预应力连续梁悬浇线性计算与线形施工控制.pdf

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预应力连续梁悬浇线性计算与线形施工控制1 预应力连续梁悬浇线性计算与线形施工控制2 预应力连续梁悬浇线性计算与线形施工控制3 预应力连续梁悬浇线性计算与线形施工控制4 预应力连续梁悬浇线性计算与线形施工控制5
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·桥涵工程·收稿日期:20160313预应力连续梁悬浇线性计算与线形施工控制魏孝忠(中铁十四局集团第四工程有限公司 山东济南 250002)摘 要 济(南)徐(州)高速公路济宁至鱼台段梁济运河特大桥主梁采用挂篮悬浇施工,在施工过程的精细组织策划和规范管理基础上,通过采用 MIDAS/Civil 连续梁建模线性计算分析,结合施工过程高程、应力及温度监控数据,使其理论计算与实际施工线形误差满足设计及规范要求,并总结应力理论值与实测值偏差的主要原因,分析在施工周期中主梁各个截面的受力状态,可为同类型工程施工参考借鉴。关键词 连续梁 悬浇 线性计算 施工控制中图分类号   U445.466文献标识码   B文章编号 10094539 (2016)增 1008604       LinearCalculationandLinearConstructionControlofPrestressed   ContinuousBeamsuspensionPouringWei Xiaozhong(  ChinaRailway14th  BureauGroup4th EngineeringCo.Ltd.,  JinanShandong250002,China)Abstract       JinanXuzhouHighwaytoYutaiJiningsectionofLiangjiCanal      Bridgegirderwasconstrutedbyhangingbasket   cantilever.Intheconstructionprocess,        basedonthefinestructureplanningandstandardizedmanagement,  thepaperused               MIDAS/civiltocalculateandanalyzecontinuousmodelinglinear.Combinedwiththeelevationoftheconstructionprocess,    stressandtemperaturemonitoringdata,   itmadethetheoretical   calculationandtheactual    constructionoflinearerrormeet    thedesignrequirementsandspecifications,            andsummarizedstresstheoryvalueandmeasuredvalueofdeviationofthemain                    reasonandanalyzedmaingirderstressstateinconstructionperiodineachsection.Itcanbeareferenceforthesametype  ofengineeringconstruction. Keywords  continuousbeam; suspensionpouring; linearcalculation; constructioncontrol  1工程概况济(南)徐(州)高速公路济宁至鱼台段梁济运河特大桥全长 1367.5m,桥梁中心桩号  K43+88425,桥位与河道夹角 65°,梁济运河航道通航等级二级,设计通航净宽  70m、净高  7m。主桥采用(  65+110+65)m 预应力混凝土变截面连续箱梁,单箱单室截面,根部梁高  6.5m,跨中梁高  3.0m,梁高及底板厚度采用二次抛物线变化,采用挂篮浇筑施工[1],三向预应力体系。主墩下部结构采用空心矩形桥墩,基础采用  1.8m 灌注桩加承台[2]。该桥主桥上部结构在 2 “个主墩上按墩梁临时”固结用挂篮分段对称悬臂浇筑施工,按对称悬臂浇筑→边跨合龙→中跨合龙顺序进行施工。主桥布置及箱梁断面图如图  1~图 3 所示。