钢管系杆拱

2024-07-02

钢管系杆拱（精选八篇）

钢管系杆拱篇1

本工程在郑州市须水镇跨越G310国道, 道路北有一根φ508mm天然气高压管、一根φ273mm天然气中压管和国防通信电缆。本桥系梁采用单箱三室预应力混凝土箱形截面, 提篮拱设计跨度112m, 拱肋采用悬链线线型, 拱肋截面采用哑铃形钢管混凝土截面, 按等截面布置, 截面高度3.0m, 单拱分7节, 分段拼装。两拱肋在横桥向内倾9°, 形成提篮式。结构布置采用系梁刚性拱, 尼尔森体系。吊杆均采用127根φ7高强低松弛镀锌平行钢丝束, 冷铸墩头锚, 索体锚固于系梁边腹板。

2 总体施工方案

本桥采用先梁后拱的施工方式。地基处理后搭设碗扣式满堂支架, 支架预压后安装拱脚段预埋钢管拱肋及其定位钢构件, 绑扎系梁钢筋, 安装预应力索, 现浇系梁和拱脚, 待混凝土强度达到设计要求后, 进行第一批预应力索张拉、孔道压浆。

拱肋钢管单元构件在工厂内按预定检验项目进行检验, 检验合格后运至工地预拼场进行再接长加工, 拟定单片拱肋分七节, 对称分布, 将两侧拱肋临时连接整体吊装。

在系梁上搭设拼拱支架, 拱肋钢管运至施工现场后, 调节拱肋内倾9°夹角后焊接两片对应节段, 采用大吨位履带吊车整体吊装, 安放在拼拱支架上, 通过操作平台调整至设计位置。拱肋拼装时, 两端分节段对称进行逐节拼装, 直至中跨合拢。拱肋逐节安装过程中及时拼装拱肋间横向连接结构, 保持拱肋的结构稳定。

钢管及拱肋腹板内混凝土采取泵送施工。管内混凝土达到设计要求90%后, 适量降低调节装置高度, 使支架与拱肋钢管脱离, 从两端拱脚对称安装张拉吊杆, 再张拉系梁剩余预应力索。拆除系梁支架后, 检测并调整吊杆力至设计值。最后拱脚混凝土浇注二次混凝土, 钢管外表面涂装。

3 拱肋钢管安装施工技术

3.1 拼拱支架搭设

支架支撑于施工完成的系梁顶面, 采用Ф52.9cm钢管、Ф48.5mm钢管和[ 20槽钢为主材拼装支架。在系梁顶凿出焊接Ф52.9cm钢管的预埋钢板, 采用人工配合吊车安装Ф52.9cm钢管作为主要承压的压力柱, 压力柱与预埋钢板焊接牢固, 同一支架压力柱之间采用[20槽钢连接固定, 支架间采用Ф48.5mm钢管连接固定。

3.2 拱肋钢管的安装

3.2.1 拱肋钢管节段接长、运输

钢管拱肋在工厂内分节段进行加工制造, 钢管拱肋拟定单片拱肋分七节, 对称分布, 拱脚预埋段拱肋钢管长度10m, 其余节段依次长20m、18m, 中间合拢段长16m, 除去拱脚预埋段, 其余拱肋钢管按照安装顺序分别编为1～5号。

在线路西侧设立钢管拱肋加工场, 场地硬化处理后, 按设计要求接长钢管拱各节段, 调节拱肋内倾9°夹角后焊接两片对应节段, 经过预拼装矫正及检验合格后, 存放在加工场内。钢管拱肋存放及运输时应搁置于垫木上, 并稳定固定。

3.2.2 安装钢管拱肋

钢管拱肋采用拱脚预埋 (系梁两端) 和分段安装成拱的方法施工, 并要求在拱脚预埋段混凝土强度达到设计要求后进行拱肋安装作业。拱肋钢管安装顺序及吊车站位, 如图1所示。

拱脚预埋段混凝土强度达到设计要求后, 采用350t履带吊车安装1号拱肋钢管。拱肋钢管安装时吊车参数, 见表1。

吊车沿G310国道行驶至拱管加工场北侧待安装拱肋钢管附近, 跨通信线缓慢垂直吊起拱管, 提升绕过通信线后移至系梁西侧拱管待安装位置附近, 调整好角度, 逐渐下放拱肋, 使拱管顶端安放在支架上, 底端与拱肋预埋段连接, 测量拱肋中线及上接口端的坐标位置, 通过设置工作平台上的千斤顶, 调整拱肋标高, 达到设计安装精度后采用固定法兰盘锁定, 防止移动, 进行焊接时必须采用上、下、左、右同时对称进行, 以克服由于高温的影响及焊缝的收缩而造成拱肋轴线的改变。

固定外法兰视为钢管拱肋的瞬时合拢, 合拢后将拱肋钢管对接焊缝打磨平整, 围焊接头钢板予以加强。

第一段拱肋钢管与拱脚预埋钢管焊接后, 依次对称安装其余拱肋钢管。合拢段安装前进行实地测量, 根据测量结果确定合拢段的余量切割长度。合拢段长度的实地观测应根据当时的具体气温情况进行, 每小时观测两次, 观测时间不少于24h, 详细记录温度与合拢段长度变化量的数据, 绘制温度—变化量 (C—△L) 变化曲线, 按照设计合拢温度计算合拢段长度, 以确定最佳的合拢温度。在最佳的合拢温度下进行合拢段余量的划线切割。合拢段安装前, 将边段的待合拢端抬高15cm左右。待合拢段起吊、调整至设计高度后, 将边段合拢端同时缓慢下降, 以边段碰中段实现合拢。

4 拱肋钢管混凝土施工

两条拱肋安装成型并经检查验收合格后, 按照从拱顶向拱脚两侧对称同步的顺序, 调节平台上竖移千斤顶的压力降低支架高度, 使成型拱肋与支架脱离8～10cm。支架调节完毕, 尽快灌注拱肋钢管内的混凝土。

管内采用HBT85.16-162RS混凝土输送泵 (最大理论混凝土输送量98m3/h, 混凝土输送压力16 MPa) 压注C55无收缩混凝土, 对称顶升压注法施工。拱肋混凝土分三次进行压注, 即拱肋上管、拱肋下管、最后灌注拱腹板, 每道工序待上道工序混凝土强度达到设计强度的70%后进行。

拱脚混凝土为第一部分混凝土, 拱肋每次浇筑的混凝土分为两部分:泵送插管以下为第二部分;泵送插管以上为第三部分。第二部分混凝土自由落体进入拱肋内, 第三部分混凝土靠泵送压力至设计位置。插管与钢管采用焊接形式连接, 设在拱脚向上1m位置处, 拱肋上下管、拱肋腹腔的混凝土压注孔在拱肋法线方向上错开, 管道插入至拱肋中心位置处, 与拱肋钢管轴线约成30°角, 与拱肋的连接部位焊接牢固。

在灌注混凝土的前进方向上每隔30m设一个排气孔。当排气孔中的混凝土质量达到要求后, 混凝土的顶升暂停15min左右, 此时, 排气孔中混凝土有可能下沉, 再次启动混凝土输送泵顶升混凝土至排气孔顶再次溢出合格混凝土为止, 此时, 可进行泵送管道的拆除。在灌注孔位置处设1个混凝土截流阀, 混凝土泵送完关闭截流阀, 拆除泵送管后用木塞塞紧。截流阀制作时不仅要考虑混凝土灌注完毕后堵塞灌注孔, 同时要求截流阀对混凝土的顶升阻力不能太大。

5 吊杆安装及张拉

吊杆采用127根Φ7mm平行钢丝束吊杆, 锚具采用冷铸镦头, 吊杆上端锚于拱肋顶面, 下端锚固于系梁预留孔底面。在钢管拱肋内混凝土达到设计强度后, 拆除影响安装吊杆的Φ48.5mm钢管支架, 在剩余的支架上搭设临时工作平台, 人工配合吊车安装吊杆就位, 并张拉部分索力, 然后在系梁剩余预应力张拉结束后第二次调整吊杆至设计索力, 并用阻蚀密封膏填充吊杆预留孔道内及保护罩空隙。

6 施工质量控制措施

(1) 拼拱支架应在使用前进行检算, 具有足够的强度、刚度和稳定性。

(2) 拱肋施焊前, 焊工必须检查焊接部位的组装和表面清理质量, 对不符和要求者应在处理合格后方能施焊。在雨雪天气不得露天施焊, 构件焊区表面潮湿或有冰血时, 应在清除干净后施焊, 焊接环境最低温度应控制在规定范围。

