短线匹配法预制节段梁的预拱度设置分析.pdf

・桥涵工程・短线匹配法预制节段梁的预拱度设置分析李兴伟（中铁十一局集团第五工程有限公司重庆４０００３７）摘要为确保铁路高架桥架设后线形、标高均满足设计要求，将设计院概念设计基础上得到的预拱度同永久结构验算单位的预拱度进行比较，并针对Ｃ１６８６项目Ｐ００８～Ｐ０１３段铁路节段梁进行预应力张拉模拟分析，最终得到单层高架和双层高架起拱值。所进行的模拟分析同设计单位起拱值较接近，可用于指导现场施工。关键词短线匹配预拱度永久结构节段梁中图分类号Ｕ４４５．４文献标识码Ａ———文章编号１００９４５３９（２０１５）０５００１２０４ＳｅｔｔｉｎｇａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｒｅ－ｃａｍｂｅｒｏｎＳｅｇｍｅｎｔａｌＢｅａｍＰｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｂｙＵｓｉｎｇＳｈｏｒｔ－ｌｉｎｅＭａｔｃｈｉｎｇＬｉＸｉｎｇｗｅｉ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１“１ＢｕｍａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３７，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｌｉｇｎｍｅｎｔａｎｄｌｅｖｅｌｏｆｒａｉｌｗａｙｖｉａｄｕｃｔａｆｔｅｒｅｒｅｃｔｉｎｇ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅ—ｐｒｅｃａｍｂｅｒｖａｌｕｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｏｆｄｅｓｉｇｎｉｎｇｉｎｓｔｉｔｕｔｅｗｉｔｈｔｈａｔｇｏｔｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈｅｃｋｅｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｎｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｔｅｎｓｉｏｎｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｏｆ１：＇００８ｔｏＩ＇０１３ｒａｉｌｗａｙｓｅｇｍｅｎｔａｌ—ｂｅａｍ，Ｃ１６８６．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｓｐｒｉｎｇｉｎｇｖａｌｕｅｓｏｆｓｉｎｇｌｅａｎｄｔｗｏｔｉｅｒｓｖｉａｄｕｃｔｗｅｒｅｆｏｕｎｄｏｕｔ．Ｉｎｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｆｒｏｍｔｈｅａｕｔｈｏｒｗａｓｍｏｒｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｔｏｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｄｅｓｉｇｎｉｎｇｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ａｎｄｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｇｕｉｄｉｎｇｔｈｅｓｉｔｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ—ｓｈｏｒｔｌｉｎｅ—ｍａｔｃｈｉｎｇ；ｐｒｅｃａｍｂｅｒ；ｐｅｒｍａｎｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｅｇｍｅｎｔａｌｂｅａｍ１引言随着国内外桥梁施工技术的提高，桥梁施工逐…步从整体现浇向工厂化、构件化、标准化发展。