箱形拱桥（精选6篇）
箱形拱桥 篇1
1 概述
桥梁的控制贯穿于结构物生命的全过程,其中施工控制是整个桥梁控制的重要组成部分,科学的施工控制是实现设计目标的可靠保证,也是今后桥梁在服役运营阶段安全可靠的保障。施工控制的任务就是对桥梁施工过程实施监测和控制,在拱桥监控过程中,通过理论计算可以得到拱圈的理论立模标高值,但施工中存在着许多误差,这些误差均将不同程度地对桥梁形成目标的实现产生干扰,并可能导致成桥线形及内力状态与设计要求不符等问题,因此,为确保拱桥施工安全,成桥线形与内力状态符合设计要求,在施工中必须实施有效的施工控制。通过施工监控来确保施工完成后结构受力状态与设计要求相符。下面以乌江大桥施工控制为例,介绍上承式箱形拱桥的监控。
2 工程概况
羊角乌江大桥是一座主跨为170 m的钢筋混凝土上承式箱形拱桥(立面图见图1),桥面净宽1.25 m(人行道宽,含0.25 m栏杆)+7.0 m(车行道)+1.25 m(人行道宽,含0.25 m栏杆)=9.5 m,桥梁总长318.8 m,设双向1.2%的主桥桥面纵坡。其跨径组合为:从羊角岸起4×20 m(引桥)+170 m(主跨)+1×20 m(引桥);引桥上部结构为20 m预制预应力空心板,下部结构为双柱式桥墩、桩基础;主桥主拱圈净跨170 m、失跨比为1/5.5、拱系数m=1.756的等截面悬链线无铰拱,拱圈由5片拱箱组成,每片拱箱高为2.8 m(预制拱箱高度为2.7 m),箱轴中距为1.6 m,拱圈全宽为8 m。主拱圈采用预制、组装、吊装施工,最大吊重量70 t(自重)。羊角乌江大桥是钢筋混凝土上承式箱形拱桥,主拱圈采用预制、组装、吊装施工。其跨径大,它的最终建成必须经历一个复杂的施工过程。因此,对主拱圈线形及受力监控尤为重要。
3 施工控制
3.1 理论计算
羊角乌江大桥理论计算采用有限元平面杆系软件进行,模型共划分成84个单元,70个节点,桥面系分成34个单元,非桥面系分50个单元。本桥采用平面杆系软件计算。针对主拱圈施工阶段、拱上横墙施工阶段、桥面系施工阶段和桥面铺装完成阶段四个阶段分别进行了计算。
计算考虑施工的进程、时间、相应状态临时荷载、环境温度、截面的变化、结构变化、混凝土的收缩与徐变等因素,确定出桥梁的预拱度,预测下一施工状态及施工成桥状态的内力与位移。结构分析采用有限元平面杆系分析软件进行,该项分析可确定各施工理想状态的内力与位移。
3.2 施工监测的内容
1)应力监测。
在大桥的上部结构(拱箱)的控制截面布置应力测量点,以观察在施工过程中这些截面的应力变化及应力分布情况。结合反馈控制的实时跟踪分析系统(即随机最优控制系统),由反馈控制子系统提供最优可调变量的调整方案,由实时跟踪分析系统分析在计入误差和变量调整之后每阶段乃至竣工后结构的实际状态(这将有利于桥梁结构可靠度的评估),同时可根据当前施工阶段向前计算至竣工。在武隆羊角乌江大桥上,根据对多种应力测试仪器的性能比较,考虑要适合长期观测并能保证足够的精度,选用丹东市电器仪表厂生产的钢弦式应力计的配套的频率接收仪作为应力观测仪器。
应力测点布置成5个关键截面,分别为:拱脚截面(2个)、1/8截面(2个)、拱顶截面(1个),见图2。
2)拱座位移监测。
羊角大桥4号、5号主拱台均采用重力式,羊角岸地质较差,主拱台基础采用了桩基承台,且设置了斜桩来抵抗部分水平推力;长坡岸地质较好,主拱台直接置于新鲜基岩上。该桥的水平推力比较大,羊角岸的拱座在荷载作用下会产生向后的位移,为了掌握拱座的位移情况我们在羊角岸的拱座上设了4个位移观测点,具体控制点见图3。
3)挠度观测。
挠度观测数据是控制成桥线形的主要依据。根据以往的经验,在每孔拱箱上、下游布置2个对称的高程观测点,这样不仅可以测量拱箱的挠度,同时也可以观察拱箱是否发生扭转变形。高程控制点布置在每孔的上、下游1/8,1/4,3/8,1/2,5/8,3/4,7/8拱,为尽量减少温度的影响,挠度的观测安排在早晨太阳出来之前进行。
从实测数据和理论分析来看,该桥羊角岸的位移在桥面铺装完成后在横桥向的最大位移为9 mm,考虑到混凝土收缩、弹性压缩和测量误差等因素的影响,拱座的位移值在要求的范围内。
挠度监测结果及分析:挠度监控是根据理论分析结果,给出主拱圈的预拱度和桥面的标高控制表,以获得较好的线形(见表1)。从实测数据和理论分析来看,该桥线形控制方面取得了较好的成果,跨中桥面标高与控制标高误差小于10 mm。
4 结语
1)对拱桥成桥线性控制,以获得较好的线形。大桥建成后,在汽车荷载和人群荷载等活载的作用下,伴随着混凝土的收缩、徐变继续进行,结构将产生下挠,约三年后变形才趋于稳定。为抵消这一变形值,需在跨中设计预拱度。
2)拱桥施工监控工作主要是对拱箱应力、挠度,拱座位移,温度场等重要参数的全过程监控。对羊角乌江拱桥的施工控制起到重要作用。控制结果符合精度要求,令人满意。
摘要：以羊角乌江大桥为例,对钢筋混凝土上承式箱形拱桥施工过程中施工控制进行了概述,提出有效、层次分明的控制流程,特别对拱桥的理论计算挠度和实测挠度进行对比,以保证整个大桥安全顺利完工。
关键词：钢筋混凝土,拱桥,施工控制,理论计算
参考文献
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[2]葛俊颖.基于ANSYS的桥梁结构分析[M].北京:中国铁道出版社,2007:33-44.
