钢管混凝土提篮拱桥（精选10篇）
钢管混凝土提篮拱桥 篇1
钢管混凝土组合材料, 结合两种不同力学性质材料的优点, 具有独特的工作特点:借助内填的混凝土, 增强了钢管承受荷载时管壁的稳定性;借助钢管对核心混凝土的套箍作用, 使核心混凝土处于三向受力状态, 从而使核心混凝土延缓了受压时的纵向开裂, 不但提高了承载力, 而且增大了极限压缩应变。拱肋采用提篮形式加大了桥梁结构横竖向刚度, 提高了结构的稳定性, 因而大跨度钢管混凝土提篮拱桥很有发展前景[6]。目前建成的铁路大跨度钢管混凝土提篮拱桥很少, 对其空间动力分析的研究也很少, 为保证列车运营安全、平稳、舒适, 很有必要对铁路大跨度钢管混凝土提篮拱桥进行动力分析, 为以后的设计提供一个参考。
1 工程概况
某设计方案:主跨结构为提篮形钢管混凝土拱, 拱脚中心跨度380米, 矢高76米, 矢跨比为1/5, 主拱立面投影拱轴线为悬链线, 拱轴系数m=3.0。拱圈由两条拱肋与横向联接系构成, 拱肋横向内倾7.6。拱肋拱脚处中心距28米, 拱顶中心距7.72米, 每条拱肋由6个φ1500mm钢管组成, 拱肋平均宽跨比为1/16.7。拱脚至L/8段采用实腹式, 上下钢管由腹板链接。L/8～L/2为空腹段, 上下两个钢管之间用H型字钢腹杆联接, 两条拱肋之间由上、下弦横联杆件联接, 这些联接杆件采用钢管。拱顶77米范围内采用混凝土Ⅱ形刚架。拱顶77米范围以外拱上梁跨采用32米铁路标准简支T梁, 墩柱采用钢管混凝土刚架墩 (如图1) 。
2 有限元模型的建立
对T梁主梁采用T梁梁段有限元法[1]建模, 对桥墩和拱肋及其拱肋间联系构件均采用空间梁元建模, 对拱上Π形结构采用板壳元建模, 钢材及混凝土弹性模量E和泊桑比μ按现行桥规取值。分析模型确定后, 就可由动力学势能驻值原理及形成矩阵的"对号入座"法则[2], 建立桥梁刚度、质量、阻尼等矩阵。通过运用自编的软件计算出桥梁的前十阶自振频率和振型 (如图2和表1) 。
3 建立车辆动力模型
将桥上列车与桥梁视为整体系统。考虑各车辆与桥梁空间振动位移的相互关系, 计算任一时刻t的桥上列车及桥梁空间振动的弹性总势能。按弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座" 法则, 建立t时刻此系统空间振动的矩阵方程:
undefined
式中, undefined、undefined、{δ}分别为车桥系统在t时刻的加速度、速度、位移参数列阵。计算分C62货车 (1动+25拖) 和DF11客车 (1动18拖) , 货物列车按单双线分别以50、60、70和80km/h的速度通过桥梁, 客车按单双线分别以80、100、120和140km/h的速度通过桥梁。对以上工况从横竖向位移、脱轨系数、轮重减载率、和Sperling指标等方面对桥梁行车安全性和舒适性进行了分析。
4 铁路大跨度钢管混凝土提篮拱桥动力响应分析
(1) 结构自振特性
第一阶振型为拱、梁对称横弯, 自振频率为0.456Hz, 第二阶振型为拱、梁反对称竖向, 自振频率为0.603Hz, 表明拱肋面外刚度小于面内刚度, 但二者自振频率相差不大, 说明了拱肋的宽跨比 (平均宽跨比1/16.7) 选择合适, 表现了提篮拱整体性能良好。且第一阶横向和竖向频率值满足该类桥梁的要求, 此桥动力稳定性有保障。
(2) 横向动位移
图中给出了拱顶、第三跨T梁跨中、3号墩顶横向动位移与列车速度V的关系图 (如图3) 。
跨中、墩顶、拱顶横向位移随货车速度增大而增大, 且双向行驶比单向行驶的横向位移大, 接近2倍, 其位移值分别为3.6m、3.2mm、2.1mm。在客车作用下, 横向位移并不是随速度增大而递增, 而是在双向行驶速度为120Km/h时最大, 跨中、墩顶、拱顶横向位移分别为1.8mm、1.6mm、1.3mm。跨中横向位移比拱顶的大, 货车比客车产生的横向动位移大。该桥横向振幅满足"铁路桥梁检定规范"的要求, 该桥横向刚度满足要求[7]。
(3) 竖向动位移
图中给出了拱顶、第三跨T梁跨中、3号墩顶竖向动位移与列车速度V的关系图 (如图4) 。
跨中、墩顶、拱顶竖向位移随货车和客车速度增大而增大, 但增大幅度很小, 双向行驶比单向行驶的横向位移大, 约为2倍。拱顶竖向位移比T梁跨中要大, 货车比客车产生的竖向动位移大, 最大竖向位移为拱顶处28mm。该桥竖向振幅满足"铁路桥梁检定规范"的要求, 该桥竖向刚度满足要求[7]。
5 车辆动力响应分析
以下图中给出了脱轨系数、轮重减载率与列车速度V的关系图 (如图5) 。
脱轨系数与轮重减载率是衡量车辆是否脱轨的两种指标, 他们都是由作用于车轮垂向力和侧向力的平衡条件导出。在车桥动力仿真分析中, 列车运行安全性与舒适性 (平稳性) 的评定指标选取为:脱轨系数≤0.8, 轮重减载率≤0.6, 横向摇摆力≤80KN, 参考文献[1]。
货车和客车编组单、双向行驶时脱轨系数增大很快, 双向行驶比单向行驶时的脱轨系数大, 反映了双向行驶比单向行驶时的振动大。客车比货车的增幅快。货车单向行驶脱轨系数的变化范围为0.26～0.50, 货车双向行驶脱轨系数的变化范围为0.28～0.54, 客车单向行驶脱轨系数的变化范围为0.20～0.36, 客车双向行驶脱轨系数的变化范围为0.22～0.40。计算结果均小于0.8, 满足"检定"要求[7～8]。
货车和客车编组单、双向行驶时轮重减载率增大很快, 双向行驶比单向行驶时的轮重减载率略大。货车比客车增幅大。货车单向行驶轮重减载率的变化范围为0.28～0.43, 货车双向行驶轮重减载率的变化范围为0.31～0.46, 客车单向行驶轮重减载率的变化范围为0.15～0.28, 客车双向行驶轮重减载率的变化范围为0.18～0.32。计算结果均小于0.6, 满足"检定"要求[7]。
以下图中给出了Sperling指标Wz与列车速度V的关系图 (如图6) 。
Sperling指标Wz是评价客车舒适性和货车平稳性的一种标准。车辆舒适度反映了车辆的机械振动对旅客影响的评价, 车辆的平稳性是判定车辆振动的稳定性[]。Sperling指标Wz越大振动越大。从图中可知Sperling指标Wz随速度的增大而加大, 双向行驶比单向行驶时的大。Sperling指标Wz在2.0～3.0之间, 客车的舒适度和货车的平稳性满足要求。
6 结论
(1) 该钢管混凝土提篮拱桥面内刚度和面外刚度接近, 拱肋宽跨比 (平均宽跨比1/16.7) 选择合适, 桥梁整体性能良好。
(2) 钢管混凝土提篮拱桥稳定性良好, 横竖向刚度大, 在大跨度铁路桥梁中很有运用前景。
(3) 列车速度对横向振幅影响较大, 且并不总是随列车速度增大而增大, 在某一速度可能产生共振。故过桥时应注意行车速度的选择。
(4) 钢管混凝土提篮拱桥的竖向位移与速度大致成线性关系, 但变化不大。
(5) 在所讨论的工况中, 脱轨系数、轮重减载率和Sperling指标Wz随列车的速度增大而增大, 但该桥均良好满足要求, 充分说明了钢管混凝土提篮拱桥具有很好的横竖向刚度, 满足列车行走的安全性和舒适性。
参考文献
[1]曾庆元, 郭向荣.列车桥梁时变系统振动分析理论与应用.北京:中国铁道出版社, 1999.
[2]曾庆元.弹性系统动力学总势能不变值原理[J].华中理工大学学报, 2000, 28 (1) :1-3.
[3][德]J.M.Lipsius, 高速运行时UmAn型动轴转向架车轮动荷载的测量.施治才译.
[4][苏]鲍达尔Н.Г.铁路桥梁与机车车辆的相互作用, 胡人礼译, 1987.
[5]单德山, 李乔, 铁路提篮拱桥车桥耦合振动分析, 西南交通大学学报, 2005 (1) .
[6]TB/T2360-93, 铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准[S].1993.
[7]GB5599-85, 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范[S].1985.
钢管混凝土提篮拱桥 篇2
结合钢管混凝土拱桥吊杆的破损状况,通过对吊杆普遍存在的.破损分析,指出钢索破损、锚具破损、防护破损以及短吊杆破损是吊杆破损的主要原因,并介绍双层无粘接HDPE护套、锚头内灌注油脂2种改进设计方法,并提出处理短吊杆防护的新思路.