节段拼装法是从东南亚借鉴到国内的一种桥梁施工方法，与之对应的是短线匹配预制，这种方法对施工生产条件要求低、精度高、施工效率高，不增加现场线形调整时间等优点。中铁十一局集团承建的新加坡大士西地铁延伸线项目中的桥梁采用整跨节段拼装和悬臂节段拼装，所用预应力箱梁均采用短线匹配法进行预制，是国内首个在海外进行短线拼和短线预制的项１２——收稿日期：２０１５０３１６目。基于短线匹配法对梁段进行划分，从而实现精确的几何控制是预制拼装的重要基础，而进行节段划分的前提则是将成桥后的线形、梁段长期起拱值等参数引入预制生产的线形控制中，以保证节段梁在现场拼装后线形满足设计的要求。根据计算，设计图纸给定的预应力束张拉力较大，将导致张拉后桥面标高偏离设计标高值，超出施工允许误差要求，不利于后续轨道铺装施工。因而必须将计算拱度值通过在预制节段设置反向预拱度，以确保后期成桥后桥梁的整体线形准确、标高偏差满足规范要求。２工程简介新加坡轨道交通大士西延长线Ｃ１６８６和Ｃ１６８７铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５１５）万方数据・桥涵工程・项目主要包括３座高架车站和１０．１ｋｍ的桥梁工程，其中单层铁路桥１．８ｋｍ，单层公路１．２ｋｍ，公路匝道桥２．９ｋｍ，公铁双层桥２．１ｋｍ。全线桥梁采用短线匹配预制，全线由多联组成，每联有ｌ～６跨不等，跨径一般为４０Ｉｌｌ。共涉及预制铁路节段梁２７３８片（架设２５２孔），预制公路节段梁４４５３片（架设３８３孔），预制盖梁砼壳模５６套（架设５６套）。项目采用ＢＳ５４００标准，还需满足新加坡陆上交通管理局材料和施工工艺标准要求，成桥后桥面标高允许误差为－Ｉ－１５ｍｌｎ。３预拱度问题现状及数据３．１预拱度问题设计图纸为平齐面结构形式，结构的特点必然要求在做预应力模型的时候充分考虑盖梁、墩柱、下部结构承台和柱基的影响。通用结构如图１所示。首先，设计院在概念设计的基础上提供了全桥的长期起拱值，但其起拱值仅基于单联跨度为基础给定，没有明确界定曲线和纵坡对起拱值的影响，难以保证图１平齐面铁路高架结构对预拱度值提供一个精确的参考。其次，为保证在预制阶段线形的准确，聘请外部咨询单位对预应力结构进行建模分析，以得到永久结构验算单位的预拱度值。２ｏ。因而对设计单位和永久验算单位计算出的预拱度值进行对比分析尤为必要。３．２预拱度对比分析数据收集（１）收集资料；（２）确定影响变形的主要参数；（３）查阅永久结构验算单位Ｐ０４０～Ｐ０４５预拱度报告，咨询设计单位形成设计参数【３ｏ对比；（４）模拟Ｐ００８～Ｐ０１３单幅铁路梁，查看变形；（５）结合建模结果综合分析永久结构验算单位和设计单位结果；（６）形成分析报告。４永久结构验算单位和设计单位计算结果对比４．１对比说明永久结构验算单位和设计单位的分析模型从铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ理论上讲，对比的可比性较小，主要是由于：（１）二者所用软件不同，虽然基本理论相同，但不同软件的处理精度和方法、不同操作者建模思路等都有一定差异。