[3]贺拴海.桥梁结构理论与计算方法[M].北京:人民交通出版社,2003:462-481.
[4]罗旗帜,李新平,姚玲森.桥梁工程[M].广州:华南理工大学出版社,2006:247-324.
箱形拱桥 篇2
1 上部主要缺陷及其成因分析
1.1 裂缝缺陷
由大桥检验报告[2]知,上部承重结构主拱裂缝宽度在0.005 mm～0.2 mm之间,小于限值0.3 mm,且裂缝大多为空腹式拱桥常见裂缝,卸载后增大裂缝可以恢复,说明结构裂缝缺陷已经基本稳定或发展缓慢。
1.2 桥面破碎、腹拱裂缝成因分析
1)从荷载试验[3]的挠度测试结果及其残余变形情况来看,桥梁上部结构弹性工作性能良好,刚度满足要求。主拱无明显下沉和变形。2)桥面破损严重区域主要分布在慢车道区域(一般为重车行驶车道),且超重车辆通过率较高。3)大桥处于两个间距很近有明显纵波的弯道之间,车辆过桥时常会刹车而对桥梁产生较大冲击。这样容易引起腹拱拱顶附近横向裂缝。4)拱上片石混凝土填料不够密实,在荷载的长期反复作用下,拱上填料下沉或变形,造成桥面混凝土裂缝、破碎。5)大桥定期检查、正常养护维修工作不到位,年久失修是造成大桥损伤加剧的原因之一。
1.3 主拱连接钢板锈蚀
连接钢板锈蚀严重,已对其进行除锈、防护处理。
1.4 主拱拱底有明显的错位
主拱错位的主要原因为箱拱肋段预制、安装误差。对桥梁外观质量有一定影响,但对结构技术性能影响不大。
1.5 主拱拱肋横向连接
主拱拱肋横向连接缝不够密实,边拱拱肋没有明显的横移和外倾迹象。维修过的横向连接钢板外观质量明显改观,维修效果较好。
2 基于外观检查的上部主要承重构件评定
大桥上部结构修复后的缺损程度为“轻度”,标度为“0”;缺损对结构使用功能的影响程度为“大、重要”,标度为“2”;上部结构缺损“发展缓慢”或基本“趋于稳定”。大桥上部主要承重部件缺损状况评分为2分,按养护规范[4]桥梁结构属“较好二类”。
3 基于分析计算的评定
分析计算评定方法主要是对结构等效承载力的分析计算[5],在桥梁结构设计计算公式的基础上,综合考虑检算系数[6]Z10、活载影响系数ζq、耐久性恶化系数φ、截面损伤折减系数ζt等参数对计算公式修正后,建立的钢筋混凝土及预应力混凝土结构承载能力检算公式[7]为:
其中,ζq,φ,ζt分别为活载影响系数、耐久性恶化系数、截面损伤折减系数。
3.1 检算系数Z10的确定
1)Z1的确定。通过外观质量检查、计算分析,对结构验算系数Z1=1.0～1.1是合理的。
2)混凝土强度变异修正值Z′1与模态修正值Z″1。依据桥梁结构主要承重构件强度实测结果、结构固有模态参数测定结果及其与设计值的比较,按表1确定桥梁检验系数的修正值Z′1,Z″1。并按式(2),式(3)计算Z′1,Z10。
结构一阶反对称弯曲频率的变化幅度为15.3%,模态修正值Z″1取值0.08,此时箱形截面可折算成T形截面,其对应的截面系数α=0.9,由表3可知主拱圈应力校验系数为0.97,即强度安全储备率ΔRa/Ra=0.03,那么混凝土构件强度变异修正值为:
Z′1=αΔRa/Ra=0.9×0.03=0.027 (2)
最终确定桥梁检算系数为:
Z10=Z1+Z′1+Z″1=1.0+0.027+0.08=1.107 (3)
3.2 活载影响系数ζq
比较标准荷载分布Q1和实际活载分布的频遇值Q2,可得活载影响系数ζq为:
桥梁设计荷载为“超汽—20,挂—120”,取标准荷载分布Q1=120 t。取实际活载分布的频遇值Q2=135 t,由式(4)可计算出ζq=0.889。
3.3 耐久性恶化系数φ
耐久性恶化系数φ可以通过钢筋锈蚀程度函数来表达(见表2)。
根据外观调查结果,结构裂缝主要为横向裂缝,没有发现明显的钢筋露筋及锈蚀现象,但横向连接钢板锈蚀严重,综合考虑可取锈蚀程度为10%,对应耐久性恶化系数φ=0.08。
3.4 折减系数ζt
截面损伤折减系数ζt可表示为:
ζt=ζt1+ζt2 (5)
其中,ζt1为混凝土碳化引起截面削弱折减系数;ζt2为表面机械损伤折减系数。
3.4.1 碳化引起的截面削弱折减系数ζt1
对于箱形、T形截面混凝土构件碳化引起的截面削弱折减系数可表示为:
其中,X,XY分别为碳化深度、受压区高度;H,H0,B分别为截面高度、截面有效高度、腹板厚度;R0,RH分别为混凝土的设计强度、混凝土碳化后的强度。结构参数为X=0.001 5 m,XY=0.748 4 m,H=1.5 m,H0=1.47 m,B=0.25 m,R0=23 MPa,RH=45.9 MPa。代入式(6)得ζt1=-0.006。
3.4.2 混凝土表面损伤截面折减系数ζt2
