控下料, 长向预留3 mm收缩量;翼缘隔板采用数控下料;翼缘端封板按每4 m左右一段门切机精切下料。同时, 翼缘段在每个梁段接口设置500 mm~600 mm的嵌补段。2) 现场组装:箱段上划线组装翼缘隔板、翼线上盖板及斜盖板、端封板形成梁段整体, 待钢箱梁架设之后, 先焊接钢箱梁接口焊缝后再组焊翼缘嵌补段。
3.3 桥面路缘石制造
考虑到该件整体制造有一定难度, 按3 m左右分段制作成焊接件。即断面分成三块板制作, 其中水平板采用数控精切下料。采用简易拼胎组装成整体。
3.4 厂内试装
为了节省工地安装时间, 箱段在厂内分成两次进行试装。每次试装七段, 其中第一次试装后留两端段, 参加第二次试装。箱口间预留3 mm缝隙, 垫出拱度, 调整至箱口匹配后定位焊端部预留的盖、腹板主角焊缝, 并组焊箱口匹配件;根据箱口处的上、下盖板纵肋间距配制纵肋嵌补段;做好匹配件、嵌补段等位置标志, 以利工地安装。
3.5 涂装工艺
所有钢板在下料前均按工艺进行预处理, 并预涂20μm车间漆。对箱梁成品的具体涂装要求如下:1) 箱梁外部, 成箱后打砂除锈达到Sa3级 (桥面除外) 。利用电弧喷铝工艺, 铝层厚度100μm~150μm, 不涂封孔剂, 待架设完后涂装并进行装修。2) 对箱梁内部及其翼缘内部、上盖板外表面, 成箱后对焊接部位进行人工除锈达到Sa2.5级, 并对整个箱体内部、翼缘内部涂环氧沥青漆一道125μm。上盖板外表面仅对损伤部位补涂车间漆。
3.6 现场箱段安装
3.6.1 箱段安装工艺流程
箱段接口对位→横向环缝除锈→贴陶瓷衬垫→单面焊双面成型焊接→探伤→修整→组焊翼缘嵌补段→修整→组焊桥面路缘石→铲磨→除锈→涂装。
3.6.2 箱段安装要点
每个箱梁至少设置3个临时支撑, 确保安全。将梁段用两台20 t汽车吊吊装就位于临时支撑上, 用箱口对位匹配连接件使钢箱梁达到安装状态, 全面检查并调整钢箱梁接口的吻合程度、间隙尺寸及接头坡口尺寸。采用可回收式喷丸除锈机对焊缝两侧50 mm范围除锈后焊接。
3.7 焊接工艺实施
1) 上盖板、翼缘上盖板横向对接:采用开单面V型坡口, 加钢衬垫, CO2气体保护焊打底, 埋弧自动焊盖面。2) 下盖板对接:采用单面V型坡口, 背面加陶质衬垫, CO2气体保护焊施焊。为便于焊接, 腹板开过焊孔采用带切口的填充成型板焊堵后磨平。3) 腹板及纵肋对接:采用单面V型坡口, 用CO2气体保护焊, 在立焊位置焊接, 坡口的第一道打底焊前背面贴陶质衬垫[TG-1.02 (10/0.66) ] (见图2) 。4) 上盖板与冀缘上盖板纵向对接:采用开半V型坡口, 加钢衬垫, CO2气体保护焊焊接 (见图3) 。5) 其他翼缘件的焊接。翼缘端封板对接按立焊位置在外侧焊接 (见图4) ;翼缘斜盖板的对接焊坡口尺寸见图5。均采用CO2气体保护焊焊接。为保证翼缘上盖板与翼缘隔板密贴, 在与翼缘隔板相贴处的翼缘上盖板上单件时用钻床均布钻制20孔6个, 组装后塞焊、磨平。
4 结语
圆形钢箱梁天桥具有美观、实用等优点, 因而被城市规划人员、桥梁设计者和许多市民看好。该类钢箱梁看似简单、制造却有一定难度, 本桥由于采用了合理的制造和架设方案, 仅用两个半月就顺利完成了该项目, 且制作、安装质量优良, 可供类似钢箱梁制造时借鉴。
参考文献
[1]JTG/T F50-2011, 公路桥涵施工技术规范[S].
[2]GB/T 10212-2009, 铁路钢桥制造规范[S].
小半径曲线的养护维修 篇2
【关键词】山区；小半径曲线；维修
佳木斯工务段管内山区较多，导致线路设计上存在许多小半径曲线，这些小半径曲线病害较多，维修工作量大，影响行车安全。运行中的列车进入曲线后，由于牵引力和惯性力的作用，使车体沿着切线的方向运行，而轨道迫使车体转向，这样势必形成车轮冲击轨道，造成轨道变形，导致方向不良。当行车速度与外轨超高不相适应时，内外轨产生偏载，加剧钢轨磨耗。因此，曲线问题主要表现为钢轨磨耗和方向不良，这也就是曲线养护的重点。现就这几年工作中，对小半径曲线病害的成因分析及养护维修的一些方法简述如下：
1.小半径曲线常见病害
1.1钢轨侧磨及波磨是小半径曲线最常见的病害
轮对在曲线上滚动时，由于内外轮滚动的距离与内外轨线长度不相适应的长度差，要靠轮对在钢轨上滑行加以调整，这就产生了曲线上钢轨的垂直磨耗；当车轮滚动前进时，导向轮轮缘紧压外轨内侧面，轮轨间产生很大摩擦力，形成了钢轨的侧面磨耗。减少或消除曲线钢轨的磨耗，延长钢轨的使用年限，是研究解决小半径曲线病害的主要方向。
1.2几何尺寸易变化、保持周期短
小半径曲线上轨距、水平、高低、方向相对其他线路容易发生变化，保持的周期短。同时小半径曲线上联结零件承受的冲击力比较大，在相同扭力矩的情况下，小半径曲线联结零件更容易松动，而且当冲击力达到一定值时，易造成混凝土枕立螺栓失效、木枕道钉浮离、轨距杆折断、轨撑压裂、尼龙座挤碎、轨枕挡肩破损等问题。
1.3接头“支嘴”也是小半径曲线常见病害
钢轨在轧制过程中，由于冷却不均匀，运输过程中摔碰，运营过程中没有正确养护等都会造成钢轨弯曲。尤其在小半径曲线上，如存在接头处缺砟、轨枕失效、螺栓松动等问题，更易产生“支嘴”。
2.小半径曲线病害间相互关系
造成小半径曲线病害的原因是多方面的，任何一种病害也是由多个因素引发的，病害和因素之间没有一一对应的关系，只有主次之分，且绝大部分病害之间互为影响因素。
钢轨波磨的存在，将加剧钢轨系统的剧烈震动，致使轨道及机车车辆各部分承受过大的动荷载，造成扣件松动、轨枕开裂、道床粉化板结等病害。