图   1主桥布置示意图(单位:cm)图  2箱梁 0#块横断面图(单位:cm)6桥铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·桥涵工程·图  3箱梁一般截面图(单位:cm) 2结构分析模型及相关参数该主桥半幅半跨共分 13 个块(不含 0#块和合龙块),根据设计图结构布置和结构尺寸,将主桥结构离散成 113 个节点、桥涵 个单元,结构平面分析采用  MIDAS/Civil 桥梁计算软件进行仿真计算,计算模型如图 4 所示。图  4主桥计算模型   2.1材料参数各种材料参数值根据国家标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(  JTGD62-2004)[3] 10-13取用。混凝土、预应力材料的强度和弹性模量的取值见表 1 和表 2。表   1混凝土材料参数取值MPa强度等级轴心抗压强度标准值 fck设计值 fcd轴心抗拉强度标准值 fck设计值 fcd弹性模量 EcC5032.422.42.65 1.83 3.45×104表  2预应力钢绞线材料参数取值MPa项 目强度标准值 fpk张拉控制应力σcon弹性模量 Ep钢绞线 1860 1395  1.95×105 2.2其他计算荷载及参数(1)由程序根据各个单元的长度、截面面积以及材料容重自动计算。沥青混凝土容重   24kN/m3;钢筋混凝土容重   25kN/m3[4]。(2)施工阶段计算时预应力钢束按设计图纸施工顺序张拉。预应力钢束计算参数见表 3。表  3预应力计算参数取值力学性能指标锚下控制应力松弛率管道摩阻系数管道偏差系数锚具变形及钢束回缩值钢绞线  1395MPa2.5%0.15 0.0015 0.006m  (3)挂篮及吊架重量(包括模板等及附属构件)按照挂栏设计图纸计算取用  52t。(4)桥面铺装及护栏等二期恒载集度为 73.6kN/m。(5)施工过程中考虑混凝土收缩徐变的影响,按现行规范进行计算,成桥后考虑 10 年收缩徐变的影响。(6)汽车荷载等级:公路工Ⅰ级。(7)体系升温  ℃24,降温  ℃-25,主梁2下缘温差按照《公路桥涵设计通用规范》(   JTGD60-2004)[5]取值。(桥)基础不均匀沉降按  5mm 考虑。 2.3施工阶段线性分析计算结果  2.3.1主梁竖向位移经计算,主梁 10 年后竖向最大位移(向上为正,单位 mm)为  -35.5mm,各截面位移情况如图5 所示。图  510 年后位移图 其他各个主要施工阶段主梁竖向最大变形见表4。表  4各施工阶段主梁竖向最大变形mm施工阶段最大变形(向上为正)位置最大悬臂时(13#块预应力未张拉)29.90#块中跨合龙后(未张拉中跨合龙预应力)-21.613#块二期恒载过程-30.713#块 2.3.2主梁预拱度设置成桥线形应考虑桥梁混凝土的收缩徐变发生完成后,一般要考虑十年[6]。根据我国不少预应力混凝土连续梁桥跨中在成桥和运营期间的实际挠度比理论计算值大的实际情况,在总结多座该类型桥梁施工控制经验的基础上,按照宁高勿低的上部结构控制原则。在理论计算的基础上,将主墩跨中设置  110mm 的经验预拱度,中跨由跨中向两侧主墩墩顶依余弦曲线变化到  0mm;边跨 13#截面处设置  27.5mm 的经验预拱度,边跨由 13#截面向主墩和支点方向依余弦曲线变化到  0mm。桥梁的预拱度值为:累计挠度(反号)+静活载挠度的一半(反号)+经验预拱度,实际施工中还应包括挂篮的变形值,此处未考虑。累计挠度是桥梁在开始施工直至成桥阶段所发生的累计挠度与十7桥铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·桥涵工程·年运营期间混凝土收缩徐变等原因产生的挠度之和。预拱度控制如图 6 所示。图  6施工预拱度控制图  2.3.3主梁应力计算结果由程序计算出各个主要施工阶段主梁上下缘应力(受压为负,受拉为正,单位:MPa),二期恒载主梁上缘最大应力  -11.2MPa,主梁下缘最大应力 -8.9MPa,应力分布如图 7 所示。图  7二期恒载应力分布图 其他各主要施工阶段主梁上下缘最大应力见表5。表  5各施工阶段主梁上下缘最大应力MPa施工阶段 位置最大应力(受压为负,手拉为正)最大悬臂段张拉完预应力后主梁上缘  -11.1主梁下缘-10.1边跨合龙张拉完预应力后主梁上缘-10.6主梁下缘-9.9中跨合龙张拉完预应力后主梁上缘  -11.2主梁下缘-8.9  从整个上部结构施工过程中,主梁上下缘最大法向压应力最大值为  -11.2MPa(位于距墩顶  3m 处截面顶板),法向拉应力数值较小,最大为  0.5MPa。