作 者：张辉 曹锡 张海彦 ZHANG Hui CAO Xi ZHANG Hai-yan 作者单位：张辉,张海彦,ZHANG Hui,ZHANG Hai-yan(西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安,710055)
曹锡,CAO Xi(南通新华建筑集团有限公司北京分公司,北京,100022)
钢管混凝土提篮拱桥 篇3
关键词：自流平混凝土 钢管混凝土系杆拱桥 UEA微膨胀剂 施工
中图分类号：G27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00
一、工程概况
扬州新万福路改建工程江阳大桥，主跨采用120m哑铃形钢管混凝土系杆拱结构，矢跨比1/5，拱高24m，桥面总宽度20.75m，采用盆式钢支座。拱脚与引桥分别设D-160及D-80伸缩缝各一道。该桥拱脚采用了C55自流平混凝土施工，拱肋采用了C50自流平混凝土施工。该系杆拱的拱脚部位采用厚20mm钢板四面包封加固，仅开设直径150mm振捣孔，内植剪力钉，底板与盆式支座部位也采用钢板加固，该部位系梁钢筋、端横梁钢筋、预应力波纹管纵横交错，如采用常规混凝土施工方案，无法保证拱脚部位尤其是支座顶面混凝土密实。钢管拱肋内存在大量加固钢肋，吊索锚箱、加固弹簧钢筋，拱肋高度24m，如直接采用从拱脚压注混凝土至拱顶方法施工，极易造成堵塞和混凝土压力过大爆管等事故。
二、自流平混凝土的配制、运输、浇筑、养生
2.1 C55自流平混凝土应用于拱脚
2.1.1自流平混凝土材料配合比由有资质的实验室出具配合比试验报告，并在施工现场工况条件下进行配合比的验证工作。
2.1.2每一批次自流平混凝土生产之前均进行集料含水率测定，并据此调整施工配合比，按施工配合比在试验室进行试拌，验证拌和物坍落度、扩展度等工作性能与配合比复验时一致后方可开始生产。
2.1.3由于自流平混凝土用料组分较多，需严格计量精度，生产前对计量设备需重新进行校验，清理生产系统内残留物等。为保证自流平混凝土各组份能充分搅拌均匀，施工时适当延长混凝土搅拌时间。
2.1.4自流平混凝土拌合物的运输采用搅拌车加泵送，每罐混凝土到达现场后，均应做塌落度、扩展度试验。
2.1.5自流平混凝土在自拌和机进入混凝土泵受料斗后，需不间断地进行搅拌，严防板结，且泵送间隔时间不宜过长。
2.1.6自流平混凝土浇筑宜自最低点开始，以防骨料与浆体分离。由于自流平混凝土极易板结，因此，在浇筑时不宜频繁变换布料点位置，以利混凝土按序流动，及时排出气泡。同时浇筑速度在满足初凝前覆盖的条件下宜缓慢均衡进行。
2.1.7自流平混凝土成型模板若采用竹胶板等憎水性等模板时，仅需模板外侧采用小锤轻击帮助排出微气泡；若采用钢、木模板时宜采用钢钎贴模板面钎插并辅以小锤在模板外轻击即可获得良好的效果。
2.1.8自流平混凝土的养护。由于自流平混凝土水泥用量低，水化作用过程中产生的热量较小，因此无需洒水养护，采用塑料膜等不透水材料予以覆盖即可（冬期施工尚需采用保温措施）。
2.1.9试块制作时，在拌和物入模后只需轻轻晃动即可。
2.2 C50自流平钢管混凝土拱肋的施工
江阳大桥采用无支架法先拱后杆施工，在钢管拱肋混凝土的施工阶段，为保证钢管受力效果，采用先灌下肢钢管，后灌上肢钢管，再灌腹腔混凝土的灌注顺序。
2.2.1为保证混凝土的成型效果，目前钢管混凝土拱肋的混凝土灌注均采用在拱脚开口对称顶压方式向上压注。但是，以下几点始终较难克服：
⑴由于施工工艺和混凝土收缩，混凝土总是无法完全充满钢管空腹中，使得“紧箍效应”无法实现，混凝土不能达到三轴压缩的理想效果。[1]
⑵由于钢管拱肋为薄壁结构，为防止拱肋变形，混凝土顶升时须严格进行混凝土输送泵压力的控制，针对不同矢高的钢管拱肋，必要时尚需分段顶升。但由于进料支管与拱轴线必然存在夹角，且顶升阶段混凝土必须持续具备良好的流动性并维持泵压，这就使拱肋更易变形，影响桥梁外观。[2]
⑶部分桥梁钢管拱肋混凝土采用添加UEA微膨胀剂的办法试图保证紧箍效应的实现，但是，UEA微膨胀剂只在混凝土低龄期阶段具有微膨胀效果，随着龄期的增长，混凝土的收缩仍然不可避免，且微膨胀形成的应力若超过钢管拱肋的允许应力，将造成不可收拾的局面。
⑷由于进料支管与拱轴线存在夹角，造成开口部位钢管拱肋整体性受到严重削弱。
⑸由于混凝土前端润管砂浆失水、管内锚箱及加筋肋阻碍、拱高等因素影响，易在压注过程中发生阻管或爆管现象。
2.2.2江阳桥拱肋采用了C50自流平自应力钢管混凝土，采用混合浇筑方案，即先采用在拱脚开口顶压方式灌注，后分级从2/8（6/8）、3/8（5/8）及拱顶对称明灌法施工，较好地解决了上述问题。
⑴不采用砂浆润管，采用少量同标号少碎石混凝土润管，保证明灌浇筑时与先浇筑混凝土的连接，由于采用了自流平自应力钢管混凝土，保证了混凝土的密实度；其配合比设计中在添加UEA微膨胀剂的同时又添加了聚丙烯腈纤维，使UEA微膨胀剂在混凝土低龄期阶段的微膨胀应力得到内部约束，避免了混凝土随着龄期的增长而出现的收缩。
⑵由于明灌时，混凝土拌合物输送出泵管后即自拱顶向拱脚自流，自行从下向上分层密实，因此，无须进行混凝土输送泵压控制，避免了拱肋钢结构因泵压力而出现变形。
⑶采用分级明灌可避免混凝土因流动距离过长而产生离析和板结。
2.2.3其他施工注意事项同一般自流平混凝土的施工。
2.2.4灌浆口钢管拆除后，混凝土断口处观感密实无气孔现象，在混凝土龄期大于28天后，采用超声波对拱肋进行了全面检查，尤其是对锚箱下侧进行检查，发现少量的空隙，即采用钻孔压注环氧树脂水泥浆的方法进行补救。
三、自流平混凝土的使用效果分析
3.1由于混凝土拌和物坍落度、扩展度等工作性能极佳，且无须振捣，自流平混凝土特别适用于结构复杂、钢筋密集的高强预应力混凝土薄壁构件。拆模后对盆式支座附近混凝土进行超声波检测，江阳大桥拱脚采用了C55自流平混凝土施工的构件均达到了混凝土内实外光，且无一预应力管道堵塞的效果。
3.2由于自流平混凝土灌注时无须振捣，既减少了机械使用费，又有效地降低了施工期间的噪音，满足了环保要求。
3.3拱肋C50自流平混凝土灌注后，经监控单位观测未发现拱肋的变形现象，保证了设计外观线形顺畅。
3.4江阳大桥C55拱脚混凝土共制作试件4组，其28天抗压强度平均值及最小值分别为83.4MPa、80.1 MPa。C50拱肋自流平混凝土施工期间共现场随机取样制备试块14组，其28天抗压强度平均值及最小值分别为59.7MPa、50MPa，特征值49.1MPa，标准差6.4MPa，均满足现行《混凝土强度检验评定标准》GB50107-2010的要求。拱脚混凝土强度经回弹检测，其结果与试件强度较接近。
3.5由于混凝土配合比设计中掺入了适量粉煤灰，使水泥水化作用产生的氢氧化钙与粉煤灰中的硅、铝成分进行二次反应，即波索兰（pozzolanic mateerial）反应，反应物将会使混凝土更致密，混凝土强度在28天后仍然将会有明显的增长，并改善混凝土耐久性。[3]
3.6桥梁通车前（2015年3月），江苏省交通规划设计研究院股份有限公司对江阳大桥进行了桥梁动静荷载试验，结果表明，本桥在最不利荷载作用下具有很好的刚度和整体性，主要控制截面的应力、应变及挠度均满足设计荷载等级“汽-超20，挂-120”的承载能力要求，满足了设计要求。
参考文献：
[1]陈宝春，钢管混凝土拱桥的设计计算，工程力学增刊，1997
[2]付 超、况 勇、蔡金火，大跨度钢管混凝土拱桥混凝土泵注技术，铁道建筑技术，2000（2）
钢管混凝土提篮拱桥 篇4
丹东月亮岛大桥 (图1) 位于辽宁省丹东市, 跨越鸭绿江, 是连接丹东市和月亮岛的唯一通道, 它的建成对开发位于鸭绿江中心的月亮岛具有重要作用。
月亮岛大桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥, 跨径202m, 桥宽9m, 矢高37m, 矢跨比为1/5.5, 拱轴线为二次抛物线, 该桥总布置图见图2所示。
一般大跨径钢管混凝土拱桥的拱肋都设计成由4根弦管形成的空间桁架结构, 弦管之间由横向和竖向的腹杆联结, 这样的拱肋虽然在受力和稳定性方面都比较合理, 但是用钢量较大, 而且弦杆和腹杆之间的焊接工作量较大。在成功的设计了大连市海昌华城桥、浙江铜瓦门大桥之后 (跨径分别为110m、238m的中承式钢管混凝土拱桥, 拱肋由单片桁架组成) , 大连理工大学桥梁研究所提出在月亮岛桥中也采用这种单片桁架拱肋。由两根Φ1100×12mm的钢管做为弦杆, 中心距为3.5m, 以Φ500×10mm钢管作为腹杆, 组焊成平面桁架拱肋, 拱肋弦杆内填充50号微膨胀混凝土。吊杆采用镀锌高强钢丝, 间距5m。