(3) 安装过程中随时检查拱轴线位置, 一旦偏位, 立即利用揽风索和在接头处垫钢板进行调整。

(4) 钢管内混凝土采用泵送顶升压注施工, 由两拱脚至拱顶对称一次压注完成。压注前用清水清洗管内污物, 润湿管壁, 泵入适当的水泥浆后再压注混凝土。

(5) 钢管混凝土配合比设计时要注意水灰比、坍落度的设置, 应适当掺入减水剂、缓凝剂等增加其流动性和延缓初凝时间。

(6) 管内混凝土不能出现断缝、空洞, 不能与管壁分离;管内混凝土的配料强度应比设计强度高10%～15%。

7 结语

大跨度的钢管混凝土提篮系杆拱桥施工技术复杂, 施工前应制定周密的施工组织计划。拱肋钢管节段拼装把大量的现场拼装焊接工作在工厂完成, 有利于保证工程质量和施工速度。本文介绍了钢管拱的施工技术和质量控制措施, 可为同类桥梁施工提供借览。

摘要：结合现场提篮系杆拱桥工程实例, 着重阐述拱肋钢管安装、拱肋钢管混凝土灌注、吊杆安装及张拉等关键技术及质量控制措施。

系杆拱现浇系梁首件施工监理总结篇2

系杆拱支架、系梁施工首件工程监理总结

编制

审核

批准

北京中铁诚业工程建设监理有限责任公司

新建张呼铁路客运专线监理站

2015年6月

一、做好施工技术交底.............................................................3

二、严格监理、抓好地基处理工作.........................................4

三、支架施工严格把关.............................................................4

四、模板制安与拆除明确要求掌握时间.................................6

五、预应力管道及钢筋严格按设计要求控制.........................6

六、加强砼浇筑与养护管理工作.............................................7

七、预应力张拉压浆全过程旁站监理.....................................8

系杆拱现浇系梁首件工程监理工作总结

系杆拱桥是本标段也是全线唯一一座系杆拱桥采用先梁后工法施工，施工难度大、工期紧且跨越110国道安全风险大。施工前监理站高度重视，组织监理站及施工单位技术、工程、安质等部门及有关系杆拱施工技术管理人员进行图纸审核，对系杆拱施工方案及安全方案进行讨论、修改，经专家评审后最终确定施工及安全方案。在施工过程中在对重点工序、重点部位总监及副总监进行专项检查，多次组织项目部技术及管理人员召开专题会议，会议明确了施工质量及安全要求。遵循“严格监理，热情服务，秉公办事，一丝不苟”的监理方针，积极配合业主抓紧督促管理施工现场，理顺关系，尽力创造良好的施工环境，严格把好工程质量关，下面从系杆拱现浇支架及现浇系梁进行施工监理总结。

一、做好施工技术交底

在系杆拱施工前，监理根据设计规范要求，结合项目地基地质情况审查现浇系梁支架施工方案及安全方案，熟悉图纸，尽早发现问题，便于设计变更处理，同时为现浇系梁施工做好技术准备，按施工计划要求保证施工投入；要求项目部对各部门及施工作业层做好技术及安全交底，要求项目部按工序进行交底到班组，并抓好落实工作，一道工序完成后要针对施工中存在的问题进行总结，肯定成绩，指出不足，为下道工序和后续工程施工做好更充分的准备，使后续工程越干越

好，不断提高。同时严格控制原材料、专用材料的质量。严格控制碎石、砂、地材的质量，要从料源、加工方式、材料质量等环节综合考查，进料过程中要加强检验和验收工作，不合格材料一律不准进场。总监办中心试验室对地材的控制，认真做好抽检工作，确保地材质量；对钢绞线、钢筋、波纹管、锚夹具、支座等专用材料，按业主指定的厂家采购，进场后要根据有关规范和业主的要求进行检验。

二、严格监理、抓好地基处理工作

1、基础处理方案根据地质、水文地质情况合理确定，支架基础采用桩基加承台处理以满足对地基承载力要求。

2、桩基及承台施工，现场监理根据施工方案按正式工程验收把关保证支架基础质量。

3、合理确立基底标高。根据支架的结构形式，考虑排水及支架安装要求的前提下，合理确定地基面标高和坡度，合格后进行支架搭设。

三、支架施工严格把关

1、支架施工方案，按要求由具有资质的单位及相应资质的人员分别验算其强度、刚度及稳定性，并附支架的技术参数、支架布置图、计算说明书，最后由专家组进行评审论证的意见进行修改完善，履行审批程序后现场进行施工。

2、对进场的支护材料进行检查验收，钢管、钢板、支架、军用梁等锈蚀严重、壁厚不足、尺寸不符方案要求的禁止使用，垫木腐烂、宽度、厚度、长度不足等禁止使用，扣件、螺柱、杆件、顶托、底托

等必须符合要求。

3、严格按批准的方案布设支架，并挂线安装，确保支架纵、横向间距符合要求，在纵坡较大及超高较大处要加密斜向剪力撑和横向连接杆件，克服水平推力，加强支架整体稳定性。

4、根据系梁高度合理布置支架层数，顶、底托杆外露长度控制在30㎝。顶、底托与垫木，垫木与地基或模板的接触面保证平顺、紧密，禁止有悬空现象。对行车通道进行安全防护，通道两侧进行防撞设施防护。

5、预压前组织对支架进行专项验收，验收分三级进行。第一级：由承包人组织验收，项目经理及总工签字；第二级：承包人验收完毕后由承包人上级主管单位领导班子成员组织验收并签字；第三级：由总监办组织验收，邀请相关业主人员参加，以征得相关业主方面意见，总监或经总监授权的副总监或相关人员签字。

6、预压过程中，报请总监办测量工程师对预压观测进行检查，完成后，承包人整理预压观测资料，进行数据分析，确定预拱度设置方案，上报总监办。

7、预压卸载后，模板支立完成，绑扎钢筋前，报请总监办测量工程师全面复核平面位置、高程及模板情况。必须严格执行支架的三级验收制度，未经三级验收或验收不合格的，不能进入下道工序施工。

8、预压荷载不能小于箱梁自重加施工荷载、冲击荷载。在预压过程中收集数据、绘制变形曲线、分析沉降稳定情况，准确计算预拱度数值。

9、拆除的支架扣件等部件及时调直和整修，作好防锈处理并堆放整齐备用。首件系梁施工时间：支架、模板安装完成时间5月25日；5月26日开始预压到6月2日完成支架预压工作；模板调整、钢筋及预应管道安装8月8日完成；现浇系梁砼2015年8月9日开始到8月10日完成；8月17日完成第一批预应力束张拉。

四、模板制安与拆除明确要求掌握时间

1、根据相关要求，结构外露面采用大面积新制模板。

2、预留孔位置按设计设置在系梁零弯矩点，并有相应的质量保证措施。

3、严格控制底模标高，确保砼结构尺寸和线型美观，特别保证梁、及顶板边模的牢固和顺直、圆滑。

4、一般要求系梁钢筋加工成品后再上梁安装，确需现场焊接时，防止烧伤预应力管道及模板的有效措施，严禁有焊碴等烧坏预应力管道及模板的现象，及时并清理焊碴。

5、在施工过程中，明确拆模时间和拆模次序，特别明确砼张拉前的拆模地段，以避免因张拉中局部砼内应力过大而破坏砼结构。拆模后应认真检查砼表面是否有蜂窝麻面和裂缝，发现问题及时上报，严禁擅自装饰。

五、预应力管道及钢筋严格按设计要求控制

1、预应力管道安装严格按设计的坐标位置安装，采用井字形网片固定，按设计要求的间距安设特别是曲线段按设计要求进行加密固定，在钢筋与预应力管道相交处采取钢筋移位处理，如必须断开纲筋

需与设计联系确定处理方案。

2、钢筋安装采用高一强度等级砼垫块，垫块按照每1平方4个布置，确保砼保护层的厚度。垫块的支点要放在模板易凸起的纵向接触处。持力点安压住两块模板，通过钢筋的重量，控制模板的翘曲和变形。注意禁止将持力点放在一块模板上或未放到底楞方木上，防止造成模板错台和变形。

3、钢筋焊接时采取保护措施防止焊渣烧伤预应力管道及模板。要求焊接前先将模板湿润，然后焊点底铺防火材料或湿布等，要在焊渣散落范围内满铺。现场监严格管理，加强巡视工地，杜绝违规施工。

4、严格控制顶板钢筋标高，保证顶板砼保护层厚度，避免钢筋顶面标高偏低，造成砼保护层过厚，开裂现象的发生。

5、系梁底及顶板钢筋加设足够的支撑钢筋，以保证作业人员行走双层钢筋网片不产生塌陷。

六、加强砼浇筑与养护管理工作

1、砼浇注前监理认真检查预应力管道、钢束和钢筋安装数量、质量；检查钢筋保护层垫块是否满足设计要求；复测模板的中心偏位和标高，并标注好砼顶面标高控制点；合理设置预拱度；检查模板的清洗质量；仔细检查支架和地基的稳定情况；检查和计算水泥、砂石的存料数量；检查供电系统是否正常；砼拌和、运输、振捣设备是否运转良好，备用设备是否满足要求；施工班组与人员能否满足作业要求。

