跨铁路同步转体桥施工阶段梁体应力及变形监测研究.pdf

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跨铁路同步转体桥施工阶段梁体应力及变形监测研究1 跨铁路同步转体桥施工阶段梁体应力及变形监测研究2 跨铁路同步转体桥施工阶段梁体应力及变形监测研究3 跨铁路同步转体桥施工阶段梁体应力及变形监测研究4 跨铁路同步转体桥施工阶段梁体应力及变形监测研究5

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・桥涵工程・跨铁路同步转体桥施工阶段梁体应力及变形监测研究张相玺(中铁十一局集团第一工程有限公司湖北襄阳441104)摘要施工监测是确保桥梁在整个施工过程中安全、稳定的有效手段。结合密涿高速公路跨京哈铁路分离式立交主桥同步转体工程背景,对梁体在整个施工过程中的应力及线形变化进行了监测分析,重点讨论了混凝土浇筑、预应力张拉、拆除支架、转体前后4个阶段的粱体应力及变形特点。据现场实测数据分析可知在施工中,预应力张拉阶段梁端的应力变化最为剧烈,梁端沉降增幅最大;受力最不利的位置在于根部截面。在工程中应重点关注预应力张拉阶段和转体桥的根部截面位置。关键词转体施工应力监测线形监测中图分类号U441+.5文献标识码A———文章编号10094539(2016)08002304MonitoringandStudyonStressandDeformationoftheBeamsintheConstructionofSynchronizingSwivelBridgeAcrossRailwayZhangXiangxi(ChinaRailway1“1BureauGroupFirstEngineeringCo.Ltd.,XiangyangHubei441104,China)AbstractConstructionmonitoringisaneffectivemeanstoensurethesafetyandstabilityofthebridgeinthewholecon-structionprocess.TakingtheseparateoverpasssynchronousrotationengineeringofMiyun・ZhuozhouExpresswayacrosstheBeijing-HarbinRailway鹊abackground.thispapercarriedoutananalysisandmonitoringonthestressanddeformationofthebeamsinthewholeconstruction,andfocusedonthestressanddeformationcharacteristicsofthebeamsinfourstagesofconcretepouring,prestressedtension,stentremovalandswivelconstruction.Basedonthefieldmeasureddata,the—analysisshowedthatintheconstruction.thestresschangeattheendofbeamWastIlemostintenseanditssettlementamplitudewasthelargestatthestageofprestresstensioning,whilethemostunfavorablepositionoftheforceWasintherootsection.Weshouldfocusontheprestresstensioningphaseandtherootsectionpositionoftheswingbridge.Keywordsswingconstruction;stressmonitoring;linearmonitoring1引言为解决城市交通拥堵,近年来我国进行了公路、铁路基础设施的大力建设,这必然面临新建线路跨越既有线路的问题。从目前的工程来看,采用桥梁跨越线路的方式常有顶推工法与转体工法。根据工程经“验,顶推施工易造成梁体混凝土开裂,素有十顶九”裂之说。