表面机械损伤折减就是考虑外观缺损所造成的截面损失。不同面积和深度的表面机械损伤所造成的截面折减系数见表3。
由于该桥没有结构机械损伤记录,但考虑到超载及冲击作用,建议该处损伤面积取最小值0.3 m2,损伤深度1.0 cm,对应ζt2=0.02。代入式(5)可得ζt=0.014。
3.5 承载力检算公式建立
将以上参数带入式(1)得到该桥较为准确具体的承载力检算公式:
上式表明采用分析计算评定方法时,当恒载与0.088 9倍汽车活载组合产生的效应不超过0.087 3倍结构抗力效应时,结构承载力满足设计使用要求。
4 大桥养护维修对策
1)维护破损、露筋的护栏和受损栏杆,及时修理、更换个别损伤构件;2)加强日常养护,清理堵塞的排水孔,保证桥面排水顺畅,对大桥外观质量继续改善;3)对桥梁结构出现的裂缝及时进行处理,并观测其发展状况;4)对桥墩、台侧墙及桥面进行修理;5)修理调治构造物等附属构件;6)加强对大桥的养护管理,对维修后桥梁的技术状况作进一步检查和记录;7)对于拱桥混凝土表面裂缝,检验标准[4]规定,宽度超过0.15 mm的要求必须进行修补;8)建议严格控制超载车辆通过大桥;9)加强对沉降的观测,同时注意桥台是否有后倾现象。
5结语
公路桥梁技术状态的准确评定是目前旧桥养护所面临的关键问题,只有将多种评估方法进行有效的结合,在对相关技术指标定量分析的基础上,才能对公路桥梁的技术状况做出合理的定性评定结果。评定的合理性和精度也会随着工程实践应用而进一步提高,其养护对策也才更具有针对性。
摘要：以某大跨径箱形拱桥为工程背景,分析了箱形拱桥常见缺陷、病害及其成因,将桥梁外观检查与分析计算方法相结合,对大桥上部主要承重结构技术状况进行了深入分析和评定,提出了具有针对性的维修措施和养护建议。
关键词：箱形拱桥,外观检查,荷载试验,评定,养护对策
参考文献
[1]重庆市建设工程质量检验测试中心.双龙堡大桥检验报告(No.J/J 05-220-00301)[R].2005.
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[3]JTG H11-2004,公路桥涵养护规范[S].
[4]中华人民共和国行业标准.公路桥梁加固设计规范[S].
[5]中华人民共和国行业标准.公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)[S].
[6]YC4-4/1982,大跨径混凝土桥梁的试验方法[S].
箱形拱桥 篇3
1 工程概况
本研究拱桥跨越了当地深谷,采用1×13m的钢筋混凝土空心板、1×75m的钢筋混凝土箱形拱以及2×13m的预应力钢筋混凝土空心板,桥面连续且净跨径和净失高分别为160m和40m。
2 开挖基坑
开挖基坑应当尽量避免在多雨天气下进行,以防雨水雨水过多造成基坑内积水现象,严重影响基坑周围边坡的稳定性。机械式明挖是开挖基坑采用的主要方式,首先,在进行开挖前,无论何时都务必要做好基坑周围的排水工作,根据进度计划提前准备好施工所需的材料及器械,并安排好施工人员,一旦基坑开挖,就要以最快的效率进行施工,以免不可预见的各类因素影响到基坑的稳定性。其次,在放样桩位、边线以及基坑轴线,应当一次性完成,并且误差必须控制在规定许可的范围内以免长期累积误差,随后,基坑施工过程中,相关技术人员应当定期检验,以免开挖面积过小或过大,采用机械开挖的基坑只挖到基础底设计标高以上25cm左右[2]。
3 桥墩施工
(1)制作安装墩柱钢筋。墩柱钢筋需要提前制作好,制作的地点就是简易的现场加工坊,制作钢筋时应保障下料尺寸无误,并尽可能地使用机械连接,通过绑条焊或搭接连接骨架,且接头应当尽量分开。当墩柱钢筋全部制作完成时,应将其运到施工现场绑扎。
(2)混凝土浇筑墩柱。作为常见的商品材料,混凝土通过罐车运输,并通过输送泵或泵车送至仓库。为尽量避免混凝土发生“离析”现象,当混凝土浇筑高度>2m时应当挂串筒以便边取边浇,串筒与混凝土浇筑顶面之间的距离应≦2m。通过插入式振捣器振捣混凝土,必须严格控制墩身每浇筑40cm混凝土便进行一次振捣,不得遗漏振捣或重复振捣,只有这样,才能均匀地排出气泡,振捣过程要持续到混凝土不下沉为止。如果在气候干燥炎热的夏季施工,则应当做好降温工作,可以用水浸湿钢模并避开正午的高温时段。在混凝土脱模后应当用湿润的布料将混凝土外漏的地方遮挡住,并在布料外包裹一层或多层塑料膜,使得混凝土至少能在1周内呈保湿状态。