小半径曲线局部不平顺不但会引发其它曲线病害，而且会使该处不平顺程度加剧。从造成曲线病害的诸多因素分析，实际造成小半径曲线病害多的最直接因素是机车车辆作用在小半径曲线的附加力大小。因此，保持曲线良好的状态，减少机车车辆在轨道上的附加力，是延长曲线维修周期的关键。
3.整治小半径曲线病害的主要对策
3.1全面校正小半径曲线几何尺寸是基础
3.1.1根据线路设计平、纵断面，定期全面校正曲线位置
按照列车运行速度，结合曲线的磨耗情况，合理设置超高，做好缓和曲线的超高顺坡；小半径曲线地段在大修后，应及时组织力量，対胶垫采用掉边或使用1/40或1/30坡型胶垫，使钢轨受力更趋合理。
3.1.2定期改正曲线轨距
轨距可以用加宽尼龙座0～6#、0～8#、0～10#，P60钢轨混凝土枕楔型胶垫等进行调整。P60钢轨楔型胶垫规格为185mm×151mm×14/10mm，其实安装后改变了轨底坡，使钢轨向内倾斜，使轨距改变。
3.1.3控制曲线圆顺度，及时拨正曲线
具体办法是在现有的10m间距中间增加一点副矢，其正矢在缓和曲线上为两相邻正矢点之和的一半，圆曲线上为圆曲线计划正矢，检测工具仍为20m弦线。
3.1.4控制几何尺寸变化率，特别是缓和曲线
在曲线养护中要切实注意缓和曲线的养护。超高、轨距和正矢递减是符合标准，是缓和曲线养护的关键。
3.1.5曲线范围内联结零件要经常保持全、紧、靠、润，无失效，扭力拒符合《修规》规定，档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。
3.2小半径曲线增设加强设备是保证
（1）按《修规》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是小半径曲线技术加强的发展方向。因Ⅲ型轨枕档肩为预埋件，强度大，易保持轨距。抗横向力、纵向力强，换后曲线状态较稳定，养护维修的工作量少，其经济效益和安全效益十分显著。
3.3整治钢轨病害是关键
（1）加强对钢轨的养护维修工作。有条件时要对波磨和肥边进行打磨，对减缓机车、车辆对小半径曲线冲击力有一定作用；在小半径曲线上，采取外轨侧面涂油，用以减少轮轨侧面的摩擦系数以减少曲线侧磨。
（2）钢轨接头是轨道结构薄弱环节，预防钢轨接头病害出现非常重要。主要做好以下三点工作：1）加强接头养护。如加强接头捣固，整治接头错牙，及时清筛，经常复紧接头螺栓，及时调整轨缝；2）加强钢轨和夹板的养护工作。及时矫正硬弯钢轨、复紧扣件；3）及时整修轨底坡，使之符合标准。保持曲线的平面线型、正确设置外轨超高和轨底坡度，校正曲线，保持良好的技术状态，提高捣固质量，使轨底基础弹性均匀，都对减少钢轨的磨耗有重要作用。
4.无缝线路小半径曲线的加强
在小半径曲线上无缝线路的受力和普通线路稍有区别，它承受着温度力和其它纵向力及其横向力，此横向力分指向曲线外侧，及可能发生跑道的方向。若轨道方向不良，到高温季节，在一定条件下，多种不利因素的偶合叠加，则会引起胀轨跑道，严重威胁行车安全。
对无缝线路大量调查后得出结论：很多的胀轨跑道并非温度力过大所致，而是由于对无缝线路起稳定作用的因素认识不足，养护维修跟进不力或破坏了这些因素而发生的。小半径曲线铺设无缝线路，控制因素主要是强度和稳定性，稳定性因素包括道床阻力和轨道框架强度。
4.1埋设钢轨加强桩
安装钢轨加强桩增强曲线的稳定性，使曲线正矢易保持，线路圆顺，减少养护维修量。在安装前，应先全面校正曲线几何尺寸，确保曲线状态良好方可安装。
4.2铺设全长淬火轨
小半径曲线上股钢轨侧面磨耗快，使用寿命短，成为轨道结构强度中的突出问题之一，给养护维修和运输安全带来极大的困难，采取合理设置超高，调整轨底坡以及采用曲线外轨内侧涂油等办法，对减缓小半径曲线上股钢轨侧磨起到了一定作用，但是小半径曲线钢轨的侧磨仍然十分严重。通过实践证明，在小半径曲线铺设全长淬火轨，可以大大减缓钢轨侧磨病害。
4.3曲线侧磨钢轨调变使用
随着列车运行速度和车流密度的逐步提高，小半径曲线成段侧磨速度较快，部分地段形成条状脱落，给曲线日常保养工作带来较大困难。对于不到大修周期但侧磨接近重伤钢轨，直接下道有些浪费，但如果不整治，不仅影响设备质量，也为行车安全带来隐患。在小半径曲线上股钢轨侧磨未达到轻伤标准时，将曲线上股与下股钢轨调边使用或将曲线上股与附近直线钢轨进行调边是整治小半径曲线钢轨磨耗的有效措施，延长钢轨使用寿命，节约维修成本。
5.结论
小半径弯箱梁桥病害处治分析 篇3
因受地形或路线布置限制, 目前国内各级公路上均存在较多小半径弯桥, 因半径较小, 一般采取整体现浇箱梁结构, 结构受力较复杂, 受早期钢筋布置不合理或后期车流量增大等因素影响, 桥梁出现裂缝等结构病害, 结构承载力降低, 不能满足要求;同时, 在车辆离心力、环境温差作用、梁体自重下滑力、支座限位不合理等综合因素下, 梁体出现滑移导致支座偏位严重, 个别支座已经完全脱出, 桥梁存在极大安全隐患, 亟需对此类桥梁病害进行处治。文中以鄂州地区某座弯箱梁为例, 着重研究箱梁采用体外预应力加固前后结构承载力及内力的变化情况以及支座偏移情况, 来说明体外预应力加固及弯桥支座纠偏的方法在桥梁加固中的可行性及适用性。
1 桥梁概况
该桥为7×20 m现浇普通钢筋混凝土连续弯箱梁桥, 平面处于R=40.728 m的圆曲线上;采用单箱单室截面, 中心梁高1.1 m, 顶板宽10 m, 底板宽5.5 m;支座采用QZ球形支座;桥面铺装层均为8 cm厚沥青混凝土;下部采用柱式桥墩、桥台, 钻孔灌注桩基础;原桥设计荷载:城—B级汽车荷载;桥面宽度为10 m。