2、严格控制原材料的质量，砼拌和要按设计配合比拌和，保证

拌和时间和拌和质量，使砼的质量达到要求。

3、砼的浇筑宜采用汽车泵，浇筑时注意防止钢筋污染。

4、砼浇筑前对模板进行彻底的清洗。可先用清水清洗，将杂物冲出水通道排水。

5、砼浇筑完成后，达到一定强度后要及时清理顶部预埋件和钢筋污染物。

6、严格控制系梁砼顶面提浆和平整度，选择适当的时机进行收面，为防止顶面开裂，必须采用两次收面。

7、砼浇筑现场要制作同条件养护试件，合理确立张拉时间。

8、砼浇筑过程中，要做好监理做好测量工作，认真观察支架变形、地基沉降情况，发生异常立即采取应急措施，防止事故的发生。

9、因现浇系梁属高空作业，采取措施确保施工安全。

10、浇筑系梁砼时，严格按浇筑方案顺序进行，注意振捣密实且避免波纹管的损坏及移动。

11、砼的养生必须采用遮盖养生，采用保湿性好、无污染的材料进行遮盖。

12、砼浇筑完成后，初凝后人员尽量少上桥面，以免对砼产生振动，出现裂缝。

七、预应力张拉压浆全过程旁站监理

1、监理认真检查张拉机具设备与锚具配套，在进场时按规范要求进行检查与校验。

2、张拉的砼强度与张拉顺序满足设计规范要求，认真检查预应

力管道是否阻塞，每根钢束是否伸缩自如，确保施工质量。

3、方案中认真计算理论伸长值，张拉前在现场标注清楚，张拉实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%以内，否则应暂停张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。张拉采用张拉力与伸长值双控。

4、预应力张拉与注浆前现场监理全过程旁站，并建立施工台帐，现场监理均需认真记录，杜绝漏张漏压出现。系梁预应力第一批钢束张拉2015年8月18号完成，张拉顺序严格按设计操作，张拉力、伸长量等匀满足设计及规范要求。监理做到全过程现场旁站，及时纠正施工中的不规范的施工行为。

系杆拱连续梁桥荷载横向分布研究篇3

关键词：系杆拱连续梁桥,空间有限元法,杠杆法,荷载横向分布

0 引言

系杆拱连续梁桥由于其具有拱桥的跨越能力大和梁桥对地基适应强两大优点, 近年来在我国桥梁建设中得到了广泛应用[1]。对于双片拱肋或者多片拱肋的系杆拱桥等空间结构, 应采用空间计算。但空间计算中活载要考虑用空间影响面, 这样计算量将非常大。为了简化分析, 一般用平面结构来处理分析, 活载在各片拱中的分配用横向分布系数来反映。

目前系杆拱桥荷载横向分布求法的研究成果尚不充分。李国豪[2,3]于1978年提出电算方法对拱桥横向分布进行了理论计算, 大大减小了计算量。胡肇滋于1980年改善了参数α的计算[4], 完善了不考虑扭转约束的弹性支承连续梁法求横向分布, 并于1981年提出考虑扭转约束的弹性支承连续梁法理论, 使横向分布数值更接近实际值[5]。娄延会[6]于1999年, 采用不考虑扭转约束的弹性支承连续梁法和考虑扭转约束的空间支反力法对三拱肋系杆拱桥横向分布进行研究, 研究发现前者求得的横向分布系数普遍偏小, 边拱肋处差值较小, 中拱肋处差值较大, 且得出系杆拱横向分布沿纵向变化与简支梁有着类似的规律。

为了进一步研究系杆拱连续梁桥空间结构荷载横向分布系数的影响规律, 本文以齐齐哈尔北大桥为研究背景, 采用空间有限元模型研究虚拟横、纵梁间距对荷载横向分布的影响;采用考虑扭转约束的空间支反力法计算荷载横向分布系数, 即直接在空间结构上作用单位力, 先求出各横梁的支反力影响线, 再求出荷载横向分布系数;将空间有限元法计算的荷载横向分布系数、空间支反力法计算荷载横向分布系数与杠杆法计算值进行了比较, 探讨简化计算方法的有效性。

1 工程简介

北大桥坐落于黑龙江省齐齐哈尔新江路东端, 横跨劳动湖两岸, 主桥全长147.76 m, 上部结构采用40 m+60 m+40 m三跨连续预应力钢筋混凝土系杆拱, 双拱肋, 为刚性系杆刚性拱。系杆与拱肋端部刚性连接, 拱轴线为二次抛物线, 拱肋采用等截面工字形截面, 系杆采用箱形截面, 中跨拱设吊杆13根, 边跨拱设吊杆8根, 吊杆采用竖直吊杆。桥面双向1.5%横坡, 通过横梁高度的变化调整。行车道板为28 cm厚钢筋混凝土板, 在横梁挑臂上设置人行道, 人行道1%横坡通过横梁高度调整。桥面布置:3.0 m (人行道) +0.25 m (护栏) +1.4 m (系杆) +0.5 m (护栏) +11.75 m (行车道) +0.5 m (护栏) +11.75 m (行车道) +0.5 m (护栏) +1.4 m (系杆) +0.25 m (护栏) +3.0 m (人行道) , 全宽34.3 m;横梁、吊杆与系杆固接。设计荷载为:城市—A级。北大桥桥梁上部总体布置见图1。

2 横向分布研究

2.1 空间有限元法横向分布研究

2.1.1 空间有限元法模型的建立

本文采用Midas Civil 2012软件建立该桥空间模型。拱肋、系杆、横梁均采用空间梁单元模拟, 吊杆采用桁架单元模拟, 虚拟横梁和虚拟纵梁均采用容重为0的梁单元模拟, 系杆、横梁与吊杆固接处共用节点。为了研究虚拟横梁和虚拟纵梁间距对系杆拱连续梁桥横向分布的影响规律, 分别采用了不同的虚拟横梁和虚拟纵梁间距。为叙述方便, 假设实际横梁间距为a, 具体做法为:

在虚拟纵梁间距采用实际纵梁间距时, 虚拟横梁间距a'依次取a, 0.5a, 0.25a, 0.125a;在虚拟横梁间距为实际横梁间距时, 虚拟纵梁间距b依次取1.0a, 1.5a, 2.0a, 2.5a。

通过变虚拟横、纵梁间距共建立8个空间模型, 典型的1/4桥梁空间模型见图2。

2.1.2 荷载横向分布系数求法

本桥为双肋拱梁桥, 由于结构对称, 在左拱肋侧第i根吊杆、系杆、横梁的节点处施加竖向作用力1 k N, 得出左拱肋侧相应作用点处挠度δi1, 在右拱肋侧第i根吊杆、系杆、横梁的节点处施加竖向作用力1 k N, 得出左拱肋相应作用点处挠度δi2, 则荷载横向分布影响线竖标值公式[7]为:

左拱肋第i根横梁与系杆的荷载横向分布影响线为ηi1与ηi2点之间的连线。在荷载横向分布影响线上, 进行最不利布载, 并考虑多车道折减, 求得不同车道布载作用下汽车荷载的横向分布系数。经计算比较, 在6车道偏载时荷载横向分布系数最大, 故以下的荷载横向分布系数均为6车道布载作用下的荷载横向分布系数。

2.1.3 虚拟横梁间距对横向分布系数的影响规律

在虚拟纵梁间距不变时, 虚拟横梁间距a'依次取a'=a, a'=0.5a, a'=0.25a, a'=0.125a, 横向分布系数随虚拟横梁间距的变化规律见图3。

图3数据表明:在虚拟纵梁间距不变时, 随虚拟横梁间距的增大, 荷载横向分布系数减小, 但对于双肋拱而言, 影响不大, 横向分布系数最大差异仅为0.28%。

2.1.4 虚拟纵梁间距对横向分布系数的影响规律

在虚拟横梁间距不变时, 虚拟纵梁间距b依次取b=a, b=1.5a, b=2.0a, b=2.5a, 横向分布系数随虚拟纵梁间距的变化规律见图4。

图4数据表明:在虚拟横梁间距不变时, 汽车荷载横向分布系数随着虚拟纵梁间的增大有减小的趋势, 最大相对差异值为0.2%, 且最大差异在支点附近, 跨中附近几乎无差异。

2.2 荷载横向分布系数的比较分析

本文采用杠杆法及空间支反力法[6]分别对该桥的荷载横向分布系数进行了计算。采用空间支反力法计算荷载横向分布系数时, 直接在空间结构上作用单位力。先求出各横梁的支反力影响线, 再求出荷载横向分布系数, 在模型中考虑了横梁扭转刚度的影响。杠杆法计算的荷载横向分布系数为1.782, 各算法的荷载横向分布系数见表1和图5。

表1和图5数据表明:杠杆法、空间支反力法及空间有限元法计算的桥跨各断面的荷载横向分布系数十分接近, 杠杆法与空间支反力法、空间有限元法的相对最大误差分别为1.17%, 0.34%。

3 结语

通过本文研究得出以下结论:

1) 在虚拟纵梁间距不变时, 随虚拟横梁间距的增大, 荷载横向分布系数随之减小, 但对于双肋拱而言, 影响不大, 横向分布系数最大差异仅为0.28%。

2) 在虚拟横梁间距不变时, 汽车荷载横向分布系数随着虚拟纵梁间距的增大有减小的趋势, 最大相对差异值为0.2%, 且最大差异在支点附近, 跨中附近几乎无差异。

3) 对于双肋的系杆拱连续梁桥, 在进行空间分析时, 虚拟纵、横梁的间距对系杆与拱肋的荷载横向分布系数无明显影响, 可不考虑。

4) 杠杆法、空间支反力法及空间有限元法计算的桥跨各断面的荷载横向分布系数十分接近, 杠杆法与空间支反力法、空间有限元法的相对最大误差分别为1.17%, 0.34%。对双肋的系杆拱连续梁而言, 采用杠杆法计算其荷载横向分布系数具有足够的精度。

参考文献

[1]柴增铧, 曹永睿.三拱肋下承式系杆拱桥力学特点分析[J].公路交通技术, 2013 (3) :50-52.