(3)养护混凝土。钢筋混凝土箱形拱桥施工技术中的重点内容之一就是混凝土的养护工作。当混凝土收浆后,应当以嘴快的速度对其进行喷水保湿和覆盖保湿养护,养护时常通常在1周左右(有外加剂则为2周)。养护混凝土期间,应当根据不同的天气状况采取不同的养护方式,并注意避免覆盖层与混凝土面层的相互接触,以防混凝土表面受到污染。当混凝土表面覆盖了模板时,应当时刻喷洒干净的水以保湿模板湿润。混凝土的养护时间应当充分考虑外加剂掺用情况、水泥规格情况以及空气湿度(或温度)情况后再做定夺,当所有状况都较好时,可以稍微减少养护时间,而当气温<5℃时,混凝土养护应当按照冬季施工规定采用蒸汽模式。
4 预制上部结构
(1)预制和加工拱箱。预制拱箱环节的对象首先就是隔板,预制底板以及腹板需要一次完成。通过土牛拱胎方式加工拱箱底模,混凝土的上浇厚度应在30cm左右。若场地有限,可以通过单龙门吊横移拱箱,通过龙门吊机上的电葫芦完成混凝土的运输,当场地已有基本外形后可以随即展开后一项工序。
(2)预制上部钢筋结构。在制作钢筋这一环节中,应当根据图纸设计制作出钢筋网片(或架片),以此为基础再制作钢筋网(或骨架)[3]。钢筋骨架的制作必须满足两方面的要求,其一,刚度稳定性应当控制好;其二,在某些结点处能够增强钢筋或点焊。当现场所有的材料都准备到位后,需要焊接和绑扎钢筋,只有这样,才能保证公路桥梁的质量,达到施工进度的要求。
(3)预制加工。同样需要一次完成的技术还有拱肋。混凝土在被运送到施工地前,应当在拌和站完成拌和工作,拌和的时间要控制在规定的范围之内。浇筑可用附着式振动器振动侧模并用插入式振动器加以辅助;在钢筋较多的地方采用人工方式通过钢钎辅助加固。由于拱肋下端大部分是扩大端面的构件,故当其完成浇筑与振捣时,需要在上部腹板进行混凝土的再次浇筑。养护预制件混凝土的方法可以按照实际情况选定,如果气温较低采用了蒸汽养护方式,应当在构件表面覆盖布料吸水,以防蒸汽在平整光滑的地方凝结成水珠侵洗混凝土。与此同时,混凝土在浇筑过程中还应当注意几点内容:其一,对于安装后没有外露部分或外露部分可修补的构件,浇筑方法可以选择翻转模板法,该法适合材质较硬的混凝土,当浇筑完成后需要即刻翻转与脱模,脱模后即刻修抹。其二,为了提高场地利用率,当预制件强度在75%以上时应将其转移至存储区。
5 安装上部结构
(1)布置索道。布置索道时,应将主索定成1组,每组主索可分成6根钢丝绳,通过对塔顶主索鞍的移动可以完成拱肋的逐一吊装[4]。主索的安全系数为3,主索张力最大值可为289.38t,跨中吊重最大时的垂度可为18.79m,空载垂度(包括配重及跑车)可为14.23m。拱肋通过歪吊正扣按照从下游至上游的顺序进行吊装,而主索使用小拖大的间接拖拉方法进行安装。在布置主索时,可以将跑车绕在主索后再立即收紧主索并逐渐放松跑车固定绳。收紧主索利用的是桥台与土地锚之间的空间。
在制梁场内,拱箱通过轨道运输到主索正下方,拱箱吊点采用的结构是留槽捆绑式。每台吊梁跑车都会配备重量在10t左右的起重卷扬机组,该机组可以为跑车的起升提供动力。索道起重系统在两付天车的情况下会形成双起重滑车组,每组各走8线,采用2台重量同样为10t的卷扬机。
(2)浇筑拱箱接缝。当安装完全部的拱箱后,浇筑拱箱接缝前应全面复核并详细记录拱圈的1/8跨径、跨中及接头处的高程,以便更深层次的了解拱箱沉落成拱情况。在拱箱的安装过程中,可以先进行纵缝底模施工(即通过吊模对封底率先进行混凝土施工,并在厚度上保持与底板相同)。混凝土全部在预制场拌和并通过施工索道进行浇筑,浇筑按照从拱脚到拱顶、横向先中间后两边的顺序进行,一方面,保证左右匀称,另一方面,控制浇筑速度,避免拱箱的纵向不平稳。
6 结语
综上所述,我国的钢筋混凝土箱形拱桥施工技术是安全可靠的[5]。然而,这并不代表该项技术不会出现意外的情况,换句话说,施工技术人员仍然需要建立公路桥梁施工控制网,并对钢筋混凝土箱形拱桥施工技术进行更加深入的研究与分析,通过实践来证明技术的可行性,以全面提升公路桥梁施工的整体水平,使我国的公路桥梁设施发展成为改造城市、提高人民生活质量的重要方式。
摘要：二十一世纪以来,我国无论是在科学技术方面,还是在社会经济方面均得到了大力发展,钢筋混凝土箱形拱桥施工技术更是在我国公路桥梁中广为应用,究其原因就在于箱形拱桥具有平均受力小、安全性能高以及维修费用低等优势。本文简单概述了研究地拱桥的情况,并研究了该拱桥中的钢筋混凝土箱形拱桥施工技术。
关键词：公路桥梁,钢筋混凝土,箱形拱桥
参考文献
[1]戚玉明,陶建山,吴克强等.大跨度钢筋混凝土箱形拱桥无支架施工技术[J].桥梁建设,2012,12(08):54-56.
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[4]陈宝春,叶琳.我国混凝土拱桥现状调查与发展方向分析[J].中外公路,2014,02(05):89-96.