桥梁的病害主要有:1) 外观检测。曲线箱梁未设置固定支座, 仅在3号墩顶处横向放置单向支座, 部分桥墩两侧支座均为双向支座。目前, 全桥支座均向箱梁曲线外侧产生不同程度的偏移, 其中, 3号墩左侧支座偏移量达到9.5 cm。2) 桥梁荷载试验。应力试验结果表明, 结构强度储备不足;挠度试验结果表明, 结构整体刚度储备不足;桥梁动载试验结果表明, 连续箱梁段由于结构变形等因素影响, 结构整体刚度较弱。试验检测结论为:该桥不能满足城市—B级荷载要求。
主要病害成因分析:曲线箱梁支座偏移成因分析:1) 曲线箱梁在平面设计上采用R=40.728 m曲线半径, 设计超高值偏小。在密集的交通荷载作用下, 车辆离心力造成梁体所受的离心力过大, 致使梁体向曲线外侧平移。2) 温度力的作用。该地区冬、夏季温差变化较大, 弯梁内、外侧弧长不同, 造成梁体胀缩不均匀, 逐渐产生了梁体向曲线外侧滑移的趋势。3) 由于弯桥处于4%的纵坡上, 存在梁体自重下滑力, 且4号, 5号墩顶位于最小弯曲半径处, 桥上车辆制动频繁, 在制动力和梁体自重下滑力的共同作用下, 造成箱梁梁体沿纵向出现滑移。
2 旧桥验算结果
加固前内力分析, 截面有效区宽度及温度梯度均按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的相关规定来进行计算, 计算结果如下:
1) 承载能力极限状态下曲线箱梁承载能力验算结果见表1。
2) 验算结论。验算结果表明, 依据04规范, 在公路Ⅰ级荷载标准下, 曲线箱梁跨中及支点截面抗弯承载能力不足或偏低, 安全系数在0.63~1.01之间。
3 加固思路及要点
1) 体外预应力加固。考虑到本桥上重车较多, 原荷载等级不能满足实际需求, 本次加固将荷载等级提高至公路Ⅰ级, 本次加固采用在箱梁腹板外侧张拉预应力钢束的方法进行加固, 提高箱梁各截面的承载能力, 具体措施如下:
采用增大截面法, 在7×20 m曲线箱梁腹板外侧加厚18 cm, 张拉预应力钢束。预应力钢束设置在曲线箱梁腹板外侧加厚层内, 两端分别锚固于距梁端1.3 m处新增齿板上, 采用后张法施工。每侧腹板设置2根515.2 mm的预应力钢束, 共4根钢束, 锚下控制应力为1 116 MPa (见图1, 图2) 。箱梁横断面见图3。
2) 支座纠偏复位。7×20 m曲线箱梁个别支座发生偏移, 经查竣工图原桥未设置固定支座及横向限位措施, 本次加固先采用千斤顶对梁体进行水平顶推纠偏复位, 同时更换支座使结构受力更合理, 最后在墩顶处设置横向限位装置来防止箱梁进一步偏移 (见图4) 。限位措施采用钢结构, 首先在墩顶箱梁底面种植螺栓, 通过锚固焊接设置钢制支撑构造 (见图5, 图6) 。
4 加固处治施工步骤
本桥加固工程总体施工步骤如下:
第一步, 搭设必要的施工吊架及施工支架;第二步, 在墩顶安装钢制顶升支撑平台;第三步, 顶升梁板, 同时对曲线箱梁进行纠偏复位, 更换曲线箱梁支座;第四步, 在曲线箱梁腹板外侧浇筑齿板、腹板加厚层;第五步, 对称张拉新增预应力钢束, 浇筑封锚混凝土;第六步, 在桥墩位置箱梁底面种植锚栓, 设置钢制挡块。
5 加固后验算结果
加固后内力分析, 截面有效区宽度及温度梯度均按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的相关规定来进行计算, 计算结果如下:
1) 曲线箱梁在最不利组合下弯矩包络图见图7。
2) 承载能力极限状态下承载能力验算结果见表2。
3) 验算结论。验算结果表明, 加固后箱梁及空心板抗弯、抗剪承载能力及曲线箱梁抗扭承载能力均能满足公路Ⅰ级荷载标准要求。
4) 曲线箱梁端部新增钢束锚固区局部分析 (见图8) 。增设预应力钢束后, 在张拉锚固作用下, 箱梁腹板、翼缘板与新增齿板交界面处混凝土表层在未考虑原结构普通钢筋作用下的最大拉应力约为2.2 MPa。
6 结语
1) 对比加固前后的弯矩值 (见表1, 表2) , 加固后, 箱梁承载能力显著提高, 中跨跨中抗弯安全系数达到了1.15, 边跨跨中抗弯安全系数达到了1.12, 支点负弯矩区抗弯安全系数达到了1.13, 加固后, 箱梁跨中及支点抗弯可以满足要求。
2) 通过反复对比计算可知, 体外预应力加固布置锚具时, 张拉锚固点应尽量靠近箱梁端横梁位置, 因为体外预应力张拉时拉力较大, 锚固点处原桥箱梁腹板混凝土会产生较大的拉应力, 如果锚固点处于腹板较薄弱的位置, 腹板混凝土会因拉应力过大而发生开裂, 因此在布置体外预应力时要反复试算, 尽量使张拉体外束产生的次内力最小, 同时也能保证加固效果。
3) 和粘贴碳纤维板或钢板的被动加固方法对比, 张拉体外预应力是主动加固, 可以有效的提高箱梁的刚度及承载力, 改善箱梁的结构受力。
4) 对于体外预应力的施工工艺要求较高, 在进行体外预应力加固期间对加固工程应进行施工控制, 对重要截面进行变位和应力监控, 以保证加固施工的安全。
5) 小半径弯箱梁桥因自身结构特性的影响, 支座容易产生偏移病害, 较大的偏移对桥梁运营造成安全隐患, 要求在弯桥设计时, 应充分考虑这一因素, 新设支座应充分考虑抗偏移能力, 减少后期养护成本。
摘要：以鄂州地区某弯箱梁为例, 着重研究了箱梁采用体外预应力加固前后结构承载力和内力的变化情况以及支座的偏移情况, 并针对弯箱梁产生的承载力不足或支座偏移病害, 提出了加固处治措施, 以保证加固效果。
关键词：弯箱梁桥,体外预应力加固,内力,支座纠偏
参考文献
[1]JTG/T J22-2008, 公路桥梁加固设计规范[S].
[2]JTG/T J23-2008, 公路桥梁加固施工技术规范[S].