根据国家标准   JTGD62-2004 第 7.2.8 条[3]71,预应力混凝土受弯构件,在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合以下规定:压应力:σtcc≤0.7f’ck =22.68MPa 拉应力:σtct≤0.7ftk =1.855MPa由上述计算结果可见,施工过程中主梁截面法向应力均满足规范规定的短暂状况构件的应力要求,施工阶段箱梁结构应力安全。 3施工过程线形控制  3.1施工控制具体流程   3.1.1桥墩及 0#块施工阶段建立沉降观测测点的初始值→浇筑 0#段混凝土前预埋支架钢管应力测试传感器[7]→分层浇筑0#段混凝土[8]→按监控小组提供的 0#块底面立模标高立模浇筑 0#块;并将测量结果报监控小组→建立墩顶水平位移测点的初始值→在 0#块拼装挂篮→挂篮预压试验,向监控小组提供挂篮预压试验变形结果。  3.1.2循环悬臂浇筑阶段按照监控小组提供的标高及坐标立模板、绑扎钢筋→浇筑混凝土前,测量所有已施工梁段上的高程测点,复测挂篮定位标高,墩顶的水平位移→监控小组分析测量结果,如需调整,给出调整后的标高→浇筑完混凝土后第二天测量所有已施工梁段上的测点标高,分别测量本梁段端部梁底和预埋在梁顶的测点标高及测量本节段上的箱梁顶面标高,建立所有测点与梁底标高的关系→检查断面尺寸,并向监控小组提供梁段混凝土超重的情况→张拉预应力钢筋后,测量所有已施工梁段上的高程测点→监控小组分析测量结果,根据上一施工周期梁底标高测量值预报下一施工周期的挂篮定位标高。  3.1.3合龙及合龙后阶段边跨合龙段采用支架现浇[9]。测量全桥测点标高→安装合龙吊架及模板,但不得与主梁紧固(务必保持放松状态,纵向钢筋只允许绑扎一端,另一端必须保持自由)→合龙段压重,必要时根据标高调整压重的重量→标高调整完毕后,在低温时焊接合龙临时劲性骨架[10],紧固模板,绑纵向扎钢筋的另一端,张拉临时合龙预应力→浇筑合龙段混凝土,同时卸载压重→测量合龙点标高、未合龙跨悬臂端标高→张拉边跨合龙段预应力钢筋;拆除合龙承承铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·桥涵工程·吊架→测量合龙点标高、未合龙跨悬臂端标高→按上述过程合龙另外合龙段。 3.2监测方法及数据分析  3.2.1高程监测为了对主梁的挠度进行监控,在主梁混凝土浇筑前,根据监控方案在主梁各节段上预埋钢筋,以便节段标高的监测,横向测点布置图如图 · 所示,监测数据成果见表 6、表 7。图  8高程测点横向布置 表  627#墩节段高程监测成果(左幅 10#块)单位高程边跨侧截面测点123中跨侧截面测点123m设计高程控制高程浇前钢筋标高浇后钢筋标高张拉后钢筋标高   51.519  51.585  51.656  51.626  51.638  51.653  51.719  51.801  51.774  51.786  51.786  51.852  51.932  51.892  51.905  51.483  51.618  51.779  51.733  51.735     51.61551.749     51.75051.884  51.9152.012     51.87751.992   51.88852.002mm钢筋高度实测沉降预测沉降沉降误差0.043028.61 0.0512728.6-20.0624028.6 110.1324628.6170.123328.640.1052028.6-9 注:控制标高 =设计标高 +预抛高。表  727#墩节段高程监测成果(左幅   11#块)单位高程边跨侧截面测点123中跨侧截面测点123m设计高程控制高程浇前钢筋标高浇后钢筋标高张拉后钢筋标高    51.511  51.573  51.725  51.687  51.695  51.645  51.707  51.736  51.707  51.708  51.778  51.840  51.917  51.877  51.876  51.470  51.609  51.687  51.593  51.594     51.60251.735  51.741  51.874  51.814  51.96     51.76851.924  51.783  51.94mm钢筋高度实测沉降预测沉降沉降误差0.1323829.290.042929.200.0724029.2 110.0563829.290.0434629.2170.073629.27 注:控制标高 =设计标高 +预抛高。