箱形拱桥 篇4
本工程位于黔西南州兴义市, 桥位区处于兴义市马岭河峡谷风景区, 桥位区所处河流为马岭河, 场地所处地貌类型为中低山河谷地貌, 河谷为“U”型谷, 本段河水流向为北西至南东径流。桥位区位于河谷顶部, 地势相对较高, 左岸顶底最大高差约70m, 右岸顶底最大高差约73m, 地形起伏大。周围无滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象存在。经多轮方案论证与修改, 最终确定主桥采用单跨152m的上承式钢筋混凝土箱形拱桥。桥梁结构分两幅布置, 桥面总宽30.5m, 双向六车道, 两侧各设3m人行道。 (见图1)
主桥在布置桥跨时, 首先根据两岸拱座处的地质地形条件, 确定拱座位置, 在拱座顶面设置交界墩。本桥主桥净跨径为152m, 净矢高为30.4m, 净矢跨比为1/5, 拱轴系数m为1.872。拱上桥跨共13孔, 跨径为12.35m+11×12.3m+12.35m=160m。
桥梁结构分两幅布置, 双向六车道, 横断面布置为3m (人行道) +12m (车行道) +0.5m (防撞墙) +12m (车行道) +3m (人行道) , 全宽30.5m。
主桥施工方法初步拟定采用两种方案进行比选, 分别为预制节段缆索吊装和钢拱架上整体现浇。根据不同的施工方案, 拱肋的结构形式及工程数量略有不同。
缆索吊装法:当桥址为深谷、急流等桥下净空不能利用时, 在桥台或桥台后设立钢塔架, 塔架上悬挂缆索, 以缆索作为承重索进行架设安装的施工方法。缆索吊装较多的应用于拱桥的拼装施工, 有直吊式和斜拉式之分。缆索吊装法较其他方法架设机械庞大且工期长, 采用时需对其经济性进行充分分析。
钢拱架整体现浇法:钢拱架法是在两拱脚之间设置拱形支架, 在支架上安装模板, 绑扎钢筋, 现场浇筑混凝土的施工方法。一般有工字梁钢拱架和钢桁架拱两种, 可重复使用, 它不需设置支架, 只需在墩台上预留缺口设置拱脚铰, 以支承拱架, 钢拱架拆除后, 将缺口予以修复。但在安装钢拱架时, 需要另行配备吊装设施。
2 预制阶段拼装方案
2.1 主拱结构形式。
本施工方案全桥分两幅布置, 单幅拱圈由5片拱箱组成, 一孔拱圈纵向分为2个现浇节段 (拱脚段) 和11个预制节段, 拱圈合拢后, 现浇10cm的顶板后浇混凝土。
2.1.1 现浇段。
现浇段为第一节段, 共有两段, 节段长度均为17.5996m。现浇段拱圈为单箱五室断面, 箱室宽10.76m, 高3.1m, 另有10cm顶板后浇层。顶板厚20cm, 底板厚30cm, 边腹板厚22cm, 中腹板厚68cm。拱脚段顶、底板、腹板厚度渐变, 在拱脚处, 箱室顶板、底板、腹板各加厚30cm。
2.1.2 预制节段。
预制节段纵向共有11段, 其中第二节段~第六节段各有两段, 节段长度分别为:14.2075m、13.3271m、12.7528m、12.3637m、12.2601m;第七节段为拱顶合拢段, 节段长度为5m。
预制节段单幅桥横桥向由5片拱箱组成, 拱圈外侧的2片拱箱为边箱, 中间的3片拱箱为中箱。每个拱圈拱背总宽10.76m, 拱腹总宽10.76m, 拱圈总高度3.2m。其中预制拱箱边箱拱背宽2.02m, 拱腹宽2.12m, 中箱拱背宽1.92m, 拱腹宽2.12m, 预制拱箱高3.1m, 另有10cm顶板后浇层;预制拱箱顶板厚20cm, 底板厚30cm, 腹板厚22cm。各片拱箱间设后浇混凝土纵缝, 纵缝宽0.24m;各拱箱节段间设后浇混凝土横缝, 横缝宽0.6m;纵缝、横缝应同期浇筑。
拱箱节段中横隔板厚20cm, 垫梁与主拱圈交界两侧各设一道, 其余以2.5m左右为标准间距沿各节段均匀布置;节段端横隔板厚10cm, 设置于各节段端部;各拱箱节段接头处顶、底板均预埋角钢, 用于设置拼接用的螺栓连接构造。拱箱预制后, 采用无支架缆索吊装。吊装后只需进行箱段之间的纵横连接和浇筑纵缝混凝土。
2.1.3 顶板现浇层:拱圈合拢后, 现浇10cm的顶板混凝土。
2.2 主拱材料数量 (见表1)
2.3 施工顺序。
拱圈吊装施工采用无支架缆索吊装施工方法, 拱肋按顺序吊装就位后, 焊连纵横预埋铁件, 浇筑接头混凝土和纵缝混凝土, 形成拱圈。
2.3.1 浇筑施工缆索地锚结构、搭设施工索塔, 安装施工缆索。
2.3.2 单幅桥吊装预制箱形成拱圈操作顺序为:支架现浇第一节段→吊装Ⅰ、Ⅱ号拱肋预制拱箱形成拱圈→处理两片拱肋横向联结, 浇筑接头混凝土和纵缝混凝土→吊装Ⅲ、Ⅳ号拱肋预制拱箱形成拱圈→处理拱肋横向联结, 浇筑接头混凝土和纵缝混凝土→吊装Ⅴ号拱肋预制拱箱形成拱圈→处理拱肋横向联结, 浇筑接头混凝土和纵缝混凝土。
2.3.3 浇筑预制箱间的纵缝砼:箱间砼由两端拱脚同时开始浇筑, 横向各缝齐头并进, 由下而上逐步浇筑到拱顶处合拢。缝内砼施工应分两层进行, 第一层浇至大约1/2箱高处, 初凝后再浇注至全高, 以避免浇筑振捣对腹板造成损害。