因此,采用转体施工方法在跨越线路中越…来越多地被考虑。本文依托的密涿高速公路,连接北京密云和河北涿州,在三河市境内跨越京哈线。其中京哈铁路,南起北京,北至哈尔滨,沿线华北、东北两大平原及其间的丘陵地带为温带季风气候,工农业发达,客运货运都非常繁忙。为不影响京哈线的正常运营,施工方式选择了转体施工。临近铁路施工对运营线路的安全影响具有不可预测性,且每个桥梁都有各自不同的特点。采用施工监测能实时掌握桥梁在施工不同阶段的应力、——收稿Et期:20160523铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2.016{08)23万方数据・桥涵工程・变形状态,及时进行桥梁状态调整,是确保大体积‘混凝土桥跨越铁路施工的有效手段旧4J。本文主要针对跨越京哈铁路转体施工进行现场监测,重点分析施工过程中的几个重要阶段:混凝土浇筑、预应力张拉、拆除支架、转体前后,为该桥梁安全施工提供技术保障,为类似桥梁施工提供有力参考。2工程概况跨京哈铁路分离式立交主桥在公路里程Kll+312.189处与京哈线下行线里程K60+636.5处相交,交角76.2。。该桥T构转体为整个工程的关键性节点,主桥采用双幅68+68m的T形刚构,双幅同步转体施工"1,其中左幅桥在铁路的南侧预制,右幅桥在铁路的北侧预制,转体前后位置如图1所示。貅高警引.r葫两I、、京哈铁路1YI于向f西-I哈尔滨方向(j转体前的相对讧置\//畏…~.1\二币图1转体前后的铁路与T构的关系该桥梁T构长度均为64+64m。两幅桥同步逆时针转体75.40就位。单幅桥全宽为16.75m,重量约为8600t。T构中墩采用墩梁固结,双肢矩形截面,墩高12.5m。单肢墩纵、横向平面尺寸为1.5×6.0m,墩顶横向用R=10trn的圆曲线过渡至梁底全宽。桥墩中部设系梁,厚1.5m,宽4m。根据设计与施工的文件,单侧转体的方量见表1。表1单侧转体方量部位方量/m3重量/t墩柱292.39760.214上承台128332.8转台23.3660.736O#块580.131508.3381#块l899.254938.05护栏117.504305.51043测试方案3.1应力监测应力监测如图2所示,每个转体设置6个截面,东西两侧各在根部截面、1/2截面、3/4截面设置应力传感器。图2T构的位置及尺寸在根部截面,每个截面共埋设6个测点,如图3所示;在其余截面都埋设5个传感器,如图4所示。应力传感器——————c==了百1=,廷班到图3根部截面传感器埋设位置廛盎堡垒墨司量可图41/2截面和3/4截面传感器埋设位置3.2线形监测在施工过程中,由于混凝土的自重,临时荷载,施工误差等,梁的两端会产生不同程度的变形和沉降【6J。本桥梁线形监测为:在主梁中支点处以及主梁中支点沿纵向两边每8m、18m、28m、38m、48m、58m、64m划分为一个节段,共15个节段。每个节段前端布置高程监测点3个,共45个测点"J。为测量方便,在顶板钢筋绑扎完毕后,用由16mm钢筋垂直焊接于顶板顶层和底层钢筋上,并—使钢筋测点露出混凝土面35cm,钢筋外露顶端焊接圆钢球,涂抹红色油漆作为标记。每个断面上测点布置如图5所示。河、1点4测试结果分析4.1梁体的应力实际监测过程中,每个监测阶段都采集了大量的数据,得出了梁图5线形监测的横截面测点布置体每个截面的应力变化情况。限于篇幅,本文选取每个截面上、下部位最不利应力测试值进行分析,如图6一图8所示。由于监测数据量非常大,除了关注其随施工阶段变化的规律外,更要重点分析各施工重要阶段前’后的应力大小,为施工安全提供指导意见"91。4.1.1京哈线北侧的转体北侧梁各阶段、各截面上侧的应力监测数据见表2、表3。24铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(08J万方数据・桥涵工程・●,一-’,、_张拉拆支架。咚孓一一上测点劂弋确慷、、一0lO203040测量次数图6根部截面应力变化依社狮爻泶\1《。1一上测.量、‘{l,一下测.董。