从表 7 高程监测结果可以看出,各点均满足施工监控精度小于  20mm 的要求[11]。说明各梁段实际挠度控制良好,梁段的实际高程在控制范围之内。 3.2.2应力监测采用埋入式振弦应力传感器对施工过程中的主梁应力进行监测,同时可以监测混凝土内部温度,传感器型号为 JMZX215AT按。应力及温度监测数据成果见表  ·°表 10。表  827#墩(左)主梁根部应力监测成果工况测点编号10#张拉后实测理论11#张拉后实测理论左幅 27#主   墩边跨侧1#  块主梁截面顶板底板腹板12345678-9.62-9.36-9.26-8.18-7.18-6.00-7.56-7.66 -8.11-6.01-7.15-9.42-9.32-9.27-9.16-9.25-7.87-7.94-8.12-7.99-7.36-7.70左幅 27#主   墩中跨侧1#  块主梁截面顶板底板腹板12345678-9.04-9.08-9.59-8.87-7.90-8.73-8.12-8.67 -8.11-6.01-7.15 -9.11-9.08-9.70-9.25-9.07-9.21-8.01-8.38-7.99-7.36-7.70表  927#墩(左)主梁 L/2 截面应力监测成果工况测点编号8#张拉后实测理论9#张拉后实测理论10#张拉后实测理论11#张拉后 理论实测左幅27#主墩边跨侧8#块主梁截面顶板底板123456-2.66-2.01-1.79-0.17-0.07-0.2-2.08-0.21-1.83-0.90-0.66-0.59-0.48-0.66-2.07-0.38-4.31-4.42-3.55-1.45-1.07-1.59-2.89-1.37-6.38-7.90-6.18-2.38-2.66-2.66-3.36-2.77左幅 27#主墩中跨侧7#块主梁截面顶板底板123456-1.38-1.90-2.00-0.21-0.19-0.24-2.08-0.2-2.69-3.28 -4.11-0.48-0.68-0.07-3.85-0.71-4.21-5.35-4.07-0.93 -1.11-0.97-4.38-1.82-5.14-6.28-5.90-3.17-3.22-2.97-4.63-3.27表  1027#墩(左)温度监测成果传感器位 置施工工况测试截面测试时间测点温度℃/12341#块10#块张拉后11#块张拉后边跨侧中跨侧边跨侧中跨侧  2015.9.11 2015.9.24  29.527.927.130.6   29.530.027.227.2    27.829.327.831.7     30.730.631.531.67#块8#块张拉后中跨侧 2015.8.21   28.330.932.030.69#块张拉后中跨侧      2015.9.2428.930.928.431.010#块张拉后中跨侧  2015.9.11   28.628.528.830.111#块张拉后中跨侧     2015.9.2427.828.228.327.38#块9#块张拉后边跨侧 2015.9.1     30.931.328.231.210#块张拉后边跨侧     2015.9.2430.228.629.228.011#块张拉后边跨侧  2015.9.11   29.032.028.730.7(下转第 125 页)9桥铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·桥涵工程·结构设计合理,满足要求。综合考虑对比选用新型的反向预应力张力体系对托架进行预压,进一步验证了托架系统的安全可靠性,同时为 0#、1#块预拱度设置提供了准确的变形数据,使青云大桥 0#、1#块的浇筑顺利实施,也为同类工程提供了有益的借鉴。 5结束语本文对青云大桥 0#、1#块的托架设计及施工过程进行了详细的介绍与分析,得到以下结论:(1)连续刚构桥主梁根部的 0#块是采用挂篮悬臂浇筑的基础和起始平台,当桥墩较高时,通常采用在墩身上搭设临时三角托架施工 0#块。大跨连续刚构桥的 0#块重量往往很大,因此,需要对临时三角托架结构受力进行精确的计算,以确保托架在施工过程中的强度、刚度、稳定性满足要求。(2)托架施工过程中,必须针对工程实际情况,采用合理的施工顺序与技术,选用合适的预压技术。