2.3.4 拱圈现浇层施工:绑扎现浇层钢筋, 从两拱脚向拱顶方向对称浇筑混凝土, 并同期浇注立柱垫墙。
初步估算缆索吊装施工钢塔架需约800t, 主索地锚4个, 索道330m。
3 钢拱架整体现浇方案
3.1 主拱结构形式。
本施工方案全桥分两幅布置, 单幅一孔拱圈纵向分为5个节段, 拱圈划分按对称布置, 其中第一、五节段长32.405m, 第二、四节段长30.137m, 第三节段长39.780m。现浇段拱圈为单箱五室断面, 箱室宽10.76m, 高3.1m, 另有10cm顶板后浇层。顶板厚20cm, 底板厚30cm, 边腹板厚30cm, 中腹板厚30cm。拱脚段顶、底板、腹板厚度渐变, 在拱脚处, 箱室顶板、底板、腹板各加厚30cm。
3.2 主拱材料数量 (见表2)
3.3 施工顺序。在桥轴线上设置一轻型缆索吊装系统, 用以吊运钢拱架部件, 在横移索和斜拉索的配合下, 完成钢拱架拼装工作;
在钢拱架上进行拱箱现浇施工。拱箱按“三环五段”的顺序进行现浇, 第一环为拱箱底板、第二环为拱箱腹板、第三环为拱箱顶板, 底板和腹板同时合拢, 顶板最后合拢, 每环分五段现浇, 施工时必须注意以对称均衡为原则。
钢拱架主体采用六四式军用梁标准三角桁架进行拼装。施工过程中必须严格按照施工操作规程办理。拱架安装坐标需考虑预拱度和木拱盔的建筑高度。
单幅钢拱架横向由二十片六四式军用标准桁架加横向联接系组成, 用八字横向缆风索保证钢拱架的横向稳定性, 在钢拱架上设木拱盔以便拱圈支模。
卸落拱架是通过排放砂筒中的砂来实现的。要求均匀缓慢, 做到对称、均衡地卸落拱架。
一幅拱圈施工完毕后, 拱架通过侧面滑道和底面滑道进行横移。
初步估算缆索吊装钢拱架钢塔架需约400t, 主索地锚4个, 索道330m。单幅钢拱架约1100t。
4 工程造价分析
4.1 工程预算的编制依据。
本工程为市政工程, 但桥梁规模为特大桥, 超出了一般市政定额规定的“单跨100m以内的城镇桥梁工程”的适用范围, 故本工程的概预算均采用公路工程的编制办法进行编制, 编制依据如下:
(1) JTG B06-2007《公路基本建设工程概算、预算编制办法》;
(2) JTG/T B06-01-2007《公路工程概算定额》;
(3) JTG/T B06-02-2007《公路工程预算定额》;
(4) XJTW2008公路工程造价编制系统;
(5) 贵州省交通建设工程造价管理站“关于执行《贵州省公路工程基本建设项目概、预算编制补充规定》通知”黔交价管[2008]39号;
(6) 工程量以初步设计图纸为基础;
(7) 其他类似工程。
4.2 编制方法。
本次预算编制仅针对本文分析的主拱圈进行计算。为方便对照, 将项目分为实体项目和施工措施项目, 并分别对数量、单价及合计进行比较。
4.3 主桥拱圈工程造价计算结果。
经计算采用悬索吊装方案主拱造价为2368.15万元, 钢拱架整体现浇法主拱造价为2190.65万元 (详见表3) 。
由表3计算结果可知:实体工程部分, 拱架现浇方案较悬索吊装方案少401.73万元。
拱架现浇方案无现浇接缝及整体化层混凝土, 该部分混凝土数量为1273.44m3, 造价为61.22万元;悬索吊装方案主拱混凝土分为预制和现浇两部分, 总量较现浇方案多280m3, 其中现浇部分单价与现浇方案相同, 预制部分分为预制和吊装两个工程内容, 合计单价为1620.34元/m3, 包括了预制场地, 箱拱预制, 场内运输, 悬索吊装, 与拱架现浇的730.62元/m3相差较大, 总计相差340.51万元。
施工措施部分, 拱架现浇方案较悬索吊装方案多224.23万元。经分析, 虽然拱架现浇方案在浇筑主拱混凝土时, 拱架为主要受力构件, 但是在安装钢拱架时, 仍需要钢塔架及缆索进行吊装, 只是吊装吨位相对较小, 但钢拱架的安装及使用费用增加较多。
综上, 拱架现浇方案比悬索吊装方案造价节省177.50万元, 总体相差7.5%。
5 结论
经前文分析拱架现浇方案较悬索吊装方案略为经济, 但是在施工设备上的要求较高, 不仅需要钢拱架, 还需要缆索吊装设备。施工质量控制方面:悬索吊装方案在吊装过程中, 不可预见因素较多, 施工风险较大, 对施工过程的控制要求较高;拱架现浇方法在拱架组装完毕后, 主拱的施工类似与支架现浇, 有利于控制拱轴线的线形, 且现浇混凝土的整体性较预制拼装要好。
综上, 在相同前提下 (如钢塔架及拱架均需租借) , 建议采用钢拱架整体现浇的施工方法, 该方案施工风险相对较低, 施工质量较易控制, 对施工技术要求相对较低, 且造价较为经济。
参考文献
[1]公路工程造价的技术与计量[M].北京:人民交通出版社, 2013.
[2]张河锦, 赖永斌, 汪海峰.大跨径钢筋混凝土箱拱主拱圈有支架现浇施工方法介绍及分析[J].华东公路, 2008 (5) .