[2]李国豪.拱桥荷载横向分布的理论分析[J].同济大学学报 (自然科学版) , 1978 (1) :3-30.

[3]李国豪.拱桥荷载横向分布实用计算[J].同济大学学报, 1984 (3) :1-21.

[4]胡肇滋.用弹性连续梁法求桥跨结构横向分布系数之研究Ⅰ[J].东北林业大学学报, 1980 (4) :51-64.

[5]胡肇滋.用弹性支承连续梁法求桥跨结构横向分布系数之研究Ⅱ[J].东北林业大学学报, 1981 (1) :89-99.

[6]娄廷会, 易建国, 周宗泽.三片拱肋系杆拱桥活载横向分布计算的探讨[J].上海公路, 1999 (S1) :112-114.

112m系杆拱拱肋安装施工技术篇4

淮北至萧县北客车联络线在DK8+330.8处跨越连霍高速公路 (高速公路里程K259+370) , 高速公路与线路夹角为118°, 既有路面宽度为36m, 采用112m钢管混凝土系杆拱桥跨越连霍高速公路, 系杆拱桥梁全长116m, 计算跨长112m, 拱肋平面内矢高22.4m, 拱肋采用悬链线线型。1~112m系杆拱桥位于连霍高速特大桥27#墩和28#墩间。

系梁按整体箱形布置, 采用单箱三室预应力混凝土箱形截面, 桥面宽17.4m, 梁高2.5m, 底板厚度为30cm, 顶板厚度为30cm, 边腹板厚度为35cm, 中腹板厚度为35cm。底板在3.0m范围内上抬0.5m以减少风阻力。吊点处设横梁, 横梁厚度0.4~0.6m。系梁纵向设72束12-7准5预应力筋, 横向在底板上设3-7准5、4-7准5的横向预应力筋, 横隔板上设4束9-7准5预应力筋。

梁体拱肋横截面采用哑铃形钢管混凝土截面, 每根拱肋的两钢管之间采用腹板连接。拱肋在横桥向内倾9°, 形成提篮式。吊杆采用尼尔森体系, 间距8m, 两交叉吊杆之间的横向中心距为0.34m, 吊杆内设磁通量传感器, 对施工过程中及后期吊杆应力进行长期监测。拱肋之间共设五道横撑, 拱顶处设置X型撑, 拱顶至两拱脚处设4道K型撑。

2 拱肋吊装施工技术

112m系杆拱施工主要工序有:支架法系梁施工、部分系梁预应力张拉、系梁上安装支架吊装拱肋、泵送拱肋内微膨胀混凝土、吊杆安装张拉、张拉剩余系梁预应力索、检测调整吊杆拉力、拱肋涂装、梁面支架及梁下支架拆除。由于此桥梁跨度大, 并且上跨的连霍高速公路车流量大安全风险高, 拱肋吊装焊接为本项目施工的关键技术, 如何选用合理的工装设备、采取合理的吊装方式为本篇文章共同研究的重点。

2.1 汽车吊、运梁小车上主梁桥面

系梁混凝土施工完达到设计强度后, 采用250t的大吊车将80t的汽车吊吊上系梁桥面, 80t汽车吊重约60t, 根据250t汽车吊的吊机参数, 在吊装半径12m时, 起升高度28m时, 可吊重66t, 满足吊装要求。吊装时250t吊车计划停在27墩边的沥青路面上, 将80t吊车和运梁小车分别吊至靠27墩侧的桥梁面 (由于运梁小车重量小于80t吊车重量, 吊装上桥不再阐述) 。

2.2 梁面钢管支架安装

由于系梁施工时已经预埋拱脚拱肋, 剩余拱肋分为11个吊装阶段, 在每两个节段焊缝位置的投影下方搭设安装钢管柱支架。支架采用准600×8钢管, 及40a工字钢作为分配梁、横向支撑。钢管采取4根一组方式, 每组为3m×3m, 钢管之间采用L100×10角钢做横撑。根据拱肋吊杆位置和横斜撑位置将整个拱肋节段划分为12m+9m+9m+11m+13m+4m+13m+11m+9m+9m+12m共11个节段。节段的吊装从拱脚到拱顶依次进行对称安装, 如图3。

(1) 系梁混凝土施工时预埋的钢管柱底座钢板厚度为20mm, 并且底座钢板与系梁内的钢筋焊接成整体。

(2) 每组支架所用材料均从27墩沥青路面处利用桥面上80t汽车吊吊装上桥面, 然后再利用桥上运梁小车倒运至指定地点存放, 钢管柱上桥后再利用80t汽车吊进行支架安装。

(3) 钢管柱采用吊车吊装就位, 利用垂球确定钢管柱垂直后与系梁面上的预埋钢板满焊, 并在四周设置4块2cm厚加劲钢板, 加劲钢板与预埋钢板和钢管柱之间均采取满焊。

(4) 安装支架顶部分横向连接系, 所有焊缝要求焊高14mm, 为了确保钢管柱支架的整体稳定性, 相邻立柱之间拉缆风绳, 缆风绳采用直径20mm的钢丝绳。

(5) 安装立柱顶部鞍座, 鞍座的安装利用全站仪配合, 按照安装线型布置, 鞍座与钢管接触面放置厚度10mm的橡胶皮以保护拱肋节段。

2.3 拱肋节段安装

验收合格后的拱肋节段从厂家出发通过汽车运输至安装现场, 在27#墩位置采用桥面上80t的汽车吊直接吊装上主梁, 27墩主梁顶面离地面约为16m。

根据80t汽车吊的参数性能表, 汽车吊在主臂伸长24m, 吊装半径在9.5t时, 可吊重17.8t, 满足拱肋节段重量要求, 在该位置可将拱肋节段吊至主梁桥面。拱肋节段在主梁上利用运梁小车、吊车进行倒运至梁面指定地点。

拱肋拱脚节段在施工系梁混凝土前必须进行了预埋, 拱肋拱脚分段长7.5m, 重量为8.5t, 拱脚运输至27#墩、28#墩现场后, 直接采用70t的汽车吊在地面进行直接吊装即可。

2.3.1 拱肋第一节段安装

拱肋第一节段长约12.5m, 高3.2m, 宽1.2m, 重约为14t, 采用汽车运输至安装现场后, 在主墩27#墩后侧通过主梁上80t汽车吊将拱肋第一节段吊至主梁上, 拱肋节段在主梁的侧面, 已不影响吊车和运梁小车通行即可。然后汽车吊进行挪位, 将拱肋节段吊至运梁小车上。

使用卷扬机将拱肋节段移至安装位置, 拱肋第一节段首先安装28墩位置的拱肋节段, 拱肋节段吊装时, 汽车吊及拱肋位置如图4所示, 在吊装拱肋第一节段时, 汽车吊的主臂长24m, 吊装半径9.5m, 可吊重17.8t, 满足吊装要求, 吊装完成后, 使用全站仪测量第一节段管口的三维坐标, 坐标满足设计图纸要求后, 将拱肋进行固定, 在吊装其余拱肋第一节段, 吊装完成28墩侧拱肋第一节段后, 开始吊装27#墩拱肋第一节段。

28#墩拱肋第一节段吊装完成后, 再吊装27#墩位置第一节段, 27#墩位置拱肋第一节段吊装方法与28#墩相同, 对称进行。吊装完成后, 使用全站仪测量第一节段管口的三维坐标, 坐标满足设计图纸要求后, 将拱肋进行固定, 再吊装拱肋第二节段。

2.3.2 拱肋第二节段安装

拱肋第二节段长约10m, 高约为3.2m, 宽为1.2m, 重约为11t, 拱肋第二节段的吊装基本与拱肋第一节段相同, 拱肋节段上桥面、汽车吊的吊装站位与第一节段基本相同, 吊装时首先吊装28#墩拱肋第二节段, 再吊装27#墩拱肋第二节段, 依次完成拱肋吊装。

2.3.3 拱肋第三、四节段安装

拱肋第三、第四节段的吊装方法基本与拱肋第一、第二节段相同。

2.3.4 拱肋第五节段安装

拱肋第四节段安装完成后, 开始安装拱肋第五节段, 拱肋第五节段由于重量最重, 约为17t, 长约为13.5m, 吊高约为22m, 拱肋第五节段吊装至主梁桥面与第一节段相同, 将拱肋第五节段吊至运梁平车上, 移动至安装位置。