小半径钢箱梁 篇4
随着我国客运专线的不断建设,城际客专铁路必将快速发展,客运专线和高速铁路由于具有速度快、运量大、效能高、安全可靠、社会经济效益显著等诸多明显优势,已逐渐成为铁路发展的新方向。穿越市区的线路受各方面条件的限制,可能会大量出现小曲线半径的箱梁架设设计,而这种大吨位大体积预应力混凝土铁路箱梁的小曲线半径架设技术含量高,工艺复杂,是线路箱梁架设施工的关键环节,因此可以预见,900 t箱梁小曲线工况运架施工工艺解决迫在眉睫。
2 施工工艺
2.1 施工工艺流程
施工工艺流程见图1。
2.2 施工方法
2.2.1 施工复测控制要点
1)墩台施工单位资料交接。2)施工复测。在架梁前必须对线下临时水准点、支承垫石标高、墩台中心线、跨度、支座十字线、梁端线、预留锚栓孔位置、大小、深度进行严格复测,复测合格后方可进行箱梁架设作业。 为了保证架梁的进度,架梁前的施工复测工作应在墩台施工单位内业资料及现场交接完后随即进行,并应在开始架梁前完成。
2.2.2 箱梁验收
对箱梁进行验收时,制梁场提供出厂合格证明及终张拉和压浆记录等资料后,双方技术及双方监理共同对表《梁场验收箱梁质量检查表》中项目进行严格逐项检查,全部合格后,签字确认,箱梁方可出场架设。
2.2.3 制梁场支座安装
箱梁外形尺寸和外观质量检查合格后,进行支座安装作业。根据待架箱梁在石太线上所处的桥孔(桥图)确定所需支座的类型,将要架设箱梁及其支座复核无误后,准备安装支座。
2.2.4 箱梁装车
1)提梁机移动到待提梁位置;2)提梁机吊杆与梁体连接;3)提梁机天车同步提升梁体脱离台座到一定高度后装车。
2.2.5 箱梁运输
1)运梁台车发动机工作状态良好(油、水、电、紧固、润滑、方向、制动、胎压均正常)。2)通讯信号、运梁便线状况良好。3)运梁作业班组成员与装梁作业班组人员做好交接工作,并签字确认。交接过程中运梁作业班组成员检查箱梁与运梁台车的支垫和支承连接情况以及运梁台车上移梁台车的制动情况,确认无误后方可启动运梁台车。
2.2.6 喂梁及落梁
1)喂梁。
a.运梁台车驮运混凝土箱梁到架桥机后部,距后支腿10 m时司机室转向,距后支腿台车后端面300 mm停止。
b.前吊梁行车前移对位,第一吊吊具中心与后支腿中心距为3.45 m。将吊杆穿入吊装孔,上好托盘及螺母;前吊梁提起适当高度(箱梁能够通过桥机下横梁),连接架桥机与运梁台车之间的数据线,桥机驾驶室操作台选择运梁台车和前吊梁同步,前吊梁与运梁台车驮梁小车同步前移。
c.当运梁台车驮梁小车前移接近极限位置时,停止架桥机操作台取消运梁台车同步信号,后吊梁行车前移对位,将吊杆穿入吊装孔,上好托盘及螺母,吊起箱梁后端;解除架桥机与运梁台车的连接线。
d.前后吊梁行车同步前移箱梁,当箱梁后端与前一孔架设好的梁体间距约为10 cm时(首末孔梁体距桥台距离为15 cm),开始落梁。
2)落梁。
a.前后吊梁同步落梁,落梁速度不应超过二挡速度(因为一二挡为重载挡,三四挡为空载挡);
b.落梁到支座下底板距垫石表面1.2 m左右时停止落梁,前后两墩台施工人员开始安装地脚螺栓、套筒并用扳手拧紧;
c.再次落梁并调整箱梁的纵横向位置,确保套筒能顺利进入锚栓孔内;
d.精确对位。调整梁缝、对中纵横向十字线与支座中心线,确保各项偏差均在规范允许范围之内;
e.箱梁后端顶升千斤顶,当压力表有压力后停止起顶,架桥机后吊梁落钩到钢丝绳不受力为止;
f.顶升箱梁后端千斤顶,使支座下底板距垫石表面2.0 cm～3.0 cm满足灌浆要求,并同时调整压力表读数使其偏差在允许范围内,确保两端水平;
g.重复上述起顶步骤,顶升箱梁前端千斤顶确保箱梁前端水平;
h.拆除架桥机吊具,架桥机收起前后吊具。
2.2.7 支座灌浆
自重法灌浆是指灌浆材料在施工过程中,利用其良好的流动性,依靠自重自行流动满足灌浆要求的方法。支座灌浆用砂浆采用早强型砂浆,要求砂浆在2 h内强度达到20 MPa。
从开始计时起2 h对试块进行一次测试,当测试达到20 MPa时,首先拆除支座上下座板连接角钢,然后撤除千斤顶。
拆除灌浆钢模板,检查是否有漏浆处,必要时对漏浆处进行补浆。
安装支座钢围板,支座钢围板安装后要保持外观的美观。
2.2.8 防落梁挡块的安装
支座锚固完成后,要进行防落梁挡块的安装,防落梁挡块安装时,要选择合适型号的防落梁挡块,安装后要求防落梁挡上板与箱梁底部预埋钢板密贴。
2.2.9 架桥机过孔
架桥机过孔分为两个步骤:架桥机过孔和下导梁过孔。
1)架桥机过孔。
a.架桥机过孔的准备工作。顶起后支腿顶升油缸,使其承重。
利用处于后支腿下方两侧的轨道卷扬及前支腿下部的定滑轮将桥机走行轨道拖至桥机所在梁面上,轨道中心距6 200 mm,桥机中线至两边轨轨底内边缘距离为3 015 mm。轨道两端一端处于桥机后支腿走行轮下方,另一端至梁面前端处。
收回后支腿顶升油缸,使后支腿走行轮压在走行轨道上并承重。
顶升辅支腿油缸使辅支腿走行轮压在下导梁走行轨道上,并使前支腿提离墩台15 cm,然后利用销子将辅支腿锁定稳固。
b.架桥机过孔。上述准备工作完毕后,辅助支腿下部与主机电机同步运行,桥机开始过孔。主机过孔到位后,将位于梁体内的吊杆固定螺栓和托盘运到后支腿横梁上(为前吊梁做准备);上桥机锚固栓(可抵消一部分桥机所受纵向力);拆掉短钢轨(2.5 m长,桥机到位时,位于走行轮下的轨道)与长钢轨(2节10 m与1节12 m,用连接板连接起来的桥机走行轨)的连接板,并将左右两根长钢轨分别拨到已架桥梁的左右两侧,使运梁台车可以通过。调节辅支腿油缸,收回辅支腿,使前支腿支立于墩上并承重,并使辅支腿走行轮脱离下导梁走行轨,实现辅支腿与前支腿承重的转换。
顶升后支腿顶升油缸,安装走行台车垫块,并加垫钢板使走行台车保持水平且油缸收缩后走行轮不会和走行轨道接触承重,然后收缩顶升油缸,使桥机落在走行台车垫块上,实现后支腿的承重由走行轮承重转换到两端走行台车垫块承重。
2)下导梁纵移过孔。
a.下导梁纵移过孔的准备。继续调节辅支腿油缸使吊挂轮提起下导梁。
前吊梁行车前移吊起下导梁后端。
b.下导梁纵移过孔。辅支腿吊挂轮吊起下导梁,使下导梁前端脱离墩台面20 cm;提起下导梁后前移。
当下导梁前移至能够挂第一吊装点时停止;下导梁天车对位挂钩,前吊梁行车、辅支腿、下导梁天车三者同步运行使下导梁前移,此时下导梁天车不受力,只起到稳定和保护作用。
下导梁天车运行到能够挂第三吊装点时停止,下导梁天车摘钩,后移至第三吊装点重新挂钩。前吊梁行车、辅支腿、下导梁天车三者同步运行使下导梁前移,此时前吊梁行车不受力起到保护作用,下导梁前移5 m后,前吊梁行车摘钩,下导梁天车与辅支腿配合,前移下导梁。
下导梁天车运行到能够挂第四吊装点时停止,此时下导梁前端处于前桥墩上方,下导梁天车落钩使下导梁落于前桥墩上,摘钩并后移下导梁天车至第四吊装点重新挂钩。