、测量次数图71/2截面应力变化表2铁路北梁的西侧截面应力监测MPa西3/4西/2西侧根部上下上下上下浇筑后一O.23—0.66—0.5l一0.76一1.26—2.18张拉前一1.79—2.00—2.13—2.54—1.65—3.35张拉后一2.54—3.75—2.95—4.85一1.96—6.12拆支架一0.84—5.49一O.89—7.10一O.96—7.57称重前一0.68—6.16—0.64—7.89—0.53—9.20表3铁路北梁的东侧截面应力监测MPa东3/4东1/2东侧根部上下上下上下浇筑后一O.19—0.70—0.69一1.04—0.99一1.9l张拉前一1.38—2.15一1.93—2.2l一1.48—3.02张拉后一2.59—3.36—2.52—4.52一1.88—5.61拆支架一0.96—5.25—0.90—6.84一1.09—6.86称重前一0.9l一6.17一O.77—7.3l一0.76—7.794.1.2京哈线南侧的转体南侧梁各阶段、各截面上侧的应力监测数据见表4、表5。表4铁路南梁的西侧截面应力监测MPa西3/4西1/2西侧根部上下上下上下浇筑后一O.2l一0.68—0.38—0.84一1.3l一2.25张拉前一1.58—1.57—2.09—2.44一1.62—3.58张拉后一2.66—3.26—2.68—4.23—2.08—5.8l拆支架一l一5.4l—O.92—6.12—0.92—7.09称重前一0.75—5.68一O.6—6.54—0.6l一8.Ol表5铁路南梁的东侧截面应力监测MPa东3/4东/2东侧根部上下上下上下浇筑后一O.35一O.5l—O.42—1.2一1.26一1.99张拉前一l,48—2.1l一2.19—2.41一1.65—3.52张拉后一2.47—3.22—2.58—4.46—1.52—5.96拆支架一1.06—5.5—0.86—6.16一1.18—7.85称重前一0.67—5.78一O.5l一6.72—0.62—8.79根据以上图表,可得出以下结论:,F1是叮.7lW%m张拉^一’■■_马一上测点℃一下测点、i’-。-O1020304050测量次数图83/4截面应力变化(1)埋设于上层的钢筋计,由于埋设位置较浅,所以混凝土浇筑过程中所产生的由自重引起的应力较小。在拆除支架的过程中,梁端的自重对顶部产生拉力,与原先的应力抵消,所以出现压应力减小的情况。(2)浇筑阶段截面上侧和下侧的应力都缓慢变化,总体趋势增大。(3)在预应力张拉阶段,截面下侧的应力迅速增大,上侧缓慢增大;拆除支架之后,截面上侧的应力出现减小的趋势,根部截面的上侧应力甚至减小到一0.53MPa【l¨¨]。可见,施工时应特别关注预应力张拉阶段的梁体应力变化。(4)北梁西侧根部截面、1/2截面、3/4截面的上侧的最终应力为一0.53MPa、一0。64MPa、-0.68MPa,根部截面受到的压应力最小,分析是由于拆除支架后由于梁端处于悬臂状态,在自重的作用下根部产生的弯矩最大,对根部截面上侧产生弯拉作用。(5)北梁西侧根部截面、1/2截面、3/4截面的下侧的最终应力为一9.20MPa、一7.89MPa、一6.16MPa,截面下侧没有出现受拉抵消应力情况,因此总体上较安全。4.2梁体的线形每个截面的上表面设置了3个测点。考虑最不利情况,根据测点的数据,每个截面选取变形值最大点,作为桥梁线形的参考数据。由于线性监测的数据量较大,限于篇幅,这里仅给出4个施工重要阶段的线形监测数据,见表6、7。根据表6可知,各施工阶段的梁端沉降都较为明显,而主要的沉降量发生在预应力张拉时,其他阶段的沉降量相对较小。T构的西侧的梁端沉降最大为22.9cm,东侧最大为18.1cm,西侧比东侧大26.5%。