通过拱肋第五节段的辅助吊耳, 将拱肋吊至安装状态摆放至桥面上, 再将汽车吊前移, 使用吊装吊耳进行拱肋第五节段的安装。

第五节段的吊高约为22m, 吊装半径8.3m, 80t汽车吊在主臂长30m, 吊装半径8.3m时, 可吊重18t, 满足吊装要求。

吊装完成18#墩侧第五节段后, 再使用相同的方法吊装17#墩侧第五节段, 吊装完成后, 使用全站仪测量三维坐标, 测量数据满足要求后, 进行固定。

2.3.5 拱肋合龙段安装

合龙段设置长度为4m长管节, 厂里制造时在理论长度的基础上加长200mm, 根据合龙时的温度状况下测量合拢段的长度, 根据实际测量的合龙段长度

厂内配切合龙段的余量, 合龙时的温度选择在15±3℃ (15℃为当地年平均气温) 之间进行合龙, 合龙完后尽快将合龙段进行焊接锁定。

拱肋节段安装时, 由拱脚到拱顶对称安装, 拱肋节段间的焊缝采用C02气体保护焊, 焊接时必须采用上下左右对称施焊, 由于安装现场位置地跨连霍高速, 安装时车辆通行较多, 为了保护焊接不对通行车辆造成影响, 相邻节段的焊缝位置搭建施工平台, 平台下采用钢板进行保护, 以免焊接时焊渣掉落。

2.3.6 横撑安装

南北侧拱肋合龙后, 由跨中向桥端依次安装拱顶横撑、2#横撑、1#横撑。横撑安装时先安装横撑杆, 再安装斜撑杆。预先测量横撑杆接口间距, 然后在地面配切合格后吊装, 为方便横撑杆对位采取在横撑杆顶上焊接5个马板。

2.3.7 节段焊接工艺

一个拱肋节段安装完成后, 通过全站仪调整拱肋中心线的空间坐标, 进行节段间环向焊缝的焊接, 焊接采用底面贴陶瓷衬垫的单面焊双面成型技术, 节段定位后粘贴陶瓷衬垫;拱肋节段焊接完成后清除内侧陶瓷衬垫;合龙段由于无法粘贴衬垫, 采取背面贴钢衬垫单面焊双面成型焊接工艺。焊接采用CO2气体保护焊, 药芯焊丝焊接。

2.4 拱肋线型控制及成桥检验

厂内试拼线型影响成桥线型, 厂内制造采取整体地样拼装方式进行。根据安装悬链线以及预拱度, 加上制造拱度划地样线。

现场安装全站仪布设于两岸高处, 桥梁内侧, 利用已有控制点作为基准点。对结构安装线型标高进行精调。桥梁合龙时应消除温度的影响, 选择合龙温度应控制在15±3℃, 且应尽量选择阴天进行合龙。

2.5 吊装现场安全防护

由于安装现场位置地跨连霍高速, 安装时高速路上车辆通行较多, 为了保证拱肋吊装、钢管支架安装及焊接时不对通行车辆造成影响, 对施工现场需进行有效安全防护。

3 结束语

钢结构系杆拱桥梁施工方法研究篇5

1 钢结构系杆拱桥梁概述

1) 系杆拱桥的概念与形式。系杆拱桥是拱桥的一种特殊形式, 因其对传统拱桥结构进行改造, 增加了内部的超静定结构, 使其具有了比传统拱桥更优良的性能。系杆拱桥因为内部拥有拱的支撑, 也有梁的支撑, 将两种结构同时构建于自身内部, 载荷也因此得到了拱和梁的共同承担, 因而拥有了拱和梁的共性优势。因为梁主要用来承受弯曲, 而拱主要用来承受压力, 此般组合成功的地提升了传统拱桥对弯曲和压力的抗性。同时, 由于系杆拱桥内部设有拉杆, 因而水平的作用力也得到了很好的承受。除此之外, 梁内部的斜杆代替了传统梁内部的直杆, 构成了尼尔森体系。系杆拱桥对墩台结构不均匀时的沉降现象也有很好的抵抗力, 因其桥内的超静定结构, 和桥外的静定结构得到了很好的搭配, 相得益彰。2) 钢结构系杆拱桥梁施工的内容。系杆拱桥因自身特殊的结构特性, 在施工时具有独特的施工步骤和注意事项。特别是因其下部桥梁需要进行水中钻孔才能灌注, 而上部桥梁的钢结构都需要仔细处理。钢结构系杆拱桥梁的施工内容按顺序分为以下步骤。a.进行施工前的准备工作, 如清孔、钻架的定位、标高、检测尺寸等。b.将基础施工扩大, 如放样、对墩身施工、安装模具、捆绑钢筋。c.安装系梁, 抽水, 浇筑。d.处理地基, 安装板梁, 拆除支架。e.绑扎钢筋, 安装波纹管、泄水管、护栏。f.吊桥梁板、桥面养护、基坑整形。g.处理基坑, 开挖机器塑造, 为底板浇筑混凝土 (混凝土不添加强塑剂与微膨胀水泥, 才能振动压实。) 、浇注30厘米地板涵洞, 安装垂直模具, 其余部分回填。

2 钢结构系杆拱桥梁具体施工方法概述

2.1 钢结构系杆拱桥梁上部结构施工

进行钢结构系杆拱桥梁上部结构施工, 首先要做好施工前的准备工作。检查工厂提供的材料是否符合使用标准。认真阅读图纸, 将施工工序和各位施工人员分配清楚。准备就绪后, 开始支架的安装工作, 搭建施工平台并进行预压 (使用与系杆等重的载荷) , 拼装钢结构, 保证焊接质量。对损坏的图层合理补充, 进行系杆拱安装, 对准中心线, 进行浇筑。检查进场构件, 在现场将其拼接, 进行边孔的安装。将板面与桥桩焊接, 保证焊接质量, 此时, 前期临时安装的部架已经可以拆除。这些工序结束后, 可以进行所有部件的涂装和整体的涂装。最后, 进行后期的质量检查。

2.2 钢结构系杆拱桥梁下部结构施工

钢结构系杆拱桥梁下部结构施工的关键是处理好桩基、系梁和立柱的安装。桩基方面, 首先需要设置一个平整的平台, 进行纵向灌注。按图纸制作护筒并进行埋设, 设置筒口到水位的高度差。校准钻机钻头的位置, 制作泥浆。清孔、安装钢筋骨架。最后, 对桩进行质检。

系梁方面, 首相应制作底模, 安装钢筋, 确定其没有发生局部弯折。然后安装侧模板, 检查各部件合格后, 进行浇筑。在立柱方面, 主要要考虑到钢筋、模板和浇筑方面。放样时的立柱定位需要严格的控制, 防止位置便宜导致桥梁安全隐患。模板在安装前首先要进行加工, 而后进行固定。最后进行砼浇筑, 浇筑前要做到清理好杂物。

2.3 钢结构系杆拱桥梁施工注意事项总结

钢结构系杆拱桥梁施工注意事项可以总结为以下几点:a.桩基设计是需要选择良好的测线, 考虑地理位置及地质条件, 施工过程中要注意安全。b.在进行安装之前, 不要忘记涂脱模剂, 压实地面防止其凹凸不平, 要严格按照安装说明书和图纸操作。c.检车配件是否牢固, 避免拼缝卡在同一水平线上。d.防止孔口直接接触外界。e.进行钻孔和桩施工作时要考虑到, 在泥浆池的四周设立围栏, 提高警示作用, 施工结束后需要及时进行处理, 注意施工用电安全。f.进行挖孔工作的工作人员需要考虑到, 用电时要注意安全, 仪器漏电会产生巨大的人员伤亡事故, 必须严格检查。g.严禁使用卷扬机上下。h.一旦需要进行孔底部的爆破环节, 首先要保证工作人员的生命安全, 炸药要有专业人士谨慎操作, 要检查是否有合适的供电环境, 方式漏电、停电的现象发生。