预制的混凝土横梁由吊杆吊起, 横梁上预留的连接钢筋与后浇桥面板连成整体, 桥面板内设有37束预应力束, 每束由12根15.24mm钢绞线组成, 与混凝土桥面板共同形成系杆, 平衡拱的水平推力;基础采用桩基础。月亮岛大桥为目前国内跨度最大的钢管混凝土提篮式系杆拱桥, 结构设计新颖、美观、经济, 富有创造性, 施工工序复杂, 施工技术难度较高。
2 钢管混凝土的特点
钢管混凝土是在薄壁圆形钢管内填充混凝土而形成的一种复合材料, 它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性, 同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用, 使核心混凝土处于三向受压状态, 从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。
钢管混凝土除具有一般套箍混凝土的强度高、塑性好、质量轻、耐疲劳、耐冲击外, 尚具有以下几方面的独特优点:
(1) 本身就是耐侧压的模板, 因而浇注混凝土时, 可省去支模、拆模等工序, 并可适应泵送混凝土浇注。
(2) 钢管本身兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用, 既能受压, 又能受拉。
(3) 钢管本身又是劲性承重骨架, 在施工阶段可起劲性钢骨架的作用, 在使用阶段又是主要的承重结构, 因此可以节省脚手架, 缩短工期, 减少施工用地, 降低工程造价。
(4) 在受压构件中采用钢管混凝土, 可大幅度节省材料。理论分析和工程实践表明, 钢管混凝土与钢结构相比, 在保持结构自重力相近和承载能力相同的条件下, 可节省钢材约50%, 焊接工作量显著减少;与普通钢筋混凝土相比, 在保持钢材用量相当的条件下, 可减少构件横截面积约50%, 混凝土和水泥用量以及构件自重也相应减少一半。
3 实例桥梁的结构特点
月亮岛大桥除具有上述钢管混凝土拱桥的特点外, 还具有以下结构特点:月亮岛大桥跨径达202m, 而宽跨比仅为1/22.4, 属于窄桥。从桥梁的美感上看, 在窄桥中使用平面桁架式拱肋, 可以避免空间桁式拱肋的构件繁杂、空间视觉效果差的缺点, 使桥梁的通透性好;另外, 平面桁架式拱肋相对于空间桁式拱肋和劲性骨架箱型拱肋, 本身的横向尺寸较小, 因此在窄桥的应用中可以避免由于拱肋本身横向宽度大而在桥面的有效宽度上加宽, 或者使横梁的跨度加大, 从而可以减小投资。因此, 这种拱肋比较适合于大跨度钢管混凝土窄桥中。由于采用了平面桁架拱肋, 其横向抗弯刚度较小, 稳定性问题是月亮岛大桥施工控制的一个重点。
月亮岛大桥为钢管混凝土系杆拱桥, 成桥后拱脚产生的水平推力由系杆拉力平衡, 桩基础只承受竖向力作用。为了保证安全, 拱座与承台之间采用硫磺垫块临时固结。这样, 桩基础与拱脚由于硫磺垫块的约束而共同承担水平力, 如果施工过程中桩顶的水平位移过大, 桩基础会由于较大的弯矩作用而导致桩的开裂, 从而使得整个基础失去承载力。因此, 施工中严格控制拱脚和承台的水平位移。
月亮岛大桥施工过程中, 拱脚处产生的水平推力由系杆力平衡。系杆张拉力的大小和张拉时间必须与施工过程协调一致, 尽量做到“恰到好处”, 不能过大, 也不能过小。否则, 桩基础会由于承受过大的弯矩而开裂, 导致失去承载力。因此系杆张拉力大小和张拉时间应按照施工控制步骤严格操作。
4 施工方法
丹东月亮岛大桥的总体施工方案经过多方面比较, 确定其施工工序为“钢管拱肋拼装—泵送钢管混凝土—安装横梁—浇注桥面混凝土—浇注桥面铺装”, 各工序中均需张拉相应的预应力束, 以平衡拱脚的外推力。
该桥具体施工步骤如下:
(1) 施工下部结构, 浇注拱座、端横梁及硫磺砂浆垫块。
(2) 钢管拱肋拼装成形:将整个拱肋分成三段在岸上制作, 拱肋两边段长度均为56m, 重量120t, 中段长度85.4m, 重量185t。拱肋分段拼接成型后, 利用已有便道拖拉至桥位。在主跨内设2个塔架, 两边段采用竖向转体提升, 中段采用垂直提升 (图3) 。拱肋就位后, 连接接头钢管成拱, 并在两拱座横梁间张拉预应力筋, 以抵消在吊点卸力后拱肋产生的推力。
(3) 钢管拱肋形成后, 向钢管内泵送混凝土:先对称同步泵送2根下弦管, 待管内混凝土达到设计强度后, 再对称泵送2根上弦管。
(4) 钢管混凝土拱肋形成后, 对称均衡安装预制39根横梁。
(5) 安装桥面模板, 浇注桥面板混凝土。
(6) 拆除硫磺垫块, 张拉剩余的所有系杆。
(7) 浇注桥面铺装。
(8) 安装附属设施及伸缩缝。
5 主要施工工序的探讨
5.1 硫磺砂浆垫块的采用
在拱肋拼装过程中, 拱座要承受较大的水平推力作用。如果拱座仅仅由支座支承, 那么在钢管拱肋架设过程中, 拱座由于较大的推力可能会发生倾覆和水平滑移, 造成拱肋拼装困难, 难以保持拱肋合拢后的线形, 故采用硫磺砂浆垫块临时固结承台与拱座, 以保证拱肋顺利安全的架设, 并保持理想的拱轴线线形。在后续施工过程中, 由于硫磺垫块的约束, 使基础与拱脚共同承担水平力, 此时, 基础实际上对拱脚水平方向起着弹性支承的作用。这样, 可以利用基础的弹性支承作用来共同抵抗施工中拱脚可能突然发生的大位移, 从而有利于拱肋施工中的安全。硫磺垫块在桥面形成以后拆除。
5.2 钢管骨架的架设
钢管混凝土拱桥的施工方法本质上是自架设方法, 成桥过程先合拢钢管骨架, 再浇注管内混凝土形成主拱圈。
丹东月亮岛大桥因工期较紧, 考虑到桥位处有一便道可利用, 因此, 在钢管拱肋架设方案比选时主要对以下两种方案进行比较:一是竖向转体施工方案, 原理是在两拱座后侧分别布置一个钢塔架, 塔架后设钢筋混凝土锚碇, 钢管拱从中间分两大段, 分别在两拱座后侧预拼成型, 运输至桥位后采用竖向转体法起升就位。这个方案虽可行, 但需要较大的锚碇系统, 所以不甚经济, 工期也较长。如果能利用现有便道, 在桥跨内搭设塔架, 便可减少塔架的水平推力, 锚固系统的工程量就可大大减少, 塔架的高度也可减小。鉴于以上考虑, 提出了第二套方案。为抵消在吊点卸力后拱肋产生强大的推力, 在两拱座横梁之间张拉4束预应力筋, 每束为12根Φ15.24钢绞线, 张拉力控制在800kN, 张拉结束后交替缓慢放松吊点, 直至最后成拱。
5.3 钢管内混凝土的泵送顺序
理论分析表明, 不同的混凝土泵送顺序对拱肋的受力以及拱轴线线形有很大的影响。由于拱轴线在施工过程中的调整是非常有限的, 成桥后结构的线形和应力也不能再作调整。所以, 确定合理的泵送顺序是保证结构理想受力状态和良好线形的关键。
经过严密的计算分析对比, 最终采用的泵送方案为:先对称同步泵送两根下弦管混凝土, 待混凝土达到设计强度后, 再对称同步泵送两根上弦管混凝土。
5.4 横梁安装和桥面浇注方案
根据拱结构以受压为主的受力特点, 施工荷载的加载要尽可能对称均衡的进行, 使拱结构尽量均匀承受压力, 减小不对称荷载引起的拱肋弯矩, 保证结构受力合理。
月亮岛大桥在钢管混凝土拱肋形成后, 接着的工序就是安装39根预制横梁, 每根横梁重15t, 充分考虑拱结构均匀受压的要求, 并配合现场的实际施工条件, 最终确定横梁安装方案为:先从拱脚向跨中方向对称安装7根横梁, 两侧共14根;再安装跨中附近9根横梁;最后对称安装四分之一截面附近的各8根横梁, 两侧共16根。
安装桥面模板和浇注桥面混凝土的工序中, 根据拱结构的受力特点, 桥面混凝土的浇注顺序为:先浇注两侧拱脚附近和跨中附近各40m的范围, 共120m;再浇注两侧四分之一截面附近各35m的范围, 共70m;最后浇注桥面端部两侧的各5m范围。这主要是由于桥面的受力特点决定的:因为桥面端部截面承受较大的负弯矩作用, 如果先期浇注该范围内的混凝土, 会导致混凝土开裂。采用该浇注顺序满足拱结构的受力特点与要求。
6 结 论
(1) 钢管混凝土提篮式系杆拱桥, 结构合理、施工工序复杂、施工技术难度很高。本文所举实例月亮岛大桥为目前国内跨度最大的钢管混凝土提篮式系杆拱桥, 由于采用了平面桁架拱肋, 因此具有简洁美观、经济适用、施工方便的优点, 大大降低了工程造价。
(2) 月亮岛大桥施工过程中, 由于建立了一套较为完整、科学的施工方法, 保证了大桥的安全施工, 并使结构的受力和线形符合设计要求。这对于同类型桥梁的施工控制同样具有重要的指导意义。
摘要：钢管混凝土提篮式系杆拱桥, 施工工序复杂, 施工技术难度较高。以某一典型桥梁为例, 介绍了该种桥梁的结构特点和先进、具体的施工方法。
关键词：钢管混凝土,系杆拱桥,施工方法
参考文献
[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社, 1999.