铁道建簏技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(06J25万方数据桥涵工程・表6北侧T构在各施工阶段监测截面所测沉降最大值m张拉前张拉后拆支架称重前Om—O.00lO.0090.008O.005东8m一0.00l0.0060.006O.005西8m一0.00l0.0090.004O.007东18mO0.0160.0130.019西18m一0.00l0.0030.0150.021东28m—O.0040.040.033O.035西28m一0.0040.Oll0.033O.053东38m一0.0050.070.0530.069西38m一0.0050.0280.060.089东48m一0.Ol0.1130.0850.11西48m一0.0070.058O.0980.143东58m一0.0080.1530.1220.155西58m一0.0090.08O.14l0.2东64m一0.0130.1790.1390.18l西64m—O.013O.0920.1570.229表7南侧T构在各施工阶段监测截面所测沉降最大值m张拉前张拉后拆支架称重前0m一0.001O.0040.0140.014东8m一0.001O.0030.0160.016西8m—O.003O.0030.0190.02东18m一0.002O.0050.030.043西18171一O.003O.0080.0150.023东28m一0.001O.0090.0470.055西28m—O.0050.0140.0230.028东38m一0.001O.0090.0470.055西38in一0.0050.0140.023O.028东48m—O.005O.029O.0980.129西48m—O.0070.0160.049O.063东58m一0.0050.0440.1320.177西58m一0.0120.0190.0740.086东64m一0.0050.050.1490.18l西64m一0.0120.0l0.0890.101根据表7可知,沉降规律和北侧T构相似。T构的东侧的梁端沉降最大为18.1cm,西侧最大为10.1cm,东侧比西侧大79.2%。根据施工阶段测量得到的数据,将最后一次监测的沉降值绘制云图如图9、10所示。图9北侧T构的线形监测云图l豳麓一-60_50-40-30之。韶粱蠹向/n{o东卫30405060铁道建筑技术根据图9、10可以很直观地看出:(1)距离梁中心越远,沉降量越大。等高线越密,表明该处沉降较快,反之亦然¨2一纠;(2)北梁的T构的西侧沉降量明显大于东侧,西侧沉降为0.229m,东侧0.181m;南梁正好相反,南梁的西侧沉降0.181m,东侧沉降0.101m。4.3对比分析为了探究梁端沉降和应力的关系,根据上述线形监测数据,利用线性插值法近似地求出应力传感器位置截面的沉降量、应力值,见表8。表8南北粱不同截面的应力和沉降西3/4西1/2西根部东根部东1/2东3/4北梁应力p/MPa6.167.899.207.797.3l6.17北梁沉降Ucm14.37.46O.70.55.5411.0南梁应力p/MPa5.686.548.Ol8.796.725.78南梁沉降l/cm6.34.92.01.69.9412.9从表8可以看出:(1)北梁的应力东西两侧大致关于中心对称,西侧根部应力略大于东侧根部应力,值大于18.1%;(2)南梁的东侧应力略大于西侧应力,应力值大9.73%,大体上也关于中心对称;(3)沉降量越大,靠近根部一侧的截面受到的应力越大,这是因为在自重的作用下,根部的弯矩最大,受到的应力也大。5结论(1)在转体T构的施工中,每个施工阶段都会引起梁端截面应力的变化。在本工程中,预应力张拉阶段的梁体应力变化幅度最大、梁端沉降也最大,现场施工时应给予重点监测与关注。(2)在对梁的各截面的应力监测中,相比于其他截面,发现根部截面上侧混凝土受到的压应力最小,有受拉的危险,其中北边梁西侧根部的应力从一1.96MPa减小到一0.53MPa,东侧根部从一1.88MPa减小到一0.76MPa;南边梁西侧根部一2.08MPa减小到一0.61MPa,东侧根部截面应力从一1.52MPa减小到一0.62MPa。可见,在桥梁施工过程中,应力监测应特别关注梁体根部截面上侧位置的应力,以防止出现受拉情况。(3)根据测试数据可以看出,梁体根部截面下侧受到的压应力最大,在整个施工过程中都处于安全状态。(下转第82页)RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(08J万方数据・隧道/地下工程・隧道长期稳定,运营效果良好。6结束语到了补充作用,对于补充隧道防排水设计规范具有重要意义,具有显著的经济、社会效益。