3 钢结构系杆拱桥梁质检的重要性

1) 钢结构系杆拱桥梁施工中的质检内容。因施工任务比较庞杂, 在实施的过程中难免会出现遗漏和差错, 一旦未经及时的发现并补救, 可能造成人身和财产安全的巨大损失。因此, 桥梁的质检工作是施工任务中至关重要的一部分, 需要提高重视。在施工中的质检内容主要包括以下几个方面。a.前期的质量控制工作, 包括垫层、钢筋、磨具、混凝土的安装和浇筑工作。b.根据图纸和下料单, 检查各部分的连接方式、位置安排。c.检查各部分材料的厚度和连接质量、焊接质量。d.检查螺纹的松动情况, 按照配合要求检查连接方式。e.检查模板安装的刚度要求, 缝隙和标高是否有误。f.检查各部分零件是否存在裂缝、油污或锈蚀的现象, 检查牙形是否饱满光滑。需要注意的是, 因高结构系杆拱桥梁的施工过程尤为复杂, 质量检查关系着钢结构系杆拱桥梁的施工效果和质量, 需要将质量监督检查落实到施工的每一个细节, 保证质检的效率和覆盖范围。2) 进行钢结构系杆拱桥梁施工方法研究的意义。进行钢结构系杆拱桥梁施工方法研究, 有利于技术人员从理论的角度深层次了解钢结构系杆拱桥的结构特性, 施工工序步骤, 从而发现施工中的问题, 对钢结构系杆拱桥的施工程序进行优化, 得到更有效的施工方案。有利于质量检测监督人员, 发现施工过程中的漏洞, 对不合理的施工步骤进行修改, 提高钢结构系杆拱桥梁的安全性, 保障施工人员和使用公民的生命财产安全。桥梁工程是我国交通运输业, 物流业的支撑产业, 而钢结构系杆拱桥是结构优化、性能优良的拱桥, 进行钢结构系杆拱桥的施工方法研究, 有助于我国桥梁工程向着结构优化、性能良好的方向发展。3) 钢结构系杆拱桥梁质检的重要性。质检是工程项目中的关键步骤, 关系着整个工程的成败问题。钢结构系杆拱桥的施工任务比较庞杂, 在实施的过程中难免会出现遗漏和差错, 一旦未经及时的发现并补救, 可能造成人身和财产安全的巨大损失。因此, 桥梁的质检工作是施工任务中至关重要的一部分, 需要提高重视。在质量 (下转第167页) 检查的前期准备期间, 需要对全体工程人员进行宣传教育和标准培训, 做好考核与评估的草案, 为质检打下良好基础。不仅要加强管理人员对整个工程的检查力度, 也应该提高自我监督、自我检查的意识, 同时鼓励工人们相互检查, 并对重要的环节着重检查。对于进料需要严格把关, 避免残次品的流入, 一旦有残次品流入, 要及时查清事故原因, 弄清进货渠道, 落实补救工作, 将损失降为最小。对质检的时间也要做到合理的规划。最后, 在工程结束后, 要总结质检的过程, 对本次质检结果进行评估, 并对上级部门做出反馈, 对未来的工作提出改进意见, 争取取得质检工作的进一步优化。

综上所述, 由于工程量巨大, 工序复杂, 历时漫长, 因此可能出现差错的情况十分多, 需要管理人员的前期合理规划, 需要监督工作人员的细致检查, 也需要全体工作人员的大力支持。做好质检工作将大大减少资金的浪费, 保证工程质量, 也有利于树立良好的企业形象。

4 结论

桥梁工程一直是我国城市建设、交通规划的重点工程, 而高结构系杆拱桥的美观性、可靠性深受工程开发公司的喜爱, 对钢结构系杆拱桥的研究也得到了桥梁建筑工程界学者们的青睐。但是, 其施工的复杂性也提高了工程开发的难度。进行钢结构系杆拱桥梁施工方法研究, 有利于质量检测监督人员, 发现施工过程中的漏洞, 对不合理的施工步骤进行修改, 提高钢结构系杆拱桥梁的安全性, 保障施工人员和使用公民的生命财产安全, 有助于我国桥梁工程向着结构优化、性能良好的方向发展。本文认为, 通过介绍系杆拱桥的概念与形式和钢结构系杆拱桥梁施工的内容, 总结钢结构系杆拱桥梁施工注意事项, 探讨进行钢结构系杆拱桥梁施工方法研究的意义, 有助于我国钢结构系杆共桥梁的建设取得进一步突破。

参考文献

[1]倪顺龙.中承式钢管混凝土系杆拱桥——京杭运河特大桥设计与施工.人民交通出版社, 2006.

三跨下承式系杆拱连续梁的内力分析篇6

1 工程概况

拟建桥梁为三跨连续下承式混凝土系杆拱桥, 位于齐齐哈尔市新江路东端, 横跨劳动湖两岸。该桥上部为40 m+60 m+40 m的三跨连续下承式拱梁组合结构, 如图1所示。桥梁全长147.76 m, 宽为34.3 m, 跨径布置为 (40+60+40) m, 为刚性系杆刚性拱, 拱轴线按照二次抛物线进行设置。在横桥向为附有双悬臂的横梁和系杆连接, 再与吊杆及拱肋组成框架结构。

主桥支座采用GPZ (2009) 型盆式橡胶支座, 在主桥桥墩处, 共设置12处盆式橡胶支座 (如图2所示) , 桥梁3号桥台处设置HZF-120型伸缩缝。本桥按照公路—Ⅰ级荷载进行验算。

2 施工阶段内容

本系杆拱连续梁采用满堂支架法进行施工, 纵向预应力筋分四批依次张拉。吊杆按施工顺序分三批张拉, 桥面铺装后将吊杆张拉至最终设计值[3]。为充分了解该系杆拱连续梁在多种荷载作用下的受力性能, 需要采用通用计算程序Midas/Civil建立结构的整体模型, 来考虑结构的空间特性进行受力分析。按照设计图纸对该桥结构进行施工阶段模拟, 共包括24个施工阶段。

主要施工流程如下:

现浇横梁、系杆→张拉横梁与系杆第一批预应力→现浇中拱拱段, 安装中孔吊杆并按顺序第一次张拉→张拉系杆第二批预应力→现浇边拱拱段, 安装边孔吊杆并按顺序第一次张拉→张拉第三批系杆预应力并注浆→现浇桥面板, 按顺序第二次张拉吊杆→张拉横梁第二批和系杆最后一批预应力并压浆→现浇横梁悬臂段, 张拉横梁最后一批预应力→桥面铺装→按顺序张拉所有吊杆至设计值→成桥状态。

3 建立有限元模型

该桥整体横向对称, 桥梁上部结构采用空间有限元程序Midas/Civil进行验算, 按照设计图进行结构离散。为了便于程序分析计算, 划分单元时应使节点号的分布合理化[4]。

3.1 单元划分

由于拱脚结合处受力复杂, 节点划分较密集;跨中段系杆节点的划分较均匀, 拱肋则根据吊杆位置进行划分。吊索采用桁架单元, 一根吊索划分2个节点1个单元。在横梁之间设置行车道板, 为使本桥在顺桥向受力连续, 建模时设置虚拟纵梁模拟实际受力平衡。恒活载通过系杆经吊杆传递给拱肋, 拱肋竖向力由桥墩或桥台承担, 水平推力由系杆内的预应力钢束承担。该桥上部结构整体离散图如图3所示。

3.2 边界条件

1) 成桥阶段拱脚处承受很大的负弯矩, 为使拱脚处的受力状态与实际状态接近, 拱脚处采用梁单元, 并增大拱脚材料弹性模量来建立刚臂。

2) 满堂支架法施工过程中, 要考虑支架沉降变形的影响因素。由于施工前无法确定支架刚度和地基对结构的影响, 故建模时忽略支架变形对结构的影响, 支架及地基的变形可由支架预压确定。

3) 施工顺序和工期、环境湿度及温度对混凝土材料强度发展及收缩徐变有很大影响, 因此模型中定义这些变量时应与实际施工状态接近。

考虑局部温度对结构的影响时, 必须考虑系杆和拱肋的局部温差。

4 施工阶段受力分析

本桥为三跨连拱结构, 受力复杂, 建立模型后, 对所有阶段进行受力分析[5]。受篇幅限制, 本文只列出几个主要施工阶段的受力状况, 其他施工阶段不在此赘述。

4.1 静力计算分析

CS2:支架分段现浇系杆及横梁中间段、拱脚段。此时系杆及横梁中间段相当于多跨连续梁, 梁的两端点处弯矩为0 k N·m, 中间各弹性支撑点处均为负弯矩。

CS15:拆除系杆、横梁及桥面板下的支架。

图4, 图5为在结构自重及吊杆张拉力作用下的弯矩图。支架拆除前, 系杆及横梁的重量主要由支架承担, 因此系杆及横梁上的弯矩很小。此时拱肋在自重及吊杆拉力作用下, 在拱脚处产生较大的负弯矩。支架拆除后, 结构内力重新分配, 此时系杆的受力状态与连续梁相似, 在拱脚处产生很大的负弯矩。系杆及横梁的重量通过吊杆传递给拱肋, 此时拱肋上弯矩分布均匀, 主要处于轴向受压状态。

CS23:成桥阶段的弯矩图见图6。由图6可知, 成桥阶段在中孔拱脚产生了较大的负弯矩。此阶段拱脚受力状态十分复杂, 用空间杆系分析不能反映拱脚的真实受力状态, 因此需建立实体单元对拱脚进行局部分析, 以确保结构的安全性。

经过图6~图8可知, 整个施工阶段拱肋最大弯矩2.254 MPa, 发生在41号单元j端;系梁的最大弯矩为3.390 MPa, 发生在94号单元i端;横梁的最大弯矩为5.251 MPa, 发生在530号单元i端。系杆压应力最大为10.448 MPa, 拱肋的压应力最大0.057 MPa, 均小于容许值[σb=18.2 MPa];剪应力最大为0.779 MPa, 小于容许值[τc]=1.54 MPa, 故均满足规范要求。由成桥状态的内力图可知, 最大轴力为11 303.1 k N, 最大剪力2 299.56 k N;最大最小弯矩值分别为5 251.4 k N·m和-19 950.7 k N·m。由弯矩图可知, 成桥阶段在中孔拱脚产生较大的负弯矩。