总之,连续刚构桥 0#块的设计与浇筑施工中,确定合理的托架结构形式,根据荷载分布特点,优化托架平面布置,综合考虑各方面的因素,才能达到合理、经济与安全的目的。参考文献[1] 马保林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京:人民交通出版社,2001: 145-152.[2] 张继尧,王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,2004:208.[3] 张守海.T 形刚构桥 0#块托架设计及施工技术[收].山东交通科技,2014(2): 42-43.[4] 夏艳国.悬臂浇筑连续梁 0 号块现浇支架探讨[收].铁道建筑技术,2013(11): 31-33.[5] 宋永安,张崇彬,虞业强.高墩大跨径预应力混凝土连续刚构桥 0 号块的托架法施工[收].公路,2005(8): 52-56.[6] 朱传娣.大跨高墩连续刚构桥 0 号块托架法施工技术[收].混凝土与水泥制品,2009(4): 22-24.[7] 冯春萌,覃晓凤,魏华.罗天乐大桥连续刚构 0#块施工托架设计方法[收].桥梁工程,2009(6): 48-43.[8] 葛俊颖.桥梁工程软件  midasCivil 使用指南[M].北京:人民交通出版社,2013: 150-162.[9]    “”→×σⅠ℃ ⅠⅠ≤公路桥涵设计通用规范[S].[10]   “”→×σ ℃ ⅠⅠ≤公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].[11]   “”“’”Ⅰ℃ Ⅰ公路桥涵施工技术规范[S].[12]刘红旗.预应力技术在大桥高墩托架预压中的应用[收].铁道建筑技术,2007(5):檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 25-27.  (上接第 · 页)从表 · 及表9 的应力监测结果可以看出,测试压应力最大值为  9.62MPa,与理论计算结果 ·MPa相差较小,满足   JTGD62-2004 第 7.2.8 条规定,截面顶板、底板均处于受压状态,压应力储备较大。从表 10 温度监测结果可以看出,温度均在  ℃30左右,温度较稳定,减少了温度对应变的影响。通过高程、应力及温度监测数值分析,可以总结以下 3 点:(1)主梁截面的应力实测值基本略大于理论值,但其变化趋势基本一致;(2)应力理论值与实测值存在偏差的原因有计算软件模拟条件与实际施工环境存在差异、应力传感器埋置位置、混凝土龄期较短[12]以及钢绞线理论张拉控制力等;(3)在施工周期中主梁的各个截面始终处于受压状态,且远远小于抗压强度设计值。 4结束语预应力混凝土连续梁的线形控制和应力控制,决定了成桥合龙精度、施工线形与设计线性偏差以及桥梁最终使用年限。参考文献[1] 郎寿昌,邓志荣,俞锡宏.预应力变截面连续箱梁菱形挂篮的设计及应用[收].交通标准化,2001(12): 23-25.[2] 山东省交通规划设计院.济南至徐州公路济宁至鱼台(鲁苏界)段两阶段施工图设计[Z].2014: 30-32.[3]    “”→×σ ℃ ⅠⅠ≤公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].[4] 周水兴,何兆益,邹毅松,等.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2001: 137-171.[5]    “”→×σⅠ℃ ⅠⅠ≤公路桥涵设计通用规范[S].[6] 陈健华.桥梁悬臂浇筑施工中的挠度控制分析[收].工程建设标准化,2015(4): 43-45.[7] 贺星亮.浅谈曲线上预应力混凝土连续梁挂篮施工线形监控技术[收].建筑工程技术与设计,2014(3): 96-97.[8] 彭亮英.大跨连续梁 0 号段分层施工支撑结构受力研究[收].铁道建筑技术,2015(4): 36-40.[9] 王青俭.大跨径连续刚构桥边跨直线段现浇支架设计[收].铁道建筑技术,2014(2): 32-36.[10]   GB50755-2012钢结构工程施工规范[S].[11]   “”→”Ⅰ℃ Ⅰ公路桥涵施工技术规范[S].[12]   GB50204-2011混凝土结构工程施工质量验收规范[S].521铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )
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