本文通过长期工程实践,在现有防排水系统的爹丐义瓢基础上对严寒地区隧道防排水施工进行了深入探[1]刘立军.寒冷地区隧道保温结构的研究[D].哈尔滨:讨,提出了隧道衬砌防排水防冻融冻胀综合施工技哈尔滨工业大学,2011:l・术,并得出以下重要结论:[2]赵月生,秘永和-铁路隧道结构防排水问题的思考与加深隧道中心深埋水沟至冻胀线以下并增设保温,.孽讨[J]-铁道建苎技术,2.012(.2):.89-90.垫罂髋嬲鬯黧妻磬熙麓黔B3嚣,200新7鬻排水设计现州¨・地下工程与了隧道中心水沟受低温冻结堵塞影响,保证排水通畅。[4];;.寒冷五奁隧釜冻害预防与处治技术研究[D].西通过对检查井口增设保温板、密封圈的技术,安:长安大学,2012:36.解决了井口低温冷空气侵入和排水被冻结堵塞问[5]王元清.富水隧道分区减压防排水技术研究[J].施工题,保障行车安全。技术,2015(10):124.改变隧道衬砌防排水传统技术,增设衬砌保温[6]刘会迎,宋宏伟.隧道渗漏水成因分析及治理措施研隔热层和仰拱排水管,通过衬砌隔热层有效保温和—究[J].重庆交通大学学报,2007,26(4):5456.环、纵向排水方法,预防衬砌受冻融影响、衬砌外裂[7]中铁十一局集团第五工程有限公司・隧道防冻害排水隙水雍塞,从而降低隧道出现渗漏水风险。——系统:中国,ZL201210132263・9[P]-20140924・隧道洞外排水采用三排管形式,较单管排水更[81堡登掌[2010]241号高速铁路隧道工程施工技术指妻堡璧:至宴,管冻结堵塞造成洞内雍塞,降低冻—[9]三。1007j.532010高速铁路隧道工程施工质量验收标胀对绢构影啊。准[s].隧道衬砌防排水防冻融冻胀综合施工技术在[10]TZ—3312009铁路隧道防排水施工技术指南[s].实际工程中得到成功应用,解决了严寒隧道渗漏水[II]孙庆军,张新柳.岩峰双连整体式隧道的排防水施工和洞外排水技术难题,降低了隧道运营后渗漏潜在技术[J].山西建筑,2003(6):256.的高级别安全风险,为严寒地区隧道防排水系统施[12]姜红光.公路隧道漏水的治理[J].交通世界,2011工提供了新的思路,对严寒地区隧道防排水技术起—(2):230231.(上接第26页)(4)根据线形监测的数据和应力监测的数据显示,当梁端沉降越大时,梁的根部截面所受到的压应力也越大,两者有一定的正相关关系,并且在时间上共同发展。参考文献曹文,王正仪,王兴猛.轻型桥梁转体施工专项试验研—究[J].铁道建筑,2011(12):1315.李斌.大跨预应力混凝土连续梁桥施工控制[D].长沙:湖南大学,2012.苏伟.大跨径预应力混凝土连续梁桥施工监控分析[D].西安:长安大学,2013.夏伟.预应力混凝土连续梁桥施工监控研究[D].郑州:郑州大学,2011.孙浩林.连续梁跨武广高铁转体牵引方法选择[J].铁道建菹技术铁道建筑技术,2013(7):9一13.[6]钱建忠.软土地基上现浇脊背大悬臂梁防裂施工技术—研究[J].铁道建筑技术,2015(6):2731.[7]白石磊.转体桥跨京沪铁路双幅同步转体施工技术—[J].铁道建筑技术,2010(9):1315.[8]王振东.客运专线预应力混凝土大跨连续梁转体施工—监控[J].铁道建筑,2012(7):2629.[9]胡娟.客运专线大跨度拱桥转体施工方案研究[J].—铁道建筑,2010(8):3942.[10]刘家兵.大跨度预应力混凝土拱桥拱肋裂纹控制技术—[J].铁道建筑技术,2013(4):3335.[11]唐坤尧.裕溪河(70+125+70)m变截面预应力连续梁桥—施工控制分析[J].铁道建筑技术,2015(11):1215.[12]黄力民,靳国柱.曲线大吨位连续梁转体控制技术—[J].铁道建筑技术,2015(5):3944.[13]周家新.大跨高墩连续刚构温度应力实用计算方法—[J].铁道建筑技术,2013(S2):2628.RAILWAYcoNsTRuCTloNTEcHNoLOGY2016(08ll=纠列州纠眩rLrLrI-rLrL万方数据
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