4.2 施工阶段应力验算分析

该桥施工方法是满堂支架现浇施工, 施工阶段计算分析只进行施工最后成桥的短暂状况的应力计算。根据规范可知, 预应力混凝土受弯构件, 在考虑自重、二期恒载、预应力、吊杆张拉力及混凝土收缩徐变作用下, 施工阶段验算时荷载组合采用标准值进行组合, 组合系数取1.0。

由于拱肋、系杆拱脚段及湿接头采用C55混凝土, 系杆中间段和横梁采用C50混凝土, 进行验算时, 以偏小值考虑。在短暂状况下, 按照新《公桥规》第7.2.8条规定:横梁与系杆中间段采用C50混凝土且预应力配筋率大于0.4%, 故拉应力上限值为3.05 MPa, 压应力上限值为22.68 MPa。

由于施工阶段较多, 考虑荷载最不利组合情况下, 本桥拱脚拱肋系杆及横梁的施工验算均合格, 但由于限于篇幅, 仅给出系梁及拱肋部分施工阶段的验算结果[6]。

4.2.1 系梁

由施工过程分析可知, 系杆在拆除横梁及系杆下的支架阶段、第四次张拉预应力阶段、二期铺装阶段、吊杆第三次张拉阶段可能处于最不利受力状态, 根据结构对称性, 取全桥1/4系杆对几个阶段进行验算。去除拱脚范围内的应力数值后, 结果汇总见表1。

MPa

注:数字前的“+”代表拉应力, “-”代表压应力;桥面铺装阶段和吊杆第三次张拉阶段的数据是排除中孔拱脚后得到的数据

由表1可知, 系杆主要施工阶段截面最大拉应力2.37 MPa, 小于允许限值3.05 MPa;截面最大压应力为16.8 MPa, 远小于允许限值22.6 MPa;故系杆施工阶段应力验算满足要求。

4.2.2 拱肋

根据结构的对称性, 只给出一个边拱肋和半个中拱肋的应力结果。拱脚由于采用刚臂处理, 验算结果以局部受力分析结果为准, 此处不再给出。

1) 正截面应力验算。

压应力限值为28.4 MPa, 由图9, 图10知, 中孔拱肋支架拆除阶段和吊杆第三次张拉阶段拱肋正截面未出现拉应力, 出现的压应力不超过12.8 MPa, 远小于压应力限值。由于截面未出现拉应力, 故不需要进行钢筋拉力的验算[7]。验算结果满足要求。

2) 斜截面主拉应力验算。

由图11, 图12知, 拱肋中性轴处的最大主拉应力为0.08 MPa≤0.47 MPa, 符合应力限值要求, 拱肋满足施工验算要求。

5 结语

通过采用Midas/Civil有限元软件, 模拟该桥的施工过程, 对系杆拱连续梁施工阶段进行静力特性分析可知:

1) 在整个施工阶段分析中, 系梁混凝土最大拉应力为2.37 MPa, 最大压应力为16.8 MPa, 拱肋中性轴处的最大主拉应力为0.08 MPa, 符合应力限值要求。

2) 由于短暂应力验算是针对施工阶段过程中的最不利效应的验算, 而此桥是采用满堂支架现浇工艺, 所以只需对施工阶段成桥后未通车状态进行短暂状况应力验算。

3) 在施工阶段成桥状态下, 结构的内力最大。其中系梁和拱肋的轴力图基本为直线分布, 最大剪应力和压应力均满足规范要求[8]。剪力图在拱肋与吊杆相接位置有突变;弯矩图在系梁等截面范围内近似抛物线。

4) 本文未考虑拱脚随施工阶段的应力变化情况, 是由于拱脚为拱肋、横梁和系杆交汇处, 受力比较复杂且配筋量大, 其刚度远远大于拱肋其他截面。当采用梁单元模拟时容易失真, 故建议建立实体单元模型分析其应力情况, 以反映其实际受力状况[9]。

摘要：采用空间有限元方法, 对某桥进行了施工阶段的静力分析和应力验算, 阐述了施工阶段系梁、拱肋的内力及成桥状态内力的变化规律, 计算表明:该施工阶段的静力计算结果与系杆拱连续梁各个施工阶段的理论受力特点较符合, 也为今后系杆拱连续梁的发展提供了可靠性依据。

关键词：系杆拱连续梁,空间有限元,内力分析,应力验算,施工阶段

参考文献

[1]钟轶峰.中 (下) 承式系杆拱桥有限元分析与施工监控[D].重庆:重庆大学, 2006.

[2]周德.高速铁路下承式钢箱系杆拱钢—混凝土组合桥结构体系及受力性能研究[D].长沙:中南大学, 2010.

[3]李卫红, 申永刚.系杆拱桥不同施工方法的内力分析[J].浙江水利水电专科学校学报, 2003 (3) :53-54.

[4]赵洋.系杆拱桥吊杆更换研究[D].杭州:浙江大学, 2006.

[5]张斌.钢管混凝土系杆拱桥内力计算方法分析[J].北方交通, 2006 (7) :68-70.

[6]王勇.系杆拱桥横梁受力性能分析[J].市政技术, 2013 (6) :93-95, 132.

[7]苏昭.大跨度连续梁—拱组合桥上部结构的力学性能分析[D].兰州:兰州交通大学, 2012.

[8]端茂军.三跨连续下承式系杆拱桥结构分析与研究[D].南京:南京林业大学, 2005.

变形监控在系杆拱拱肋安装中的应用篇7

1-96 m系杆拱主梁采用预应力混凝土梁,截面为单箱三室箱型结构,宽度17.1 m,拱脚顺桥向8.0 m范围内设成实体段,梁高2.5 m,系梁浇筑C50混凝土量为1 989 m3。拱肋轴线采用悬链线。拱肋横截面采用哑铃形钢管混凝土截面,截面高度3 m,钢管直径为1.0 m,为平行钢管拱肋,拱肋截面为哑铃形,钢管外径为1 000 mm,钢管采用δ=16 mm的钢板卷制而成,每根拱肋的两钢管之间用δ=16 mm的腹板连接。两拱肋锚固于主梁内,拱肋之间对称设5道钢管横撑,拱肋钢管内压注C55级微膨胀混凝土,横撑内不压注,拱肋混凝土压注量为430.2 m3,拱肋钢材总重为300余t(不含拱脚预埋段)。由于系杆拱跨越京福高速公路,采用先梁后拱法施工,吊杆布置采用尼尔森体系,吊杆间距8 m,两交叉吊杆之间的横向中心距为340 mm。吊杆采用127根φ7高强低松弛镀锌平行钢丝束。

拱肋钢结构分为主拱钢结构、风撑及附属钢结构,总重约为350 t。4个拱脚预埋件单重约6.5 t;10个吊装节段中,其中1分段、5分段段长约22.8 m,单重约为33 t;2分段、4分段长约18.5 m,单重约为26t;3分段长约11.8 m,单重约为20 t;5榀风撑中4榀K撑单重约为14 t;中部米字撑重量约32 t,分为单元件进行吊装,各单元件单重约12 t。

该桥跨河槽部分支架基础采用钢管桩做立柱,管桩为直径600 mm,壁厚8 mm的钢管。水中立柱采用船载振动锤将管桩打入地层,打入深度根据地质情况而定,主要以贯入度和入土深度控制,以达到设计承载力。横向布设I45工字钢,其上采用贝雷梁片跨越通航孔。27 m跨为通航孔,桥梁底面距通航水位大于4.7 m,净宽26.4 m,满足通航要求。

河堤外施工支架采用满堂碗扣式支架,处理后的地基顶面铺设8号槽钢与支架立柱相接;立柱顶主龙骨采用I10工字钢;次龙骨采用10×10 cm方木;箱梁底、侧模采用18 mm厚的优质竹胶板。

2 影响拱肋安装精度的因素

监控计算一般采用设计单位确定的设计成桥状态作为监控计算的初始状态,在此基础上确定计算控制参数,建立计算模型。检查验算桥梁结构成桥和施工各阶段主要受力部位如拱肋、系梁等的应力及位移是否满足规范要求。然后结合具体的施工工况和测量数据进行结构内力、位移、应力分析计算,得出预测值。影响因素主要包括系梁支架(包括门洞钢梁)支架的变形;系梁混凝土浇筑、一期预应力张拉施工过程中梁体混凝土应力及支架反力变化;拱肋骨架支架的变形;系梁梁体支架反力增加及支架承载力;内充混凝土对拱肋变形的影响;吊杆索力测量;钢管内充混凝土时对拱肋的影响。

2.1 系梁支架的变形

支架变形及梁体因张拉、徐变产生的变形主要会影响拱肋安装时的定位,因此支架和梁体变形主要是在施工完成后加强观测,得到实际的变形数据,以此作为分析资料的依据。建立施工监测的平面和高程控制网,对支架进行预压,开展支架预压过程的变形监测。监测内容为支架的弹性变形和非弹性变形。在浇筑桥面系混凝土过程中,监测支架变形,同时在系梁设置应力和变形观测点,测试系梁应力和变形。系梁浇筑完成后继续监测其变形情况。一期预应力张拉梁体的变形情况包括顺桥向和竖桥向变形