起升下导梁天车使下导梁前支腿离开桥墩顶面,下导梁天车与辅支腿配合,前移下导梁到位。调整位置后,下导梁天车落钩,辅支腿油缸顶出,使下导梁落到桥墩上,但不要让辅支腿受力。
3 结语
本工艺突破了原有技术功效低、安全风险大等问题,具有操作简单、工序明确、施工效率高的特点。经过沪昆客专湖南段国内首次900 m小曲线900 t箱梁架设成功实践,对我国高速铁路小曲线箱梁安全、可靠、经济的架设施工有重要参考价值,将会有很好的应用前景。
摘要：研究900 t箱梁在900 m半径上的架设工艺,结合沪昆客专湖南段国内首次900 m小曲线900 t箱梁架设采用空间转向和变频驱动,实现架桥机的小曲线架梁的成功经验,总结得出了900 m小曲线900 t箱梁架设施工工艺。
小半径钢箱梁 篇5
关键词：互通立交,小半径,小箱梁,预制梁长,桥面横坡调整
1 概况
沈阳绕城高速公路位于沈阳市主城区的外围, 于1995年全线建成通车, 起点位于沈阳市西侧的北李官, 经大转弯、王家沟、英达、石庙子、下深沟、金宝台, 终点至北李官闭合成环, 路线全长81.872km。
为改善区域交通条件, 拓展沈阳市城市发展空间, 我省决定启动沈阳绕城高速公路改扩建工程并获国家批准。全线采用双向八车道高速公路标准进行扩建, 设计速度调整为100km/h, 路基全宽41m (局部段落42m) , 新建桥涵设计汽车荷载等级采用公路—I级, 改造利用现有高速公路的桥涵采用原荷载标准。本项目的建设对完善国家高速公路网络, 贯彻落实国家振兴东北地区等老工业基地战略部署, 改善区域交通条件, 促进区域经济社会发展具有重要意义。
新开河大桥位于东陵互通式立交内, 左幅跨径: (25+2-30+25+25+30+25) m, 右幅孔径为6-30m, 设计交角90°, 上部采用装配式预应力混凝土预制箱梁, 先简支后结构连续, 下部为柱式墩, 桩基础;肋板台, 桩基础。本桥位于R=700m圆曲线上。左幅7号台与右幅6号台设挡土墙, 挡土墙上设内侧防撞墙。左右幅第四孔有热力管线和水管通过, 施工前应先探明管线位置。
桥位区地貌为冲洪积河谷平原区, 地势较平坦。地下水类型为第四系孔隙水及基岩裂隙水。勘探揭露地层主要为第四系种植土、圆砾、角砾, 桥位区未见不良地质现象。标准冻深1.2m。
2 设计技术标准
2.1 设计标准
(1) 汽车荷载等级:公路—Ⅰ级。
(2) 设计洪水频率:特大桥1/300, 大、中桥1/100。
(3) 结构设计安全等级:二级。
(4) 地震动峰值加速度:0.1g。
(5) 桥梁抗震设防类别:B类。
(6) 环境类别:Ⅱ类。
(7) 设计宽度:路基全宽41m, 桥梁全宽40.5m, 桥面净宽2×18.75m。
2.2 设计依据
(1) 《公路工程技术标准》 (JTG B01-2003)
(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) 《公路圬工桥涵设计规范》 (JTG D61-2005)
(5) 《公路桥涵地基与基础设计规范》 (JTG D63-2007)
(6) 《公路桥梁抗震设计细则》 (JTG/T B02-01-2008)
(7) 《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ041-2000)
3 设计要点
3.1 桥型设计 (装配式预应力混凝土箱形连续梁采用先简支后连续结构)
(1) 装配式预应力混凝土箱形连续梁按部分预应力混凝土A类构件设计。
(2) 主梁标准横断面:中梁预制宽度为2.4m, 边梁预制宽度为2.85m。
(3) 本桥位于R=700m圆曲线内, 设计时采用保持墩顶现浇中横梁宽度不变, 调整预制梁长;预制梁长变化通过跨中等截面段长度的变化来实现, 预应力筋长度的相应变化通过跨中平直段长度的变化实现。
(4) 桥面横坡由预制装配式预应力混凝土箱形连续梁和现浇混凝土桥面铺装组合而成。采用多箱单独预制, 简支安装, 现浇连续接头的先简支后连续的结构体系。为了便于模板制作和外形美观, 主梁沿纵向外轮廓尺寸保持不变。桥梁纵向按平坡设计, 横向坡度新开河大桥按3%预制。
(5) 主梁横隔板:主梁跨中设置中横隔梁。伸缩缝处梁端设端横隔板, 连续处不设横隔板。横隔板连接采用现浇湿接缝形式, 以保证梁的整体性。横隔板钢筋骨架的位置, 施工时应准确放样, 为搭接钢筋的顺利焊接及绑扎创造条件。
3.2 结构分析
3.2.1 结构分析计算
新开河大桥取 (6-30m、25+30+30+25m、25+30+25m) 三联分别进行分析计算, 按最不利组合设计。主梁按A类预应力构件设计, 采用同济大学“桥梁博士V3.2.0”程序对中、边梁分别进行纵桥向内力分析计算, 跨中荷载横向分配系数采用刚性横梁法和刚接板 (梁) 法分别计算, 支点处荷载横向分布系数采用杠杆法。桥面板计算按单向板和悬臂板计算。
3.2.2 相关参数选取
(1) 年平均相对湿度分别按环境的年平均相对湿度取70%。
(2) 墩、台不均匀沉降考虑为5mm。
(3) 结构重要性系数取1.0。
(4) 计算梯度温度时考虑9cm沥青铺装、10cm混凝土桥面铺装;梯度温度按《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 第4.3.10条执行。
(5) 结构计算时预应力参数的选用:预应力钢筋与塑料波纹管管道壁的摩擦系数μ=0.15, 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数κ=0.0015, 张拉端锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值△l=12mm (两端) ;混凝土的张拉龄期为14d。
(6) 桥墩及桩基础等按极限状态法及裂缝控制进行结构设计和配筋, 并考虑桩土共同作用。
(7) 钻孔灌注桩基础采用“m”法设计计算, 桩长按摩擦桩设计。
4 桥面横坡
本桥桥面铺装为9cm沥青混凝土+10cm水泥混凝土, 由于本桥设单向5%超高, 为方便施工单位施工, 本桥5%横坡由箱梁顶板3%和桥面铺装2% (只调水泥混凝土铺装) 共同形成, 每片预制梁顶板为3%, 梁中心处水泥混凝土高为10cm形成2%坡。施工时应保证湿接缝处水泥混凝土桥面最小厚度≥7.5cm, 浇注完成后水泥混凝土铺装厚度满足设计要求, 桥面铺装施工时可采取如下方法:
(1) 加密横向、纵向标高控制点, 每2~3m设立固定标记, 精确放样与高程控制:对所使用的高程控制点与附近的高程点进行联测, 以保证桥面标高的准确性。为满足设计要求, 用三等水准测量在桥面引出16个高程控制点。用全站仪每10m定一个里程控制点。以安放的振捣横梁轨道 (角钢或钢管) 的顶面进行高程控制。