[2]范金军, 邱文亮, 张哲.丹东月亮岛大桥施工过程中的稳定性分析[J].公路2003, (5) :1-3.
钢管混凝土拱桥热脱空理论研究 篇5
钢管混凝土拱桥热脱空理论研究
以弹性理论方法,讨论了钢管混凝土构件在水化热、日照温度影响下的脱空情况,提出用自预应力钢管混凝土解决热脱空的设计方法.结果表明,日照温差对钢管混凝土构件影响很大,应该在设计中予以重视.
作 者：翟晓春 申雁鹏 汤诞 作者单位：重庆交通大学,重庆,400074刊 名：中国新技术新产品英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS年，卷(期)：“”(3)分类号：U4关键词：钢管混凝土构件 脱空 水化热 日照温差 自预应力
钢管混凝土提篮拱桥 篇6
东华大桥主桥为118m单孔带蝴蝶型副拱的提篮式钢箱系杆钢管拱桥, 桥长119.3m, 上跨江门河水道, 采用两侧3.9%对称坡, 坡顶设在主桥跨中, 设半径为4000m, 桥面全宽34.5m。主桥两片拱肋均由主拱和副拱组合而成, 两主拱脚宽27.66m, 拱顶处拱肋间距16.76m, 主拱肋向内倾斜13°, 主拱构成提篮式拱。主拱攻矢跨比为1/5, 为直径1.5m钢管混凝土拱。两副拱向外倾斜10°, 副拱为为直径0.8m钢管拱。主拱拱脚附近钢管壁厚40mm, 其余位置壁厚32mm, 副拱钢管壁厚16mm。全桥共设两根钢箱截面系杆, 系杆高2m, 拱脚处系杆加宽段腹板外宽2095mm, 截面全宽2525mm, 顶底板厚均为40mm;普通系杆腹板外宽1320mm, 截面全宽1750mm, 顶底板厚28mm, 系杆腹板均为28mm厚钢板。
二、施工工艺及创新点
1.钢结构制作工艺
(1) 放样
(1) 放样工作包括:核对图纸的安装尺寸;以1:1的大样放出节点;核对各部分的尺寸;制作样板作为下料、铣、刨等加工的依据。
(2) 用作计量长度依据的钢盘尺, 特别注意应经授权的计量单位计量, 且附有偏差卡片, 使用时按偏差卡片的记录数值核对其误差数。
(3) 样板上注明工号、图号、零件号、数量及加工边、坡口部位等。
(4) 样板和样杆妥善保存, 直至工程结束后方可销毁。
(5) 样板和样杆的精度要求如下表:
样板、样杆、样条制作允许偏差 (mm)
(2) 号料
(1) 号料所划的切割线必须准确、清晰。号料尺寸允许偏差:±1mm。
(2) 号料前应检查的钢料的牌号、规格、质量。确定无误和合格后, 方可号料。
(3) 发现钢料不平直, 有锈及油漆等污物, 影响号料及切割质量时, 应矫正清理后再号料。对钢板两端各2m的接头范围内, 检查钢板厚度及纵、横变形, 做好记录避免影响杆件接头摩擦面的接头处理。
(4) 样板、样杆、样条必须与工艺文件核对, 相符后方可号料。
(5) 零部件的刨 (铣) 加工量、焊接收缩量应按样板、样杆、样条要求预留。
(6) 零部件采用气割时, 应根据钢板厚度和切割方法预留切口量, 一般预留2~4mm切口量, 较厚者宜多留。
(3) 下料
(1) 对钢板不允许剪切, 只能进行氧-乙炔火焰切割。气割应优先采用精密切割或自动切割。
(2) 在开始进行钢板切割以前, 应用具有代表性的试板进行焰切试验, 试验时应考虑切割施工时最差环境的影响, 并符合以下要求:
a.切割工艺评定试验应验证气割时的热量控制技术是否满足要求, 保证焰切面无裂纹、局部硬度不超过HV350 (如超标应考虑预热切割) 及不呈现其他永久性结构有害的缺陷;
b.厚度为20mm的钢板切割工艺评定可适用于不超过20mm各种厚度的钢材, 40mm厚的钢材切割工艺评定可适用于超过20mm但不超过40mm各种厚度的钢材, 厚度超过40mm按每5mm为一级分别进行切割工艺评定。
(3) 当切割工艺满足上述要求, 且主要构件待焊接边满足下表中一级, 次要构件满二级要求时, 其切割面可不进行机械加工处理。
表面质量要求:
(4) 气割零件尺寸允许偏差应符合下列规定:
自动切割:±1.5mm
精密切割:±1.0mm
(5) 切割面垂直度偏差不应大于零件厚度的5%, 且不应大于2mm。
(6) 气割前应对设备、工具进行检查, 确认完好, 可靠后方可气割, 并根据材质厚度选用合适的工艺。
(7) 气割前应将料面上的浮锈及脏物清除干净。钢料应放平、垫稳、割缝下面应留有空隙。
(4) 矫正
零件的矫正尽量采用机械矫正法, 机械矫正钢板用平板机、型钢用型钢矫直机或压力机, 仅在特殊情况下, 允许加放锤垫用锤击方法矫正。
冷矫正一般应在常温下进行, 由于钢材在低温下其塑性、韧性均相应降低, 为避免钢材在冷矫正时发生脆裂, 碳素结构钢在环境温度低于-16℃、低合金结构钢低于-12℃时, 不得进行冷矫正。
当设备能力受到限制或钢材厚度较厚时, 采用冷矫正有困难或达不到质量要求时, 采用热矫正;低碳钢和普通低合金钢的热矫正加热温度一般为600~900℃, 800~900℃是热塑性变形的理想温度, 但不得超过900℃。
(5) 边缘加工
为消除切割对主体钢材造成的冷作硬化和热影响的不利影响, 使加工边缘加工达到设计规范中关于加工边缘应力取值和压杆曲线的有关要求, 规定边缘加工的最小刨削量不小于2mm。
(6) 坡口加工
零件的坡口采用自动或半自动火焰切割机加工, 然后用砂轮机打磨清除氧化层。
坡口加工的允许偏差应严格按下表执行:工程技术
(7) 构件组装
组装工序也称装配、组立。是把制备完成的半成品和零件按施工详图, 制成构件或其部件, 然后连接为整体。
组装前, 零件部件应经检查合格, 连接接触面和沿焊缝边缘每边50mm范围内的铁锈, 毛刺、污垢、尘土等清除干净。
组装顺序应根据构件的结构形式、焊接方法和焊接顺序等因素确定。为减少变形, 尽量采取小件组焊, 经矫正后再大件组装。
拼装必须按工艺的次序进行, 当有隐蔽焊缝时, 必须先予施焊, 经检验合格方可覆盖;当复杂部位不易施焊时, 亦须按工艺规定分别先后拼装和施焊;对于某些较大或特殊构件, 若其装焊完成之后不能进行整体打砂或油漆, 则必须先对其不能打砂或油漆的零件进行打砂和油漆处理, 并经检验合格之后再进行拼装。
布置拼装胎具时, 其定位必须考虑预放出焊接收缩量等加工余量。胎具及装出的首件必须经过严格检验, 方可大批进行装配工作。
三、质量安全保证措施
(1) 对进行加工的钢材应具有厂家质量证明书, 并应进行复检。加工前存放的钢材要注意存放保管, 避免露天存放, 并每日进行翻动检查。
(2) 钢材下料前根据设计图纸绘制加工图, 其内容包括杆件编号的加工大样图、厂内试拼简图、工地试拼简图与发送顺序图等。
(3) 焊接应在室内进行, 湿度不宜超过80%, 焊接环境温度, 16Mn钢不应低于5℃, A3钢不得低于0℃, 在潮湿天气或刮大风、阵雨的天气, 不得进行焊接。
(4) 用于钢箱梁的加工组拼的台座地基基础密实、稳定, 表面平整, 并按设计要求采用红外线测距仪进行放样, 用水准仪抄平。
(5) 施焊的每一道工序必须经过监理工程师或质检员严格检查, 所有的施焊均采用平焊, 避免采用仰焊或立焊。
(6) 所有钢构件必须在焊缝经检查达到要求后, 方可进行结构的防腐涂装。
四、应用体会
钢管混凝土提篮拱桥 篇7
某双线特大桥桥梁中心里程为DKXXX+XXX, 桥梁全长为1 116.78 m。主桥设计为1-370 m上承式钢筋混凝土提篮拱桥。引桥及拱上孔跨布置为:5-32 m预应力混凝土简支T梁+4-38 m钢混连续结合梁+3-38 m钢混连续结合梁+4-38 m钢混连续结合梁+16-32 m预应力混凝土简支T梁。桥上线路为双线, 线间距为5.0 m, 全桥位于直线上, 大里程桥端部位于竖曲线上, 其他位于平坡上。拱座基础为超大截面倾斜单桩基础, 断面为22.7 m×16 m×42 m, 倾斜角度55.19°, 采用隧道式开挖, 出渣困难, 基础位于V形深切沟谷坡面上, 场地狭小, 洞口布置困难;拱肋为提篮式钢管拱, 拱肋底宽41 m, 顶宽14 m。采用549 m×200 t缆索吊吊装施工, 最重杆件195.8 t, 最长节段24.5 m, 吊装难度大;吊装高度205 m, 空中对接及线型控制难度大;拱圈内压混凝土, 一次泵压高度83.5 m, 长205 m, 大方量超高度泵压难度大;顶底平杆及腹杆内压混凝土施工顺序复杂, 施工周期长;拱圈外包混凝土, 9.4 m×13.4 m变截面, 变高度悬空支架施工, 施工难度大;拱上立柱施工, K型墩柱高达60.7 m, 墩柱竖直面倾角8.2°, 变截面K型墩施工难度大。