而且有限元软件本身用于定性分析的意义要大于定量计算。（２）二者所采用的结构模型不同。永久结构验算单位选取双层公铁两用桥进行分析，考虑了下部公路的影响。设计单位仅提供了一个起拱值的表格，没有说明是否考虑成桥张拉顺序及公路桥张拉的影响。（３）二者所采用的截面尺寸的实际差异有多大无法获知。（４）对比选取Ｐ０４０～Ｐ０４５的永久结构验算单位计算值和设计单位给的５Ｘ４０ｍ通用值。４．２主要设计参数对比一般认为影响桥梁变形Ｈｏ的主要设计参数包括：混凝土容重、混凝土弹性模量、预应力弹性模量、预应力孔道摩阻系数、孔道偏差、外荷载、成桥顺序等。对永久结构验算单位和设计单位建模的主要参数进行对比如表１所示。表１永久结构验算单位和设计单位主要设计参数对比对比结果对比内容永久结构验算单位设计单位节段梁：Ｃ５０节段梁：Ｃ５０强度盖梁：Ｃ５０盖梁：Ｃ５０墩柱：Ｃ４０墩柱：Ｃ４０混节段梁：３４节段梁：３４凝弹模／土（ｋＮ・ｍｍ一２）盖粱：３４盖梁：３４墩柱：３ｌ墩柱：３０密度／预应力混凝土：２５预应力混凝土：２５（ｋＮ・ａｍ一３）钢筋混凝土：２４钢筋混凝土：２４直径／ｒａｍ１５．２１５．２面积，／ｍｍ２１４０１４０极限强度／ＭＰａｌ８６０１８６０弹性模量／１９９１９５预（ｋＮ・ｍｍ一２）应力松弛系数／％３３锚具回缩／ｒａｍ６６管道摩阻系数０．３Ｏ．３每米偏差系数／ｍ。１Ｏ．００３０．００３二期恒载／外荷载４５．２３３．２（ｋＮ・ｍ一１）施工整孑Ｌ架设边一中边一中方法成桥方式２０１５ｔ５ｌ１３万方数据・桥涵工程・由于无法获取实际模型，这里假设其截面尺寸基奄相同，以及其他因素对变形没有决定性科’影响。从表１可以看出，设计基本参数是基本一致的。主要区别在于二期恒载值，永久结构验算单位考虑的二期恒载大于设计单位的设计值。４．３永久结构验算单位和设计单位计算变形值对比在表１的参数基础上，对两家单位提供的变形值进行对比，为便于观察，将两个单位的数据置于同一坐标轴内，如图２所示。■△峭腓时孙Ｊ‘◆Ｖ叮图２永久结构验算单位和设计单位计算变形值对比从图２可以看出，设计单位计算值较永久结构验算单位计算值大。设计单位计算值显示的向下∞设置拱度范围为（０，一３０），向上设置拱度１范围为（０，７）；永久结构验算单位计算值显示的向下设置拱度范围为（０，～１２），向上设置拱度范围为（０，７）。特别是在两边支座跨，两单位的拱度方向相反。４．４原因分析对以上对比结果进行深入分析，从预应力结构特点进行简单推理分析：（１）仅从五跨连续梁来看，若不考虑其他影响因素，根据设计院预应力设计特点，边跨预应力较中跨和次边跨多（Ｃ３Ｃ４，ＣＴｌＣＴ２），变形值可能会比中跨大，更加符合受力结构特点。（２）由于设置了墩顶束（ＣＴｌ一ＣＴ４），从墩顶束线形来看，整孔的最大变形量会从跨中向墩顶偏移，特点是两边跨的固结墩，但偏移量没有定量分析不能量化。图２中，永久结构验算单位的拱度值可以看出最大值明显地偏向墩顶位，设计单位的拱度值该特征不明显。５单层铁路五跨联模拟分析由于无法从永久结构验算单位和设计单位的对比来找出二者的差异原因，而两者的设计拱度值相差较大。因此利用有限元软件对五跨联进行了简化模拟分析。５．１建模基础５．１．１分析软件采用ＭＩＤＡＳＣＩＶＩＬ（７．４．１）软件进行分析。５．１．２建模参数除二期恒载分别按照永久结构验算单位和设计单位参数进行对比外，其余同表ｌ。各参数选取基本相同，采用标准稍有差异，但对结果没有决定性影响。５．１．３主要步骤对Ｐ００８一Ｐ０１３西侧一联进行模拟分析。