(2) 本桥桥面宽度范围分成两次或三次浇注, 以保证设计的横坡, 浇注前, 桥面应充分湿润, 并以不积水为度。混凝土混合料摊铺要均匀, 布料高度略高于桥面标高2cm左右, 以备整平和收浆。人工粗平后, 用振动梁横向平行振捣密实。用人工一边整平, 一边用75mm直径的滚筒滚压数遍进行提浆滚平。进行真空吸水, 吸水时间视气温而定, 一般为10min左右, 然后用圆盘磨光机提浆及粗平, 此时可起到表层致密作用。采用长为6m, 断面为100mm×60mm的铝合金直尺纵横反复检测, 使平整度符合要求为止。
5 预制梁长
曲线中预制小箱梁桥表现在两个方面:一是内外侧弦弧差, 二是中矢高。由于曲率半径的影响表现在内外梁长不等。通常的处理方法有两种:
(1) 采用等梁长, 保证单孔梁长一致, 调整墩顶现浇段宽度 (梯形) 。这种等梁长方案施工方便, 深受施工单位欢迎。
(2) 采用变梁长, 单孔每片梁长均不相同, 墩顶现浇连续段等宽。这种方案预制梁种类多, 梁编号较多。
针对本桥由于圆曲线半径较小, 若采用第一种方案, 预制梁长不变, 单幅墩顶现浇连续段内外差值为21cm, 且每片梁墩顶负弯矩钢束长度不一致, 使得连续墩顶处结构受力变复杂, 综合对比本桥采用等梁长方法。
6 边梁外翼缘加宽
由于全桥位于R=700m圆曲线上, 为保证桥面宽度和防撞墙美观, 防撞墙必须按线形做成圆滑的曲线。本桥边梁设计采用翼缘外侧加宽, 边梁预制时做成弧形, 最大加宽值为11.2cm (标准翼缘为1.65m) 。为保证桥梁和防撞墙美观、顺滑, 设计时边梁翼缘每2m给出对应加宽值, 方便施工预制。经计算加宽后翼缘板受力满足规范要求。
7 墩顶负弯矩束处理
由于本桥圆曲线半径较小, 连续墩相邻孔主梁轴线夹角为177.54°, 墩顶负弯矩钢束在墩顶位置均为折线。按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62-2004) 的6.2条规定对各阶段负弯矩预应力损失进行手工计算, 经计算墩顶配束满足规范要求。设计时要求顶板负弯矩钢束穿束时应确保各根钢绞线保持平行状态。
8 防撞墙预埋钢筋
曲线桥防撞墙预埋钢筋施工时比较麻烦, 外弧边梁在加宽段预埋钢筋需要外移, 而内弧边梁预埋钢筋需要内移。正常施工时基本都按直线桥施工:对外弧边梁增加钢筋, 内弧边梁预埋钢筋进行切割处理。针对本桥特点, 图纸及说明书分别给出弯道内、外弧预埋钢筋准备位置以及计算方法, 不但可避免浪费材料和人力成本, 还可以保证达到设计要求质量。
9 中、端横隔板处理
由于小箱梁薄壁斜腹, 宽跨比大和内箱较小等结构特点, 对于小箱梁设置横隔板, 可以有效增加截面的横向刚度, 限制畸变应力, 在支承处横隔板还担负着承担和分布较大支承反力的作用, 特别是在圆曲线内, 同时由于偏载的存在, 需要设置横隔板调节和传递扭矩、剪力, 以改善主梁的受力。同时箱梁的端、中横隔板能使梁的横向成为整体以承受水平荷载, 达到共同受力的目的。本桥位于小半径圆曲线内, 相邻横隔板正常布置时, 在湿接缝位置偏差最大达9.5cm。为使横隔板发挥最大作用, 横隔板钢筋骨架的位置, 施工时应准确放样, 为搭接钢筋的顺利焊接及绑扎创造条件。中横隔板施工时应严格按设计给出位置和角度预制。端横隔板施工时应严格按设计给出角度预制简支端梁端 (也应调整相应封锚端, 保证伸缩缝正常安装) , 连续端按标准角度预制。
通过与施工单位交流, 这样处理方法虽然增加施工难度, 但能使主梁满足设计和规范要求。
1 0 下部盖梁设计
由于本桥处于小半径圆曲线中, 为保证主梁吊装方便, 主梁底板与挡块间预留5cm安装缝宽, 由于弯道的影响, 安装梁时, 由于施工误差有时需要对部分挡块进行凿出才能保证梁位准确, 针对这点本设计对挡块配筋进行加强。
1 1 小结
本文就小半径小箱梁设计时存在的一些普遍问题, 提出了一些比较实用的处理方法, 供设计和施工参考。
参考文献
[1]范力础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 2005.
[2]JTG D60-2004, 公路桥涵设计通用规范[S].
[3]JTG D62-2004, 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
小半径钢箱梁 篇6
关键词：曲线梁,预应力,空间曲线,摩阻损失,参数μ、k
0 引言
随着预应力连续梁曲线桥在桥梁工程中越来越多的应用, 在连续梁曲线桥预应力的施工中, 由于其预应力钢束线型为空间三维曲线, 具有双向曲率, 因而预应力摩阻损失较大, 尤其是跨长较长的空间曲线预应力束, 根据现行施工技术规范[1]给定系数计算的平均张拉力过大 (即估算预应力损失偏小) , 从而导致预应力钢束实际伸长值与计算伸值相差较大的情况发生。这就意味着要么给梁体施加的应力不足, 箱梁刚度不足, 容易在活载作用下产生裂纹;要么施加的应力过大, 钢束在高应力状态下工作容易疲劳屈服或对砼产生局部应力过大而破坏;因而施工中如何保证张拉伸长值满足设计要求、正确有效建立梁体预应力, 是曲线箱梁施工中保证曲线箱梁预应力束张拉施工质量、消除结构安全隐患的一个重要问题。
1 工程概况
互通立交桥设计有主线桥, 桥长L=337.2m;A匝道桥, 桥长L=423.4m;B匝道桥, 桥长L=117.214m;C匝道桥, 桥长L=196.058m;D匝道桥, 桥长L=145.998m;E匝道桥, 桥长L=178m;F匝道桥, 桥长L=31.5m。
设计技术标准:设计荷载:汽车—超20级, 挂车—120;地震烈度:Ⅷ度。
主线桥及匝道桥除特殊跨径外, 一般均为20~25m左右, 最大跨径28.4m。桥梁分联长度除特殊者外一般在75~120m左右。
主线桥及匝道桥采用直腹箱形截面预应力混凝土连续梁, 搭架现浇, 梁高1.5m。顶板厚度为25cm, 于支点处渐变至50cm, 底板厚度为20cm, 于支点处渐变至40cm, 腹板厚度40cm, 于支点处渐变至60cm。
中横梁宽度2.5m, 桥台侧端横梁宽度2.0m, 上盘牛腿宽度2.1m, 下盘牛腿宽度分为3.57m和4.57m两种。
连续梁桥纵向梁体按部分预应力混凝土A类构件进行设计。预应力钢束采用高强、低松弛Φj15.24钢绞线, 其抗拉标准强度Rby=1860MPa, 抗拉设计强度为1488MPa, 张拉控制应力均为1395MPa。
纵向预应力钢束分为两类:第一类贯穿全跨梁体, 标准宽度梁段在相邻孔跨梁体顶面开槽或在腹板侧面弯出, 采用双端张拉;异型块处个别梁段及牛腿孔采用单端张拉, 预应力束为9Φj15.24钢束;第二类为跨中及支承处短预应力钢束, 分别在底板及顶板内侧弯出, 单端张拉, 预应力束为5Φj15.24钢束。