2 大跨度钢管混凝土提篮拱安装方案
从施工工艺看, 大跨度钢管混凝土提篮拱安装工艺是钢管拱肋安装工艺。当前, 大跨度钢管混凝土提篮拱施工, 主要应用的是转体施工法与缆索吊装法, 在提篮拱施工中, 多会应用到双肋分断拼装后竖转法与缆索吊装后双肋分断吊装法。考虑到该桥梁属于哑铃形截面下大跨度钢管混凝土提篮拱施工, 且桥梁跨越山谷, 山谷内公路交通较为繁忙, 如应用双肋分断拼装后竖转法, 由于垂直悬空高度较高, 施工投入大, 施工成本较高。综合考虑提篮拱施工的安全性、经济性及交通要求等, 决定选择50 t缆索, 进行钻锤面拱肋安装, 拱肋安装两根, 然后对拱肋进行平移并应用14°侧转施工法, 最终实现提篮拱施工。为实现以上施工方案, 需要事先完成拱肋拼装平台, 吊装平台, 索塔, 扣塔等临时设施。
3 钢管拱肋吊装工艺
3.1 缆索吊装
塔架稳定系统由主塔前风缆、主塔后风缆、侧风缆组成。缆塔侧向风缆设置缆塔横向轴线上, 横向风缆设置角度45°, 锚锭具体位置根据地形布置, 采用重力式地锚。
缆塔一侧设置两组永久风缆, 索塔顶面横向风缆位置应设置在索塔顶面滑道梁的端头, 用以抵抗风力荷载以及主缆产生的水平力。
通风缆索为2×239 mm钢丝绳 (6×37WS+FC) , 侧风缆为2×915.24 mm钢绞线, 缆塔后风缆为4×1515.24 mm钢绞线。
临时风缆根据索塔安装高度分次布置, 每道风缆采用8根Ø28钢丝绳 (前后及两侧风缆各2根) 。
1) 缆塔安装纵向临时风缆分三次设置, 风缆设置位置:第一层在第一道平联处, 第二层在第二道平联处, 第三层设置在索塔顶部, 第三层设置在索塔顶部横梁以下 (大里程侧设置在第三道横梁处, 大里程侧第四道临时风缆位置同小里程侧第三层风缆) 。2) 设计拉力:中下层临时风缆拉力100 k N;侧向风缆拉力100 k N/束;通风缆拉力200 k N/根。3) 风缆与缆塔的连接方式:塔架上风缆锚点通过销轴及连接板件与塔架顶面滑道梁固结。4) 风缆采用单根挂索调整后锚固, 整体张拉调整索力。临时风缆顶端均为锚固端, 与锚锭连接端为张拉端。5) 当索塔安装至28 m, 索塔完成第一道平联后, 安装索塔下层风缆, 调整扣塔的垂直度。6) 当索塔安装至52 m (大里程侧54 m) , 索塔完成第二道平联后, 安装索塔第二层风缆, 调整扣塔的垂直度。7) 安装索塔到80 m处, 将第一层风缆移至第三层风缆并完成张拉。8) 大里程侧安装索塔到96 m处, 将第二层风缆移至第四层风缆并完成张拉。9) 在索塔柱拼装完成、塔顶横梁焊接完成后, 改临时风缆为永久风缆。
在该桥梁中, 缆索吊装系统的设计图如图1所示。
3.2 钢管拱肋吊装
3.2.1 吊装流程
吊装分为平面构件吊装与竖向构件吊装两个方面, 一般施工过程中, 先进行竖向构件吊装然后进行平面构件吊装, 先进行外部吊装, 后进行内部吊装, 从而减少安装误差, 保证安装质量, 吊装工艺流程如图2所示。
3.2.2 吊装工艺
1) 安装程序。因贵阳端施工条件较好, 拟先施工贵阳端工程。其主要步骤如下:
a.进行贵阳端第一节段右侧拱肋桁片吊装, 就位后安装一号节段右侧风缆, 测量确认拱肋高程和轴线, 保证其满足设计要求, 然后进行锚固扣索。b.进行贵阳端第一节段左侧拱肋桁片吊装, 就位后挂ZXL1W, ZXL1N号扣索并安装一号节段左侧风缆, 测量确认拱肋高程和轴线, 保证其满足设计要求, 然后进行锚固扣索。c.进行贵阳端第二节段右侧拱肋桁片吊装, 就位后挂L2W, L2N号扣索并安装二号节段右侧风缆, 测量确认拱肋高程和轴线, 保证其满足设计要求, 然后进行锚固扣索。d.吊装贵阳端的第二节段左侧拱肋桁片就位, 挂ZXL2W, ZXL2N号扣索, 安装二号节段左侧风缆, 进行拱肋高程和轴线测量, 保证其满足设计要求, 然后进行锚固扣索。e.吊装贵阳端1号平联, 焊接, 使左右两侧单个节段连接成整体, 增加主拱圈整体刚度。焊接前注意用风缆调节骨架平面位置, 确保位置准确;拆除一号节段风缆。f.按照上述顺序对称吊装重庆端及贵阳端剩余的节段。g.分析拱肋线形、高程、合龙段长度与温度之间存在的关系, 按照工程设计规定合龙温度, 测量合龙段长度, 切割余量, 在规定温度时间内进行合龙段安装, 实施强迫合龙, 临时连接, 在无应力状态下焊接合龙段。
2) 拱脚扣段 (1号扣段) 的安装。
a.每岸1号扣段拱肋分为左右2个吊段, 首先使用缆吊将贵阳端右侧拱肋桁片吊运至拱座旁, 然后将拱肋节段拱脚端置于拱座之上, 通过拱座上预埋件, 使用链条滑车逐步调整第一节段拱脚端拱轴线位置, 保证其与预埋拱脚接触密贴。通过侧风缆调整拱肋轴线, 安装扣索, 按照工程设计标高, 进行张拉扣索调整, 在保证拱肋标高、轴线调整满足设计及规范要求后, 卸吊钩并采取同样方法安装贵阳端拱脚扣段左侧拱肋桁片。b.移动主索索鞍到中间拱肋上方位置, 安装两岸中间拱肋桁片。在保证标高及拱肋轴线满足设计及规范要求后, 安装上游侧拱肋间横联、平联。c.移动主索索鞍至下游侧拱肋上方位置, 安装两岸下游侧拱肋桁片。在保证标高及拱肋轴线满足设计及规范要求后, 安装下游侧拱肋间横联、平联。
3) 一般扣段 (2号~10号扣段) 的安装。
a.一般扣段施工可以参照吊装程序及拱脚扣段施工方法。自拱座第一节段开始, 向跨中拼装, 拼装到第五节段后, 调整拱轴线及各控制点高程, 焊接完所有平联, 再安装剩余的中间6~10合并节段。b.在吊装拱肋桁片后, 吊段下端接头与已安装好的相连段上端接头法兰盘, 通过临时用螺栓进行连接, 将吊钩松下, 挂扣索和横向调节风缆, 张拉扣索。在保证标高和拱肋轴线满足设计要求后, 卸上端吊钩, 围焊节间环焊缝。c.在完成每一节段相邻拱肋桁片安装后, 在进行主缆吊安装另一片拱肋桁片时, 可同时安装拱肋间横联和平联。d.按照吊装程序, 在完成每一组扣索施工后, 应进行检查作业, 确定是否需要进行调索作业。调索作业需要根据设计方和监控方现场共同发布的调整索力和拱肋标高、调索顺序等要求, 通过千斤顶、油泵张拉等设备, 同步作业, 对称分级张拉, 采取频谱分析仪对索力进行测试, 确保调索顺利开展, 确保各吊段节间连接焊缝及横联、平联连接焊缝、连接螺栓结构拴接安全。对每一扣段, 均需检查拱肋轴线、拱肋高程, 避免拱肋的线形、标高误差累积, 导致后期调整困难, 确保其安装精度的有效控制。e.拱肋吊装过程中应采取的稳定措施:拱肋节段起吊就位后上、下游各设一定数量的风缆, 通过风缆调整拱轴线, 保证其悬臂施工阶段的安全稳定性。根据计算风缆索力, 一般保证安全系数不小于2, 确保施工过程中实际索力与计算不一致时, 有一定的富余量。f.吊装节段骨架接头施工。吊装接头对接利用拱肋加工时焊接在管内的定位钢进行定位对接, 先将劲性骨架吊装至安装位置, 利用缆索吊和风缆初步调整骨架, 待节段靠近时, 利用倒链辅助调整, 直至吊装节套进定位钢销。安装定位螺栓, 焊接劲性骨架主钢管。
4) 边段拱吊装要点分析。临时封航, 在天车下方安置驳船, 并将扣索绳头及吊绳系好;在距离吊点1 m左右时, 于天车吊钩上挂10 t倒链, 调正拱肋, 应用天车起吊;应用天车起吊一定高度后, 启动牵引卷扬机, 并将临时球铰安置于拱脚预埋球窝位置;及时安装缆风绳及防脱位钢丝绳;进行临时横撑安装等。
5) 次边段吊装要点分析。在拱肋段接头对接螺栓孔眼保持对齐时, 应快速插入冲钉, 安装接头螺栓, 此时螺栓不拧紧;进行扣索及缆风绳的安装;将上扣索收紧, 将重索缓慢升起, 让扣索保持完全受力, 严格控制中线偏差, 将偏差控制在1 cm~2 cm以内。
6) 合龙段吊装要点分析。通过天车, 将合龙一端吊到次边段拱肋上方约30 cm~40 cm的距离, 将下端与另外次边段拱对接, 对接后及时安装强力螺栓, 保证对接质量;在对接时, 需要在接头高程及开口量的基础上, 多次调节扣索, 保证吊装线型满足工程设计的要求。