箱形拱桥 篇5
西昌某桥设计为2×8.0m(连续板)+138m(箱形拱)+2×9.6m(简支空心板),全桥长192.0m。主跨为净跨138m的上承式钢筋混凝土无铰拱桥,拱圈为单箱三室箱形拱。由于缺少预制场地,采用在钢拱架分环分段现浇的施工方式,拱架及拱圈示意图如图1所示。
为了减少钢拱架的用钢量,采用分环施工的方式,这样可以利用已形成的拱圈混凝土环与拱架的联合受力。分环方式有两种。其一分为四环,第一环～第四环分别为NO.1～NO.4;其二分为三环,第一环为NO.1和NO.3,第二环为NO.2,第三环为NO.4。
施工过程要经历洪水期,所以要先形成部分拱环,增加横向刚度,以便安全渡汛。根据施工进度,若分四环可先形成两个边箱,若分三环可先形成底板及1.5m高腹板。
2 有限元模拟与分析
2.1 有限元模型
为了对比两种分环方式横向刚度的差别,利用大型有限元软件MSC.Marc进行了分析。全桥离散单元图如图3所示。共有单元43416个,节点66406个,其中三维实体单元38594个、空间梁单元475个、空间桁架单元4347个。
2.2 流水压力
施工中要经历洪水期,因此考虑流水压力(为减小工作量,不考虑风荷载)。流水压力的计算按公路桥涵设计通用规范有:
Fw=KA
式中:Fw——流水压力标准值(kN);
γ——水的重力密度(kN/m3);
V——设计流速(m/s);
A——阻水面积(m2);
g——重力加速度,g=9.81(m/s2);
K——阻水物形状系数。
取K=1.5,γ=10kN/m3,V=3.0m/s
洪水期水位最高时淹没拱座0.5m,水位线如图4所示,那么计算流水压力的杆件就确定了。
2.3 计算分析
把计算得到的流水压力转化为节点力,施加到拱架上去,在没有浇注混凝土前拱架的最大变位发生在拱顶,最大值为47mm;若拱架上已浇注第一环的大部分混凝土而没有合拢,那么混凝土的重量在这个横向偏位下会产生一个使拱架侧翻的弯矩,该弯矩会产生附加的横向偏位,而混凝土的重量在该附加横向偏位上又会产生新的附加侧翻弯矩,如式(1)所示。若 Δ=Δ0+Δ1+Δ2……Δn+……不收敛,就会发生面外失稳。因此如前面所提到的,一定要在洪水期来临前形成闭合的混凝土环。
流水压力→拱架横向变量
把计算得到的流水压力施加到分四环和分三环两种情况的拱架上去,两种情况下的拱架横向变形分别如图5、图6所示。可以看到最大横向变位都发生在拱顶,分四环时拱顶的横向变位2.9mm,分三环时仅为1.4mm。前者是后者的2倍多。
究其原因,拱架横向联系较弱,先形成的两个边箱自成独立体系,对加强拱架横向联系作用不大;而先形成底板及1.5m高腹板,通过底板的联结作用加强了拱架的横向联系,因此横向刚度大大提高。同时,经过计算得知,两种分环方式在施工过程中,拱架的应力都在设计允许范围内,即均可采用。
虽然在该桥上采用两种分环方案在流水压力作用下的横向变位都不太大,但是还是可以看出两者之间存在着明显的差别,这对于施工中横向刚度较弱的钢拱架承受多种横向荷载时(如风压)还是很重要的,而且在其它类似的桥上可能起到的作用就比较明显。
3 结论及建议
结合工程项目,通过有限元分析,认为在混凝土箱型拱桥在无支墩拱式拱架上现浇施工时,通过合理的分环方案可以增加横向刚度,提高横向稳定性,以保证施工安全渡汛。建议在确定分环方案时要经过准确的计算来确定,在保证拱架应力不超过设计允许值的情况下,选用横向刚度大的方案,这样可以保证安全,少设缆风,甚至不设缆风,减少施工工序,节约成本。本文的研究结果可为采用相同施工方式施工的桥梁提供一定的参考价值,以优化施工方案。
摘要：混凝土箱型拱桥在无支墩拱式拱架上现浇施工时,若跨度较大,拱圈一般采用分环分段的施工方法。采用该方法施工时,已形成的拱环与拱架的横向联合作用明显。通过对比分析,采用一个最优分环方案,可以利用已形成的拱环与拱架在横向的联合作用,增加横向刚度,有利于提高施工过程中的横向稳定性。
箱形拱桥 篇6
拟建重庆市某乌江大桥跨越乌江银盘电站库区, 起点跨越国道319 线并通过引道与其相接, 是武隆县与火炉镇、龙坝乡、沧沟乡、土地乡、桐梓镇以及后坪乡等乡镇的快速过江通道, 同时也是武隆后坪天坑群旅游公路的控制性节点工程。
2 上部结构主拱圈施工要点
2.1 搭架现浇段。 两岸拱脚第一节段采用搭架现浇。 施工时应根据拱圈放样坐标表, 考虑预拱度后确定立模标高。
拱脚段 ( 即1 号节段) 采用搭架现浇施工, 须严格控制支架的变形, 现浇前支架必须预压, 预压重量不得小于主拱圈节段施工荷载 ( 含结构自重) 的120%。 同时应对2 号节段施工时传递荷载作验算, 确保1 号节段在施工过程中的安全。 拱圈节段施工时应将纵向钢筋伸出接头, 以方便和下一节段的钢筋连接。
为了避免日照产生的非均匀温差对结构的影响, 在混凝土浇筑完成后, 支架拆除前, 除了采取正常养护措施外, 还要在拱箱侧面挂透风遮光的帷幕, 防止钢支架直接被阳光照射, 减小钢支架的升温变形量。
2.2 挂篮悬臂浇筑段。 拱圈节段施工采用缆索扣挂悬臂浇筑法施工。 拱圈悬臂浇筑挂篮系统及相关临时工程部分系统由承包人设计, 经设计认可并报业主和监理审批后实施, 承包人应对拱圈节段施工全过程编制详细施工组织设计, 报业主和监理审批后实施。