横梁设置横向预应力钢束, 中横梁内采用9Φj15.24, 中横梁两端各3m范围内顶底板中采用2Φj15.24。
当混凝土强度达到设计强度的85%或以上、且龄期不小于5天, 在拆架前进行预应力张拉。张拉控制采用应力控制, 张拉控制应力除特殊注明外均为1395MPa, 预应力钢束伸长量进行校核, 实际伸长量与理论伸长量的差值应控制在6%以内, 否则应暂停张拉, 待查明原因并采取措施予以调整后, 方可继续张拉。
在本立交桥工程中, A匝道桥第四联箱梁 (一联5跨、全长99m) , 完全处于R=60m的圆曲线上。为了保证张拉伸长值满足设计要求、正确有效建立梁体预应力, 故在该联箱梁上选择了, 梁体内侧及外侧腹板编号N1-2的钢束各一束进行了孔道摩阻系数的现场测试。
2 施工工艺
2.1 孔道摩阻系数的测定
如前所述, 由于曲线箱梁中的预应力束在梁体布置中为空间曲线, 因而具有双向曲率, 钢束在空间弯曲点处为三向受力状态。
钢束持载后在其任一微段上, 存在三个方向的外力分量:Pm、Ps、Pn。其中Pm为水平面上管道对钢束的反压力;Ps为钢束自身的弹性回缩拉力;Pn为竖直面上管道对钢束的反压力。
Pm、Pn的大小均与钢束在空间弯曲点处的曲率及管道材质有关, 对于相同条件下的管道, 空间摩阻损失可使用通用公式计算: (参见文献[2])
式中:
δs———摩阻损失应力值 (MPa) ;
δk———控张应力值 (MPa) ;
x———从张拉端至计算截面的孔道长度 (m) ;
θ———从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的空间夹角之和 (rad) ;
k———孔道偏差影响系数;
μ———预应力筋与孔道壁的摩擦系数。
该式与平面曲线预应力损失的公式一致, 但空间包角θ和曲线长度x比平曲要复杂。在工程实际施工中, 常采用“展开法”计算, 即:
式中:
θxz———θ与xz平面的切线夹角 (rad) ;
θxy———θ与xy平面的切线夹角 (rad) ;
x0———空间曲线在竖直面上的投影长度 (m) ;
Δx———空间曲线在水平面上的投影长度增量 (m) 。
2.2 摩阻系数测试
摩阻试验采用两台OVM产YDC2500-200型穿心式千斤顶:编号:C704034B的千斤顶 (压力表编号:3212) 线性方程为:y=0.023x-0.1112;编号C704045B的千斤顶 (压力表编号:4118) 线性方程为:y=0.0226x-0.312。
锚具采用LUM15-9锚具。金属螺旋波纹管道, 预应力束为9Φj15.24钢绞线, 实测截面积A0=142.65mm2, 弹性模量Ep=1.923×105MPa;张拉控制应力1395MPa。
所选择的内侧钢束N1-2全长28.75m, 空间包角1.13rad;外侧钢束N1-2全长33.29m, 空间包角1.13rad。
用千斤顶测定曲线孔道摩阻时, 应注意的是, 所用千斤顶及液压系统必须在测试前重新送至有相应试验资质的工程试验室进行标定, 以保证测试数据的准确性。具体测试步聚如下:
(1) 梁的A、B两端装千斤顶后同时充油, 保持一定数值 (约4MPa) 。
(2) B端封闭, A端张拉。张拉时分级升压, 直至张拉控制应力。如此反复进行3次, 记录两端压力差并算出压力差平均值。
(3) 仍按上述方法, 但A端封闭, B端张拉, 记录两端3次压力差的平均值。
将上述两次压力差平均值再次平均, 即为孔道摩阻力的测定值。
(4) 根据千斤顶回归方程可计算出张拉端及固定端的张拉力。
试验测定数据及结果如表1。
根据实测数据, 选取两组压力值及相关参数代入公式 (1) , 则可得满足系数μ、k条件的方程组。最终计算求得:μ=0.2713, k=0.0025。
2.3 数据分析
从本次测试数据结果看出:对于曲线箱梁于预应力钢束为空间曲线, 其预应力损失比直梁要大得多, 而且与按施工规范及理论计算的相比也大15%~20%左右。故而, 现场通过孔道摩阻系数μ、k的测定试验, 可以较为准确地计算控制张拉力、预应力钢束伸长量, 为建立有效的梁体应力提供可靠的保证。
另外, 从表1数据显示, 同一束钢绞线, 在其一端分级单端张拉, 可降低钢束的应力损失, 一端张拉后, 在其另一端再次分级张拉, 钢束的应力损失显著降低, 由此可得出一重要认识:即双端张拉、分级张拉不但是克服空间曲线预应力钢束预应力损失的有效方法, 而且也是消除施工现场偏差因素、提高张拉质量的有效手段。其实, 这也是设计及施工规范所提及的初张、分级张拉的内容在此又一次得到有力的证明。
基于以上认识, 在本项目的预应力钢束张拉施工中。特制定并强调了以下几点施工技术控制要求:
(1) 借鉴参考文献[3]确定摩阻系数μ=0.275;k=0.003, 并以此计算预应力束伸长值。
(2) A匝第四联预应力钢束张拉必须采用分级分批的张拉方式。即,
第一次张拉:0→0.1σk (初张) →50%σk→持荷3分钟→退锚。
第二次张拉:50%σk→100%σk→持荷5分钟→退锚。
(3) A匝第四联预应力钢束张拉顺序为:先张拉位于曲线外侧的预应力束, 再张拉位于曲线内侧的预应束。
实际证明, 采取措施张拉该箱梁纵向长束预应力钢束后, 实测伸长量与计算伸长量的偏差较小, 在全部40束纵向长钢束中, 只有2束, 实测伸长量与计算伸长量的差值略微超出设计规定的6%。其余短束全部合格。
3 结论
(1) 对于曲线预应力箱梁尤其是小半径曲线梁, 在预应力钢束的张拉施工中, 公路桥涵施工技术规范给出的摩阻系数μ=0.20~0.25;k=0.0015偏小。因其是针对直线预应力梁而给出的数值。
(2) 在曲线预应力箱梁中, 摩阻损失较大, 摩阻力的大小仍与摩阻系数μ、k有关, 而μ、k和预应力束的长度x、预应力束的空间弯曲角θ (或称包角) 有关。x、θ越大, μ、k取值就越大, 管道摩阻力就越大。
(3) μ、k是耦连的参数, 它们的大小, 由具体设计要求及施工条件决定。
(4) 对于曲线预应力箱梁尤其是小半径曲线梁, 预应力钢束的张拉施工前要进行摩阻力损失的现场测定试验, 以相对准确地得出符合现场的摩阻系数μ、k, 提高施工质量和施工效率。
(5) 曲线预应力箱梁的预应力钢束的张拉施工, 建议按分级张拉的方案实施, 这是消除许多人为因素、施工条件因素行之有效的经验。
(6) 在本次施工测试中, 因为技术条件和技术水平的有限, 对锚夹具、液压系统的压力损失及梁砼有效应力无法进行测量。因而本测试忽略了锚圈、夹具部分相对较大的应力损失, 所以测试结果只能作为定性的施工参考。
参考文献
[1]JTJ041-2000, 公路桥涵施工技术规范[S].