3.3 接头焊接
完成吊装后, 需要调整拱肋线型, 符合设计标准后, 以手工电弧焊的方式进行接头焊接, 要求焊缝比较母材要高出约1 mm~2 mm。
4 结语
大跨度钢管混凝土提篮拱桥梁结构轻巧, 造型优美, 在施工过程中, 可以节省成本, 实现桥梁施工的经济性。从本质上来看, 大跨度钢管混凝土提篮拱施工技术, 即是钢管拱肋安装技术。在本文中, 结合某桥梁施工的实际案例, 从提篮拱安装方案、钢管拱肋吊装、拱肋侧转等方面对大跨度钢管混凝土提篮拱施工技术进行了分析。在该桥梁中, 在综合考虑施工安全、施工经济及通航要求等的情况下, 确定施工方案, 在钢管拱肋吊装、拱肋侧转施工中, 把握要点, 保证了桥梁施工质量, 实现了桥梁施工的综合效益。
摘要：结合某大跨度钢管混凝土提篮拱施工案例, 从提篮拱安装方案、钢管拱肋吊装、拱肋侧转等方面对大跨度钢管混凝土提篮拱安装施工技术进行了分析与研究, 通过实践证明, 应用提篮拱安装施工技术, 操作较为简单, 应用于桥梁施工中综合效益明显。
关键词：大跨度,钢管混凝土,提篮拱,安装,施工技术
参考文献
[1]安延伟.浅论大跨度钢管混凝土提篮拱的安装施工技术[J].城市建设, 2010 (22) :217-218.
[2]张强, 宋丽华, 孙九春, 等.大跨度提篮式钢管拱管线桥的合龙施工[J].筑路机械与施工机械化, 2012, 29 (2) :61-63.
[3]王福生, 李建康, 李新芳, 等.大跨度提篮拱桥拱肋安装及线型控制施工技术[J].铁道建筑技术, 2010 (1) :81-83, 92.
[4]李恩良.客运专线大跨度提篮拱桥拱肋定位坐标计算方法[J].铁道标准设计, 2012 (1) :47-50.
铁路钢管混凝土拱桥设计 篇8
关键词：钢管混凝土,拱桥,结构分析
1 工程概述
1.1 技术标准
铁路等级:国铁I级, 一次双线, 线间距4.4m。
设计活载:中-活载。
速度目标植:客货共线, 客车200Km/h, 货车120Km/h。
1.2 地形条件
角弓沟大桥位于陇南市角弓乡高坪村角弓沟内, 沟槽较顺直, 植被一般, 两岸岸坡高陡, 下部高度120m范围内自然坡度约70°, 以上自然坡度约40° , 沟谷深切呈“V”字型, 沟床纵坡较陡, 水流湍急。全流域面积 F=301km ;百年设计流量Q1% =840m3 /s。
1.3 工程地质概况
1.3.1 地层岩性及其物理力学特征
桥址范围内出露地层主要为第四系全新统洪积卵石土, 志留灰岩夹板岩, 其主要工程地质特征如下:
沟床内分布卵石土, 根据物探勘察结果, 该卵石层厚15～25m, 卵石成份主要为灰岩、板岩, 弱风化, 松散, 潮湿-饱和, σ 0=500kPa。
两岸分布灰岩夹板岩, 板岩:灰绿色, 变余结构, 板状构造;灰岩:灰白色, 细晶结构, 薄层状构造, 主要成份为方解石、石英。均属较硬岩, 岩层风化层厚度大, 一般5～15m, 节理发育。风化层σ0=500kPa, 完整基岩σ0=700kPa。岩石饱和抗压强度 板岩50MPa;灰岩50 MPa。
1.3.2 地质构造
据工程地质调绘, 线路右侧30m为f32逆断层北边界:产状N40° W/70° N, 断层带宽80m, 破碎带主要由角砾岩、压碎岩组成, 较富水;受断层影响, 线路附近岩体整体性较差, 物探资料也显示局部段落波速偏低。地质调绘中, 该工点附近褶皱等构造点明显较发育, 节理多呈微张-张开。
1.3.3 场地地震效应评价
根据《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001的划分, 桥址处地震动峰值加速度0.20g , 地震动反应谱特征周期为0.40s。
2 桥型方案介绍
2.1 总体布置
角拱沟大桥采用1-24m+1-32m简支梁+1-192m钢管混凝土拱+2-32m+2-24m简支梁。
2.2 桥型及主跨选择
根据本桥地形特征, 沟槽下部陡峭, 上部较为平缓, 且两岸均为基岩, 岩石节理较为发育, 地质条件相对较差, 桥高170m, 为此选择192m拱桥。
2.3 主拱结构
主拱结构采用192 m上承式提篮形钢管混凝土拱 (主拱截面见图2) , 根据地形条件及拱上结构尺寸, 矢跨比取1/3.5。拱轴线采用悬链线, 拱轴系数取m=2.5, 主拱由两条拱肋与横向连接系组成, 两拱肋拱顶中心距7m, 拱脚中心距16.6m, 使拱肋竖向偏角为6°;拱肋宽3.2m, 高4.2m～6.2m。每肋由4肢Φ1200x20mm钢管构成, 4肢间采用Φ600x16mm钢管“N”字形连接。拱肋Φ1200mm钢管、拱肋间横向连接Φ800mm钢管内均灌注C50微膨胀混凝土。
2.4 拱上结构
拱上结构为1-24+1-16+3-12m简支梁+50.2m拱顶框架+3-12+1-16+1-24m简支梁, 简支梁采用固定支座与墩帽相连;桥面宽9.36m。拱顶1、2、9、10号柱采用双柱空心墩, 其余采用双柱实体墩。
2.5 引桥
引桥采用铁路标准简支梁, 桥台采用T台;1号墩采用实体圆端墩, 2～6号墩采用空心圆端墩。
2.6 基础
主桥基础采用明挖基础, 基底置于完整基岩内;引桥基础采用明挖基础, 基底置于风化或完整基岩内。
2.7 主要材料
钢材:主拱-14MNbQ钢材, 普通钢筋:HRB335、Q235钢筋。
混凝土:主拱钢管内-C50微膨胀混凝土;支承垫石-C50混凝土, 墩台顶帽、拱顶框架-C40混凝土:空心墩-C35混凝土, 桥台及实体墩-C30混凝土;墩台基础-C25混凝土。
3 结构计算
3.1 拱轴系数比选
由于拱上集中力的存在, 拱的恒载压力线是一条在集中力作用下有转折点的曲线, 为悬链线拱轴与其恒载压力线接近, 采用“五点重合法”确定悬链线拱轴的m值。利用SAP90建立主拱结构简单模型, 通过不同m值计算五点轴力及弯矩, 见表1。通过比较可以看出, 当m值取2.5时, 恒载及活载作用下, 拱肋脚、1/4拱肋偏心矩最小;拱顶偏心矩随m值递增。综合比较后取悬链线拱轴系数为m=2.5。
3.2 空间模型
本桥按弹性理论进行分析计算, 利用有限元软件MIDAS进行成桥静力计算及动力分析。计算模型见图3。
3.3 计算荷载
(1) 结构自重
(2) 列车活载:采用“中-活载”
(3) 列车竖向动力作用:拱圈及系梁计入列车动力作用, 系数按《铁路桥涵设计基本规范》第4.3.5条规定取值。
(4) 列车横向摇摆力及制动力。
(5) 混凝土的收缩影响。
(6) 、温度力的影响。
3.4 计算结果及分析
3.4.1 结构变形
恒载最大竖向位移为2.8cm。 活载最大竖向位移 (跨中) 为4cm。
3.4.2 动力计算分析
其中第一振型为拱肋面外对称挠曲振动, 第二振型为桥面系与拱肋顺桥向挠曲振动, 第三振型为桥面系面横桥向外对称挠曲振动, 第四振型为桥面系与拱肋面内反对称挠曲振动。从以上可看出, 拱的前两阶振型均为拱肋面外振动, 第三阶振型才是横桥向振动, 按照国内大跨拱桥经验要求, 其周期不大于1.7秒。
3.4.3 强度、应力检算
系梁既承受拱肋传递的拉力, 又承受恒载及活载分配的弯矩, 按全预应力混凝土构件计算。根据规范要求, 系梁不出现拉应力, 强度安全系数大于2.0, 抗裂安全系数大于1.2。
拱肋主要承受轴力, 按钢筋混凝土构件进行强度及应力检算。在计算中把钢管混凝土折算成相应的钢筋混凝土, 没有考虑钢管的套箍作用, 沿用钢筋混凝土结构的设计理论。
拱肋主要承受轴力, 按钢构件进行强度及应力检算。在计算中仅考虑钢材作用。混凝土材料作为安全贮备。表3为各主拱钢管内力。
3.4.4 拱肋稳定性验算
拱肋稳定按平面内稳定和平面外稳定 (横向)
(1) 拱肋平面内稳定
该项验算是把拱肋换算为相当长度的压杆, 按承受最大水平推力的中心受压杆件进行检算, 其计算长度Lo按下式计算:
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其中:L为拱的跨度;f为拱的失高;K值按规范中表5.2.13取值。
临界荷载:
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稳定安全系数undefined满足规范要求。