拱圈的放样及立模坐标 ( X、Y、Z) , 应选在避开日照的22 时至次日7 时 ( 以下简称标准时间) , 还应避开大风期, 按设计提供的含预拱度坐标, 另加施工调整值控制。 扣索、锚索的每一次张拉也应选在标准时间段内进行, 否则应对标高、索力进行温度修正。
节段悬臂浇筑采用两岸对称施工。 每岸拱脚段采用搭架现浇施工, 其余每半跨分十四个节段采用悬臂浇筑施工, 拱顶合龙段长2m采用吊架施工。
拱脚段采用塔架现浇, 并在砼强度等级达到不低于设计强度等级值的90%且弹模不低于28d弹模的90%以后, 张拉锚索及扣索1, 拆除支架, 安装挂篮, 准备2 号节段施工。 挂篮悬浇2 号节段砼, 并在砼强度等级达到不低于设计强度等级值的85%且弹模不低于28d弹模的85%以后, 扣挂并张拉扣索2。 移动挂篮, 准备下一阶段的施工。 重复该过程, 完成两岸对称浇筑。
对于悬浇施工还应结合挂篮、浇筑、张拉等流程进行施工监控设计与计算。 施工监控设计, 应经设计认可并报业主和监理工程师批准后实施。 扣索、锚索张拉要遵循设计规定的程序、索力、坐标及其他要求, 且应与各项设计控制值校对, 直至符合规定的允许误差为止。
拱圈砼的浇筑过程中, 除满足两半跨节段数差不大于一个节段, 时间不长于15 天外, 对于拱圈全截面还应有相对于拱圈中线的对称、均衡要求。 拱圈筑浇的顺序, 应按设计要求, 或采用“ 底板→腹板→顶板”的顺序。
拱圈混凝土应采用泵送。 一般要求是应具有大坍落度、缓凝、早强性能。 承包人应按相关技术规范要求的配合比设计、试配、外加剂、泵送混凝土等的相关规定施工。 拱圈砼弹模每一组试件中低值不得小于3.5×105MPa。
钢筋的施工, 应按照相关技术规定施工。 拱圈上扣索预埋钢管及锚箱定位, 可参照塔上索管的要求进行, 在精确定位并符合误差要求后, 可与拱圈钢筋骨架电焊固定再行复测, 合格后报告监理工程师。 放样定位同样应选择在标准时间。
拱圈大悬臂施工时, 应根据分析计算所确定的发生危险抖振的风速和拱圈悬臂长度、抗抖振措施, 结合施工实际情况, 研究与采取抗风、抗抖振的具体措施, 并报监理工程师批准后实施。 当拱圈达到此悬臂长度后, 根据天气预报, 在设计规定的大风来临之前必须将批准的抗抖振设施安装完毕。
合龙前对拱圈、扣索、锚索和扣塔应进行全面的线形、索力、偏位调整。 并根据需要进行温度修正, 选择温度稳定时段实施合龙。
拱圈施工过程中应特别注意加强拱圈混凝土养护, 拱圈节段各部位要求保温养护, 严格控制混凝土收缩裂纹。
拱圈节段悬臂浇筑的施工控制, 应要求双控, 即索力与拱圈节段坐标都要控制在设计允许的误差范围之内。 悬浇每一拱圈节段前与浇筑中间的牵索张拉, 一般以控制拱圈节段坐标为主, 兼顾索力。 允许误差按本规范和设计规定, 或取修正温度后的坐标误差≤±10mm, 索力±50k N。
每一拱圈节段完成后的扣索、锚索张拉, 即设计初张力的张拉, 应对坐标与索力进行双控, 索力还应用传感器或振动频率计检测。 在标准时间段内检测的结果, 应符合设计规定的允许误差。 或按下述规定:拱圈坐标±10mm;拱圈节段端上下游高差≤5mm;索力误差±5%;扣塔中扣索、锚索张拉处的偏位误差<1/3000;拱圈节段重量±2%。 如不符合允许误差, 应进行调整直至合格后, 报告监理工程师复测。 还应将合格的拱圈节段面坐标、扣塔位移、索力、实际拱圈节段重, 经监理工程师交由施工监控单位进行专项计算并经设计认可后, 确定下一拱圈节段施工的坐标与索力。 其中容重由相应的试验实测值, 结合混凝土盘数综合确定, 专项计算的弹性模量采用相应的试验实测值。
2.3 合龙段施工。 主拱圈合龙即体系转换是控制全桥受力和线形的关键工序, 因此主拱圈的合龙顺序、合龙温度和工艺都必须严格控制。主拱圈的合龙顺序及要求参见有关设计图。
主拱合龙前, 应按设计要求复测全桥索力或调索。 各项允许误差应符合设计规定或采用: 拱圈轴线偏位10mm; 拱圈节段断面尺寸偏差 ( mm) 高±5, 顶宽±30, 板厚+10.0;锚固点高程偏差±10mm;索力误差±3%。如不符合要求应进行再调整, 再调整的实施应在设计、监理、监控、施工四方协商一致后进行, 拱圈拱轴线形及内力的调整, 除采用扣索、锚索索力调整方法外, 不排除拱顶合龙前在拱顶用千斤顶调整拱圈内力。 跨中合龙段应按设计要求与程序, 及施工规范的相关规定施工。
拱圈合龙温度原则上应根据温度影响观测结果选择对应合龙口大时的温度, 设计合龙温度暂定为15±3℃, 如不能在设计的合龙温度下合龙, 需报设计单位, 重新拟定相应的合龙措施。
合龙段应按设计要求设置劲性骨架, 劲性骨架应在设计温度稳定时段锁定。 劲性骨架锁定前, 拱圈合龙精度须满足设计的要求。 合龙段混凝土浇注应在标准时段内进行, 并在标准时段内混凝土达到初凝, 确保无强度或低强度的混凝土在升温时段不会开裂。
合龙精度: 合龙段两端相对高差不大于10mm, 轴向偏位不大于10mm。 合龙精度可以通过调整扣索、锚索索力及拱圈压水箱等措施实现。
3 结论
本桥施工图设计对该上承式钢筋混凝土箱形拱桥上部拱圈施工要点进行了较为详细的分析, 针对类似桥型的桥梁拱圈施工, 给出了较为具体的施工步骤和施工方法参考, 对于该类型桥梁的施工能起到一定参考作用, 以保证工程的顺利实施。
摘要：结合实际工程, 分析重庆某上承式钢筋混凝土箱形拱桥施工图设计要点, 为同类桥梁设计及施工提供一些经验, 有利于工程的顺利开展。