为提高效率，模拟过程中仅对对应盖梁、节段梁进行模拟，其余结构简化为约束。施工步骤主要包括整孔张拉、落梁、湿接缝施工、墩顶预应力张拉和二期恒载等。为观察张拉对节段梁的影响，架桥机约束模拟进行了简化。５．２模拟结果结构参数基本一致的情况下，按照永久结构验算单位和设计单位的二期恒载进行成桥线形分析。（１）二期恒载为４５．２ｋＮ／ｍ时的预拱度曲线如图３所示。一般施ｉ预拱度（成桥‘【＾【＾＾＾＾＾ｌｎ¨ｌｆＩＩ，１ｉ¨¨，Ｉｎ『１Ｉ‘Ｉｈ‘Ｊ¨ｆ１～Ｊ『１ｈＪ、１ｉ、，，，、，、１，、，’，，ｉ、１，ｔ，｝Ｊ～门、Ｊ１、１，；、、ｌｉｉ、。』Ⅵ。７，，、，、Ｊ＼ｌ，５＝二，Ｊ：；ｊｉ２；，ｊ；；ｉ；ｉｉ：，：ｉｉｉ；ｉ；：，；！ｉ；＝，：。二ｊ＝；７２；；；；７；：２７量；７７；；；；ｉｉ；ｚ；：，；ｉｉ；ｚ；；；ｉｉｉｉ；，ｚ，三二：三兰：节段号图３二期恒载为４５．２ｋＮ／ｍ时的预拱度结果从图３可以看出，预拱度向下设置范围为（０，一２０），向上设在范围为（０，７）。（２）二期恒载为３３．２ｋＮ／ｍ时的预拱度曲线如图４所示。从图４可以看出，预拱度向下设置范围为（０，一２２），向上设在范围为（０，７）。１４铁道建镝技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５ｆ５Ｊ万方数据・桥涵工程・姜一藿二节段号图４二期恒载为３３．２ｋＮ／ｍ时的预拱度结果（３）模拟结果对比分析。将设计单位的Ｐ００８～１＇０１３五跨一联变形值计算结果进行拱度转换后可以得到其预拱度设置图形（如图５所示）。；ｉ；：ｉｌ＝；｜Ｅ－醐娄萋萋图５设计单位Ｐ００８一Ｐ０１３计算结果从图５可以看出，设计单位预拱度设置向下范围为（０，一２６），向上范围为（０，７）。这个结果和模拟计算结果相近。永久结构验算单位由于没有对Ｃｌ６８６进行分析，因此缺少对比数据。从三家计算结果来看，向上的预拱值均为（０，７），这个是由于盖梁顺桥向变形造成，而Ｃ１６８７的铁路盖梁体量小，冈０度大，变形也不大。但Ｃ１６８６的分析中，特别是模拟分析时，由于采用的是简化分析，因此没有考虑盖梁横桥向的变形。５．３调整预应力参数的理论变形值为进一步研究实际施工应该选取的参考拱度，我们根据现场实际情况，对预应力参数进行了修正，如表２所示。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ表２预应力束特性值修正序号名称设计值修正值ｌ管道壁摩擦系数０．３０．２２每米局部偏差摩擦影响系数０．００３０．０００８表２的修正值来源于现场提供的张拉记录中所采用的系数。对系数进行修正后所得拱度结果如图６所示。节段号图６调整预应力参数后的理论拱度将多次计算结果和设计单位计算结果进行对比如表３所示。表３计算拱度值范围对比永久结构对比内容设计单位ＣＲｌｌ备注验算单位计算跨Ｐ０４０一Ｐ（）４５Ｐ（）０８．Ｐ０１３Ｈ）０８～Ｐ０１３二恒／（ｋＮ・ｍ一１）４４．２３３．２４４．２３３．２３３．２预应力参数设计设计设计设计修正拱度—１２．７—２６．７—２０．７——２２．７２５．７负号为范围／ｍｍ向下设置６结论通过对永久结构验算单位、设计单位的结果进行对比分析，然后按照相应参数进行建模分析，得到一些比较有用的信息和结论，作为后续明确预拱度设置的基础：（１）对比过程中由于选取的Ｃ１６８６桥进行对比，因此对比结果相对于Ｃ１６８６更有合理性。Ｃ１６８７由于涉及双层高架，限于硬件原因，难以模拟过多单元，但同样可分步、简化模拟。（２）从一系列对比结果来看，设计院的结果与模拟分析的结果较相近，从单层结构来看更符合结构实际受力特点所表征出的变形特点。