(2) 拱肋平面外稳定
用横撑联系起来的拱肋, 横向刚度是以整个结构按立体空腹桁架的工作来确定, 用横撑联系的肋拱稳定计算是一个比单独肋拱的计算更为复杂, 采用近似的计算方法, 即将它当做长度等于拱轴长度的平面空腹桁架来分析, 采用拱跨度1/4点处的纵向力作为这个平面桁架的弦杆中的压力。
临界力按铁摩辛柯的组合杆件公式计算:
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其中:a、h为节间长度及弦杆轴线间的距离;Ip、In为横撑和弦杆对竖轴的惯性矩;la为拱轴线长度。
稳定安全系数undefined满足规范要求。
4 施工简介
先施工引桥2、3号桥墩, 利用2、3号墩加高塔架做为缆索吊塔架搭设缆索吊;利用临时拉索及缆索吊逐段拼接钢管拱;合拢后先灌注钢管混凝土, 再浇注拱上立柱及拱顶框架, 最后用架桥机架梁。
5 结束语
由于钢管混凝土在结构上能将钢材和混凝土有机地结合在一起, 充分发挥钢材、混凝土各自优势。随着施工工艺的不断完善, 钢管混凝土拱桥的使用将会越来越广泛。
参考文献
[1]铁路工程设计技术手册.涵洞与拱桥.
钢管混凝土拱桥荷载试验分析 篇9
1 荷载试验的依据
本次关于下承式钢管混凝土拱桥荷载试验的依据或参考以下规范和资料来进行:
1) JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范;2) JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范;3) JTG F80 1-2004公路工程质量检验评定标准;4) 《公路桥梁承载能力检测评定规程》送审稿;5) 《大跨径混凝土桥梁的试验方法》;6) JTG H11-2004公路桥涵养护技术规范。
2 荷载试验的目标
按照上节荷载试验的依据中有关桥梁鉴定、检测的要求, 对新建成桥梁进行常规意义上的试验, 确定桥梁建造的质量和桥梁的承载能力及运营安全性。因此, 通过对桥梁进行荷载试验, 达到以下要求:
1) 对桥梁的外观、线形进行检查和测量, 检查桥梁的建造质量是否满足规范和设计要求;2) 通过静载试验, 对测试截面的应变分布情况、截面的抗裂性等进行分析, 并评估桥梁机构实际承载能力;3) 通过分析在荷载试验时实测截面的挠度情况来评估桥梁结构的刚度及整体性;4) 通过动载试验, 了解桥跨结构的固有振动特性, 确定其动力性能;5) 建立桥梁“指纹”档案。
3 荷载试验的思路及内容
根据钢管混凝土拱桥的结构特点, 与其他同类桥型的荷载试验作为经验, 桥梁荷载试验时, 首先根据桥梁的实际结构建立模型进行计算分析, 对桥梁控制截面、控制内力、加载方式确定, 然后在结构控制截面进行有针对性地测点布置。最后对加载试验所得到该测试截面参数与理论检算值进行对比分析, 评定结构实际承载能力和工作性能是否满足设计及规范要求。下面以郑州市庞村特大桥为例进行荷载试验分析。试验测点布置见图1, 图2。荷载试验主要测试拱肋与梁体截面的应力、挠度, 各吊杆张力以及桥梁自振特性与动力特性。
3.1 计算分析
在试验前运用桥梁专用计算软件MIDAS/Civil对桥梁空间构模, 进行桥梁结构空间有限元静力计算分析, 得出全桥的受力情况。
3.2 试验内容
试验主要包括:1) 静载试验。根据钢管拱桥受力特点综合考虑结构类型和结构截面, 按各截面最不利荷载进行加载。在试验实施前, 对各个试验工况进行详细的理论计算, 制订详细的加载方案, 防止结构部位出现超载, 确保结构安全。本桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥, 其主要传力路径是:桥面活载等通过桥面系传至纵横梁, 再由纵梁的吊杆传至主拱圈 (拱肋) , 因此, 拱肋、吊杆和纵梁为主要受力构件, 荷载试验主要测试这些构件在荷载作用下的应力和位移等响应和变化。2) 动载试验。动载试验主要对桥梁自身的动力特性的反映。采用动态信号采集分析仪和三向加速度传感器收集桥梁频率、振型、阻尼比以及动挠度、动应力、加速度、冲击系数等, 然后进行分析, 综合了解桥梁动力特性。
4 静载试验测试
4.1 加载原则
静力试验荷载效率η=Sstat/S×δ应满足0.85<η≤1.05, 其中, Sstat为试验荷载作用下某工况最大计算效应值;S为设计标准活荷载不计冲击作用时产生的某试验工况的最不利计算效应值;δ为设计计算取用的动力增大系数。
4.2 加载方式
对试验荷载应分级施加, 以测试荷载效应与荷载的变化关系以及防止桥梁结构意外损伤。试验加载分为4级, 荷载逐级增加, 达到最大荷载后一次卸载。测试数据时, 在保证每一次加载工况稳定的情况下读取数据, 该级荷载阶段内结构变位相对稳定后进入下一个荷载阶段。对试验工况中应力水平较高测点采用连续监测, 同时对控制断面挠度测点进行同步连续监测, 以观测结构变位是否达到稳定。
4.3 试验加载程序
在进行正式加载试验前, 用两排载重加载车进行横桥向对称预加载试验, 为避免梁体局部产生过大应力, 两排车辆后轮间距适当拉开。首先进行预加载, 每一加载位置持荷时间不少于20 min。然后预加载卸零, 并在结构得到充分的零荷恢复后, 再进入正式加载试验。正式加载试验按加载级数依次进行。
4.4 试验过程中安全监测
试验加载时对重点应力 (应变) 测点、重点挠度测点及主要受力部位的裂缝进行安全监测, 如在试验过程中发现以下几种情况中的任一情况, 应暂停试验, 分析原因, 找出原因后再继续加载或终止试验:
1) 测得的应力测点和挠度测量点的值有一个值超过规范允许值;2) 由于加载, 使原有裂缝的长度、宽度急剧增加, 新裂缝急剧出现, 新出现裂缝宽度超过规范允许值, 对桥梁的结构和寿命造成较大影响时;3) 发生桥梁其他损坏, 影响桥梁承载能力或正常使用时。
5 动载试验测试
动载试验分为脉动试验和行车试验。
5.1 脉动试验
脉动试验是由桥梁结构在风、水流、地脉动等自然荷载下的激振引起桥梁结构振动, 在相对封闭的环境 (交通封闭、桥梁周围无规则振源等) 下, 测定结构自振特性。测试时调节振动传感器采用中低频段测量在自然环境下桥梁的响应信号, 经过数据和信号的采集分析, 可得到桥梁的各阶自振频率和振型值, 利用半功率带宽法确定各阶模态阻尼比等桥梁自振特征参数, 从而确定桥梁的自身的动力特征。并将实测值与计算值、规范值进行比较和分析, 对桥梁的动力特性进行评估。测试的时间选为夜间进行。
5.2 行车试验
1) 跑车试验:一辆载重汽车 (总重约30 t) 以多种速度 (10 km/h, 20 km/h, 40 km/h, 60 km/h) 行驶过试验跨。测定截面在行车车辆荷载下动力的反应状况。
2) 跳车试验:一辆30 t试验汽车在试验跨的指定位置 (跨中等) , 启动、后轮越过一厚8 cm的板条, 然后停车。测试桥梁在竖向冲击荷载作用下的竖向、横桥向动力响应。
6 结语
1) 通过对钢管混凝土拱桥荷载试验应变数据分析可知, 拱肋的抗压强度及梁体的抗裂性能是否满足设计要求。
2) 通过对钢管混凝土拱桥荷载试验跨挠度数据的分析可知结构刚度是否满足设计要求, 以确定其桥跨结构是否具有较好的刚度。
3) 桥梁动力特性的各项指标是否满足设计要求, 反映桥梁动力性能是否正常, 同时也可以反映静测结论是否正常。
任何一座桥梁都要经历一个生命的周期, 对数量众多且具有桥梁的工作性能进行正确的评价, 荷载试验也就显得非常重要。
摘要：结合下承式钢管混凝土拱桥荷载试验的相关规范, 确定了荷载试验的目标, 对荷载试验的内容及思路进行了阐述, 通过静载试验测试与动载试验测试, 得出了一些有应用价值的结论。
关键词：荷载试验,测试,混凝土拱桥,计算
参考文献
[1]胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[2]王鼎国, 袁海庆, 陈开利.桥梁检测与加固[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[3]潘松林, 张红阳.公路桥梁检测概述[J].城市道桥与防洪, 2003 (9) :65.