[2]邵容光, 夏淦.混凝土弯梁桥[M].人民交通出版社, 1994.
[3]刘志文.空间曲线预应力束摩阻损失参数[J].西安公路交通大学学报, 2001 (3) .
小半径钢箱梁 篇7
某新建市政道路跨越嘉陵江, 两侧道路依岸而建, 因嘉陵江两侧地势陡峭, 部分路段处于半径为75m圆曲线上, 为减少填挖工程量, 提高行车舒适感和安全性, 在嘉陵江右岸设计了两联3×22m连续箱梁来适应地形变化的影响。本桥采用单箱四室钢筋混凝土结构, 桥全宽18.4m, 均位于半径为75m的圆曲线上。桥面布置见图1。
本桥为典型的小半径曲线上的弯桥, 其最主要的受力特征可由符拉索夫微分方程[1~3]看出:
式 (3) 仅包含一个横向位移, 可独立求解;而式 (1) 和式 (2) 中却包含竖向位移w (z) 和扭转角φ (z) , 必须联立求解两个方程才能得到w (z) 和φ (z) , 这就是弯梁桥纵的“弯-扭”耦合作用, 即在外荷载作用下, 在发生竖向弯曲时必然产生扭转, 而这种扭转作用又将导致挠曲变形。
2 梁格法在弯桥计算中的应用
由以上分析可知, 弯桥具有空间受力的特点, 基于传统杆系及横向分布理论的分析计算方法已经不能满足弯桥的设计。梁格法能够考虑截面的空间效应, 特别适合多室宽箱异形截面, 本桥采用了梁格法进行计算分析。
2.1 基本原理
梁格法的实质是用一个等效梁格来代替弯梁桥的上部结构[5,6], 将分散在板、梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内, 实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内, 横向刚度集中于横向梁格内。理想的刚度等效原则是:当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同的荷载时, 两者的挠曲将是恒等的, 并且每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。
2.2 梁格网格划分
箱形截面梁桥因其受力、性能的特点通常用所谓的“剪力柔性梁格”来模拟, 其纵向构件轴线一般均与腹板的中心线相重合, 这样可使腹板剪力直接由所在位置的梁格构件的剪力来代表。
由于实际弯桥是绕整体截面的中性轴弯曲的, 因此, 分摊到各纵向梁格构件 (指腹板处构件) 的惯性矩必须按绕整体箱形截面的中性轴来计算, 而在划分梁格时也应尽可能使各主要纵向构件的中性轴位于同一条线上, 这样模拟的精度较高, 主要纵向构件的抗弯惯矩按划分成的I形或T形截面计算。在本计算中, 采用在各箱室中心划分梁格, 通过强制移轴公式来修正各截面的惯性矩。
箱室部分横向构件的抗弯惯矩应按绕顶、底板共同重心处的水平中性轴进行计算, 对于箱型截面为“二”型构件, 每单位宽度抗扭惯矩的计算公式为:
式中, t1、t2分别为顶板、底板的厚度。
按照上述原则, 将箱梁截面做如图2划分, 全桥梁格模型见图3, 全桥共计1196个单元, 705个节点。
3 计算结果
全桥承载能力极限状态下弯矩包络图如图4所示, 最大正弯矩为Mmax=6 306.19k N·m, 出现在中跨2号腹板跨中;最小负弯矩Mmin=-8 758.8k N·m, 出现在中墩处2号腹板墩顶。
承载能力极限状态下边跨、中跨跨中弯矩、扭矩、支座竖向反力沿桥梁横向分布图如图5~图7所示。图中水平坐标轴0点处为3号中腹板, 正向为曲线内侧。
从图5可以看出, 弯矩沿桥梁横向变化不大, 自曲线内侧向外大体呈递增趋势, 中跨2号腹板与5号腹板跨中弯矩差值最大, 最大仅相差约11.4%。实际上, 当圆心角≤50°时, 弯梁的纵向弯矩可以将其等效为跨径为l=rφ0的直线梁计算[1]。从图6可以看出, 扭矩沿桥梁横向分布变化明显, 中跨2号腹板与5号腹板跨中扭矩差值最大, 最大相差约89.6%, 说明扭矩对曲线梁的影响不可负略。从图7可以看出, 支座反力沿桥梁横向变化明显, 自曲线内侧向外呈递增趋势, 中跨1号腹板与5号腹板跨中弯矩差值最大, 最大相差约62.5%。
通过梁格法得出各腹板、横梁的内力之后, 即可按单梁构件进行截面验算及配筋。
4 结论
由以上分析可知, 采用梁格法能较为精确地模拟单箱多室小曲率半径连续梁桥的受力行为, 将其等效为单梁构件并进行设计, 可以满足设计的需要。考虑到边腹板处所受汽车荷载较中腹板小, 并对弯梁桥的曲率半径、桥宽、横梁刚度等因素进行分析后, 可以得出弯桥具有以下各项受力特点。
1) 弯桥的跨中弯矩比同样跨径直线桥要大, 外腹板的弯矩大于内腹板的弯矩, 而且曲率半径越小, 桥越宽, 这一趋势越明显。
2) 弯桥即使在对称荷载作用下也会产生较大的扭转, 通常会使外梁超载, 内梁卸载, 内外梁产生应力差别。
3) 弯桥的支点反力与直线桥相比, 有曲线外侧变大、内侧变小的倾向, 内侧甚至产生负反力。当曲率半径小, 恒载较小时, 应注意在设计上控制内侧支点的负反力, 必要时应在构造上采取相应的措施, 设置拉压支座, 同时应防止外侧支座超载。
4) 弯桥的中横梁, 除具有直线桥中的功能外, 还是保持全桥稳定的重要构件, 与直线桥相比, 其刚度一般比较大。
5) 弯桥中预应力效应对支反力的分配有较大影响, 计算支座反力时必须考虑预应力效应的影响。
为减少曲率半径对弯梁桥的影响, 可采用以下措施降低弯梁桥的设计、施工难度, 优化弯梁桥的受力:增设桥墩减少跨径即单跨圆心角的大小、设置分幅桥梁减少桥梁宽度、合理设置支座以减少次内力及支座脱空的影响、采用抗扭刚度较大的混凝土箱梁以减少薄壁效应及扭矩引起的不良效应、尽量采用普通钢筋混凝土结构以减少因对预应力混凝土结构张拉预应力、收缩、徐变等复杂工况计算不准确而引起的不利后果。
摘要：结合具体工程实例, 介绍了小曲率半径连续弯梁桥的受力特点。因其受力复杂、具有空间效应, 采用了梁格法对该类桥梁进行计算。根据计算结果对其受力特点进行了深入探讨, 并提出了该类桥梁降低施工难度, 优化弯梁桥受力的一些措施, 对工程具有一定借鉴意义。
关键词：梁格法,空间效应,小曲率半径,连续箱梁桥
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