（下转第２２页）２０１５１５ｌ１５万方数据・桥涵工程・图９三角方木支架安装３．５支架施工注意事项（１）由于现场地势起伏较大，支架基础开挖完成后应对基础承载力进行检测，对符合要求的基础及时组织人员进行施工，防止开挖面外露时间过长出现塌方。（２）在基础施工时，应做好防排水工作，防止雨水浸泡基坑，影响基础承载力。（３）钢支撑基础底部预埋钢板，应严格按照测量放点进行安装，基础浇筑混凝土时，钢板底部的混凝土须捣固密实。（４）钢支撑采用法兰盘进行接长，每安装完成一根钢支撑均应采用扭矩扳手进行检查，确保每个螺丝都拧紧。同时在施工工程中应及时采用铅垂仪进行垂直度校核验，以确保钢支撑的垂直度满足要求。（５）在选择钢支撑时应将各种型号的支撑分类标记明确，在安装时应严格按照交底配置尺寸施工，避免错装。（６）钢支撑纵、横向连接采用，１，３２５ｍｍ的钢管进行加固的，焊缝应饱满，不得有脱焊、漏焊等情况出现，对焊接质量应进行超声波探伤试验抽检。（７）钢支撑、分配梁、贝雷梁的吊装作业必须有专人指挥，在起吊前应检查钢丝绳、卡环是否有断丝、松动等现象，发现异常应及时汇报。（８）首片贝雷梁吊装到设计位置，应及时进行固定，待第二片贝雷梁吊装到位后，通过横向连接花架将其与第一片贝雷梁连接成整体，防止单片贝雷梁失稳。待所有贝雷梁安装完成后，及时安装横向连接角钢、连接片。４结束语钢支撑加贝雷梁悬拼现浇拱桥施工技术，具有结构简单、稳定性好、易操作、材料损耗率小、重复利用率高的特点，并且在支架体系搭设及后续拱圈施工中，每个拱圈作为一个独立的单元，能够充分发挥同步作业的优势，大大缩短了施工工期。本项目现已完成拱圈浇筑工作，施工中获得了较好的成果，并取得了良好的技术经济效益。参考文献［１］陈宝春．拱桥技术的回顾与展望［Ｊ］．福州大学学报：—自然科学版，２００９（１）：９４１０６．［２］杨爱武．连拱拱桥结构设计分析［Ｊ］．安徽建筑工业—学院学报：自然科学版，２００８（１）：６９７２．［３］黄兴波．多跨连续拱桥设计问题探讨［Ｊ］．交通世界：—运输・车辆，２０１１（９）：１２４１２５．［４］杨俊，金吉祥．上承式多跨连续拱桥支架拆除顺序对—结构的影响［Ｊ］．施工技术，２００９（１０）：１００１０２．［５］王道斌，李华，武兰河．钢管混凝土拱桥施工技术综述—［Ｊ］．国外桥梁，２００１（１）：７１７３．（３）对比和分析结果仅是进行挠度和拱度分析万丐义陬所用，不代表设置预拱度值。由于是采用短线预［１］王景海．短线法箱梁节段预制拼状及线形控制技术原制，因此计算拱度设置到预制数据中，给出每个节—理［Ｊ］・中国市政工程，２００９（２）：３８４１・段的预制参数。特别是对于支座和盖梁处，需要结［２］陈自航，熊建民・短线法预制梁线性控制研究［Ｊ］・：ｌｉｅ，宝耋际变形和理论分析变形来确定起始阶段预制［３］嚣耄ｊ军墨量嚣嚣㈣臂拼装几何控制技术一ｏ（４）同样的预应力和结构参数情况下，永久结…嚣意翥篆墨：嚣苁架桥机预肛艺构验算单位和设计单位的计算值相差较大，建议及预拱度设置［Ｊ］．城市建设理论研究，２０１３（３０）：３０．Ｃ１６８７标段要求永久结构验算单位提供每个施工阶［５２孙学先，杨子江，刘风奎．预应力混凝土曲线连续刚构段的变形，从而复核模型，找出真正差异，并最终确桥梁悬臂灌筑施工中的线形控制方法［Ｊ２．土木工程定Ｃ１６８７铁路节段梁预变形设置值。—学报，１９９９（４）：５１５６．２２铁道建筑技术只ＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５ｆ５Ｊ万方数据