[4]王涛.钢管混凝土拱桥静动载试验研究[D].西安:长安大学硕士学位论文, 2009.
钢管混凝土系杆拱桥施工 篇10
近年来, 钢管混凝土系杆拱桥以其跨度大、结构轻、造型美、省建材等优点, 被广泛应用于公路工程。但该桥型技术复杂, 施工难度大, 已经暴露和潜在的问题还很多, 亟待广大工程技术人员在实践中不断探讨和完善, 本文将结合工程实践就有关问题做简要阐述。
2 钢管混凝土系杆拱桥施工技术难题及对策
2.1 支承系统
2.1.1 功能
系杆拱桥支承系统宜选用WDJ齿碗扣型多功能支架, 该系统具有支架竖向组合微调功能, 主要以工具支架和特制微调座组成。
2.1.2 地基处理
WDJ齿碗扣型多功能支架必须搭设在经处理的坚实地基上, 地基须高出原地面0.5~0.8m, 做好防水, 避免雨季浸泡。在立杆底部铺设垫层和安放底座, 垫层可采用厚度≥20cm的混凝土或厚度≮10cm的钢筋混凝土或厚度≮5cm的木板。
2.1.3 预压
支架使用前须全程预压, 不能以一孔预压取得的经验数据推概全桥。静压5d (120h) 以上及达到沉降稳定状态2d (48h) 以上, 沉降稳定标准:24h沉降不超过1mm。
2.2 主拱肋拱轴线控制系统
2.2.1 以激光照准和精密测标组成定位系统;监测项目为拱肋的线形变化、拱脚位移和拱脚沉降。
2.2.2 建立测量控制网
在每节拱肋端头设置固定的测量控制点, 控制点设在拱肋中线位置。施工放样及检查都采用全站仪进行, 每架设一节段拱肋, 对全部控制点都要进行观测。此外, 对拱座的偏位进行观测。钢管拱对温度, 特别是日照影响非常敏感。为了减少温度和日照对线形控制的影响, 标高的测量包括合拢时间都安排在凌晨。
2.2.3 施工控制
在扣索塔架顶部设有扣、锚索调整装置千斤顶, 通过改变扣索的张力, 并采用在拱段之间的内法兰盘接头处抄垫钢板的方法, 来实现拱段接头标高的调整 (跨径较小的拱肋可利用WDJ支撑系统高度及其竖向微调功能实现) 。
设置临时横撑固定拱肋。每架设一节拱肋, 就利用钢管拱的横联钢管临时焊接固定上下游拱肋, 特别是在合拢段基肋端一定要设置临时支撑。
在焊接拱肋接头外包板时, 对称布置的焊缝, 采用成双焊工对称施焊, 这样可使各焊缝所引起的变形相抵消;非对称焊缝, 先焊缝少的一侧, 这样可使先焊的焊缝变形部分抵消。
为保证钢管拱在吊装过程中的横向稳定性, 在每吊装一节段拱肋时, 采用通过对称设置两道浪风绳来调整和控制拱段就位中线位置, 减少拱肋自由长度, 增大横向稳定。控制浪风绳长度基本相同。
2.3 设计高性能膨胀混凝土的三个问题
混凝土施工可按一般高性能混凝土设计方法进行配制强度计算, 不必计算后将强度提高一个等级作为配制强度, 关键在于施工配合比的施工现场验证。设计时应严格控制水灰比, 将其确定为定值。
混凝土是采用钢管中顶升灌注, 粗骨料在顶升过程中不能因自身重力而下落, 否则会造成顶升压力过大而失败。在设计混凝土配合比过程中碎石应稍微呈悬浮状态, 不能下沉。所以该种混凝土的砂率可提高一些。
许多工程实践认为钢管混凝土设计为微应力时, 限制膨胀率28天内应控制在 (2~6) ×10-4的范围内是合理的。
2.4 主拱肋钢管的拼装
2.4.1 钢管拱肋的制作
钢管拱主弦管直径>600mm采用螺旋焊管。宜选用具有CAD加工设计技术和成功经验的厂家;单元阶段制造好后在工厂进行平面和立面组拼检查;螺旋焊管弯曲成型在中频弯管机上进行, 采用埋弧自动焊;腹板安装采用CO2气体保护焊;单元阶段焊接完成后, 若与理论线形不符, 可用“火工矫正法”矫正。钢管拱单元阶段制好后运至工地组焊成吊装段, 运至施工现场, 最后用跨墩龙门吊机或其它起重设施将吊装段吊上桥组装。为便于调整拱肋预埋段制造、温度引起的偏差, 钢管制造在工厂时, 拱脚预埋段与拱中段之间预留80mm调整量;拱肋合拢锁定温度为10~15℃。
2.4.2 钢管拱肋单元构件的防护
预拼成型的安装节段必须对接口进行地面预接和必要的技术处理, 拱肋每一个吊装阶段之间采用内法兰连接, 法兰间可抄垫钢板进行微调;单元制造阶段之间采用临时外法兰连接。
2.4.3 钢管拱肋的悬拼
拱肋吊装采用悬拼和扣挂施工。拱肋作完后, 首先在制作场地进行预拼, 合格后方可吊装。拱肋吊装前应安装好拱脚临时铰, 悬拼过程中允许拱肋绕铰转动。每吊装一个阶段除安装好横撑及临时横撑外还要设置横向浪风索。以利调整拱轴线和保证横向稳定。两阶段接头端面先用螺栓对接, 安装合拢段前应预先通过扣索调整拱肋横向位置, 然后再安装拱顶合拢段。两条拱肋全部合拢后, 再全面校核一次拱轴线坐标, 并调整至误差容许范围内。再对焊主拱钢管、烧掉螺栓, 用加劲钢板补焊拱肋钢管接头, 以保证受力连续。用钢管焊接封死拱脚临时铰, 浇注拱座预留槽口C50混凝土, 形成无铰钢管桁架拱, 待拱脚混凝土达到强度后拆除扣索;泵送压注填充管内C50微膨胀混凝土。
2.4.4 跨径较小的桥梁可用WDJ支撑系统配合吊车、揽绳完成拱肋组拼。
2.5 波纹管堵塞
系杆拱桥横梁、系梁多为群锚后张预应力混凝土, 于是防治波纹管堵塞, 避免钢铰线局部拉伸率、应力超标是施工中不容忽视的大问题。对此我们的预防措施是:
波纹管固定后, 将半硬性塑料管穿入波纹管内, 其外径小于波纹管内径8~10mm, 长度大于波纹管长4~6m;指派专人, 在浇筑混凝土过程中不停抽动塑料管至混凝土浇筑完毕;抽出塑料管, 清除其表面灰浆, 擦净备用。抽动半硬性塑料管法, 可从根本上解决波纹管堵塞问题。
2.6 支座垫石钢板悬空
预埋支座垫石钢板下混凝土悬空, 既影响下部结构受力, 又危害上部结构荷载均匀传递和受力平衡, 也就是说, 出现这种现象是很危险的, 其主要原因是混凝土在浇筑流动过程中, 预埋钢板下的气体无法排除, 形成了空洞, 为避免该现象的发生, 可在钢板中心用电钻打一个直径5mm的“排气孔”, 浇筑预埋钢板处混凝土时, 浓水泥浆由“排气孔”冒出即可。
2.7 空腹式端横梁浇筑工艺
端横梁为封闭式变断面空心梁, 其施工有两种方法:一种方法是采用木模或其它一次性芯模, 不考虑翻番周转, 此类模板只侧重考虑其强度, 满足混凝土几何尺寸需要即可;另一种方法是采用钢模或其它可周转性芯模, 浇筑混凝土时在梁顶预留“天窗”, 待拆除芯模后再二次浇筑混凝土, 将天窗堵死, 但应注意两期混凝土的结合牢固问题。
2.8 钢管混凝土“紧箍效应”落空
由于施工工艺和混凝土收缩, 混凝土总是无法完全充满钢管, 使得“紧箍效应”无法实现, 混凝土达不到三轴压缩的理想效果。防治该问题的一般方法有两种:
预防。微膨胀混凝土随着龄期增长, 混凝土的收缩仍然不可避免, 为防止这类问题发生, 在混凝土配合比设计时, 在添加UEF微膨胀剂的同时增添“聚丙烯腈纤维”。
处置。待混凝土大于28d龄期后, 用小锤对拱肋进行全面敲击检查, 发现空隙, 则确定准确位置, 钻孔并压注环氧树脂水泥浆进行补救。
3 结语