2.2 拱肋骨架及支架的变形

随着骨架阶段的吊运和安装(从拱脚向跨中拼装),最重要的工况出现在钢管拱肋合龙前,见图1。此时钢管骨架的自重将全部通过钢管骨架支架传递到混凝土系梁上,进而传递到系梁支架上,因而本阶段拱肋钢管的变形情况、应力状态、支架的稳定状况、系梁混凝土的应力状态、系梁支架的受力状态对钢管拱肋的合龙均有重要的影响。该阶段监控的主要工作是计算并调整拱肋安装的控制标高,测量每节段拱肋钢管安装前后系梁线形变化及拱脚和拱肋线形变化,支架变形对拱肋安装的影响。

1)合龙前钢管拱肋骨架的变形及应力:通过计算合龙前拱肋钢管的轴力为-22.41 t～17.09 t,平均轴向应力为-4.44 MPa～3.38 MPa,最大组合应力为-8.68 MPa～5.43 MPa。采用支架组合方案,合龙前钢管拱肋的附加应力较小,具备良好的“零附加应力合龙”条件。

2)拱肋骨架合龙前钢管支架的变形及应力:采用钢管支架支撑钢管的X向变形小于0.8 mm,Z向变形介于-0.8～0.5 mm之间,因此采用的支架系统具备了足够的刚度以起到支撑拱肋骨架的作用。

3)钢管支架的内力及应力:合龙前支架钢管以及连接槽钢的轴力为-16 t(1号节段支撑钢管)、-9.2 t(2号节段支撑钢管),最大轴向应力为-10.30 MPa～-4.60 MPa,支撑钢管最大组合应力为-11.43 MPa～-4.34 MPa;支架钢管及连接槽钢的最大组合应力为-16.72 MPa～17.54 MPa,均低于相应的强度容许应力及稳定容许应力。为了了解钢管支架的稳定性,还需要做进一步的钢管支架结构的临界失稳承载力计算。

2.3 系梁梁体支架反力增加及支架承载力

检算根据支架钢管的轴力计算结果可知,最大支架钢管轴力16 t通过混凝土梁扩散传递给梁体支架,以45度扩散角考虑,16 t的重量将传递给系梁混凝土下面的20 m2的范围内,不论是碗扣件亦或是钢梁,所增加的荷载集度均比较小,低于系梁支架系统的设计承载力。

2.4 钢管内拱内充混凝土

灌注钢管内混凝土的压注工序是钢管混凝土拱桥施工中的一个重要工序,为了保证管内混凝土压注工序的顺利进行,需要进行相应的理论计算,并考虑可能的不利工况出现的结构变形及应力大小,以便及时进行调整。

通过对管内混凝土一次性灌注方案计算结果分析,下弦管混凝土灌注、上弦管混凝土灌注引起的拱顶下挠量分别为-0.733 mm,-0.743 m,基本相等。上、下弦管混凝土灌注完成时,拱脚上下弦管的总计平均轴向应力增加值为3.4 MPa,-15.3 MPa;1/8位置上下弦管的累计平均轴向应力增量为-9.7 MPa,0.6 MPa;1/4位置处的上下弦管平均轴向应力增量为-5.5 MPa,-3.0 MPa,拱顶的平均轴向应力变化为-4.1 MPa,-3.7 MPa。上下弦管内混凝土一次性灌注完成时,1号、2号支架钢管的应力增量为-18.4 MPa,-13.9 MPa。钢丝绳的应力变化量累计值为-6 MPa～-10 MPa。综合考虑自重荷载作用下、混凝土一次性灌注荷载作用下,拱肋钢管的拱脚上、下弦管平均轴向累计应力为3.8 MPa,-20.3 MPa,拱顶上、下弦管的应力累计平均轴向应力-6.5 MPa,-4.5 MPa。支架钢管的累积平均轴向应力为-26.4 MPa,-21.9 MPa,均低于稳定容许应力和强度容许应力。

在拱肋钢管内部混凝土泵送过程中,监测拱脚及拱肋变形。拱肋合拢前进行全天候观测,监测合拢段两端拱肋随时间和温度变化规律,确定最佳合拢时间。

3 结束语

拱肋安装受多种因素的影响,需要根据具体的施工措施采取相应的监控措施及纠偏措施,但是重点需要注意以下几点。

1)拱肋预拱度设置计算及测量。拱肋的精确定位与否直接影响以后的施工架设和成桥状态主拱内力,因此须准确预报拱肋预拱度并在施工中严格加以控制,使拱肋在成桥后达到设计拱轴线。

2)系杆内力和吊杆内力计算测量。钢拱桥的架设过程整个拱肋线形和内力、拱脚位移不断变化的过程,如何保证架设过程中结构的安全,如何保证在施工过程中利用最优的吊杆力和系杆力来确保施工顺利进行及结构最终的内力满足设计要求,是监控过程中的重点。

钢管系杆拱篇8

1施工方案

主桥系杆采用支架现浇法施工,在水中布置临时墩,在临时墩上搭设支架,并进行预压。预压后现浇系杆、拱脚节点和端横梁以及跨中3根中间的中横梁,并张拉端横梁及中横梁部分预应力钢束、系杆第一批钢束。

钢管拱肋采用在加工厂加工制作并试拼安装。

钢管拱肋采用运输驳船从新通扬运河运输至桥位下,采用在临时支墩处设置的四道龙门架起吊安装。

主拱肋管内混凝土一次性浇筑,以一根管为单元纵向对称同步泵送顶升法,从管下端进,顺管而上。

中横梁及中横梁挑臂段采用预制场集中预制。除端横梁及跨中3根中间的中横梁外其余中横梁采用运输驳船从新通扬运河运输至桥位下,采用龙门架起吊安装。

2施工方法

2.1 系杆支架基础

系杆支架基础采用钢管桩。桥跨位于水中,分5跨布置,其中中跨为预留通航孔,共设4处临时支墩,在临时支墩处设置横跨桥梁的横向龙门架,龙门架用以吊装拱肋、风撑及横梁等。

钢管桩的入土深度根据计算确定,承载力可根据贯入度进行双控。

2.2 系杆及端横梁浇筑

为保证系杆混凝土内实外光,系杆底模、侧模采用优质竹胶板制作,对销螺栓固定模板,模板强度及刚度应满足要求。

在支架上铺设系杆底模,根据设计图纸,系杆预拱度根据设计要求计算设置,施工预拱度按二次抛物线分配。

系杆及端横梁的浇筑:首先浇筑系杆混凝土,然后浇筑端横梁混凝土,为保证系杆混凝土的密实,用插入式振捣器振捣。

2.3 系杆第一批预应力束张拉

根据设计要求,待系杆混凝土强度达到设计强度90%以上时,张拉系杆N3,N4钢束,张拉控制应力按设计要求,采用两端张拉,张拉以张拉力和伸长值双控控制,实际伸长值与理论伸长值差值控制在±6%以内。

2.4 张拉中横梁及端横梁第一批预应力束

龙门架吊装中间3根中横梁,按设计图纸要求张拉横梁底层预应力钢束,张拉控制应力按规范要求进行预应力施工,张拉工艺同系杆。

2.5 拱肋支架搭设

在拱肋下部搭设支架,考虑到拱肋钢管拼装及系杆张拉的操作面等的施工,拟采用贝雷架搭支架,在拱肋节段拼装点下部采用贝雷架搭设,精确放出支架平面位置,同时不能妨碍吊杆施工。

2.6 拱肋制作及安装

拱肋分3段制作,制作完成后由驳船运输至桥下,采用支墩处的龙门架抬吊到拱肋支架上,就位后焊接拼装。

1)拱肋制作。

拱肋采用卷板机将钢板卷制成圆管;装配焊接成弦管及设计基本长度的风撑管;上下主弦管采用火工煨弯方法形成设计轴线,随后在设定的专用胎架上完成定位、焊接和节段组装,各风撑管节段在另外的平面胎架上完成组装。

2)拱肋焊接关键工序。

a.焊前准备。施工技术部门要依据设计文件,参考有关标准、规范,制定焊接工艺原则,明确焊接方法、工艺措施、质量标准和验收规范等。b.焊前要求。工厂焊缝:主拱肋钢管制作、装配时,其纵缝、环缝均采用V型坡口,单面施焊双面成型,反面(管内)施作陶质衬垫。c.焊缝质量检测。焊缝等级按规范要求达到Ⅰ级焊缝。焊缝外观质量要求成型美观、整齐,尺寸符合设计和规范要求,做到“五无”:无裂纹、无气孔、无夹渣、无焊瘤、无弧坑。

3)节段线形加工。

根据设计拱轴线方程,用计算机计算确定各分段上下弦管所有控制点的坐标,作为煨弯与测控的依据,并编制具体验收标准的工艺文件。

4)拱肋预拼。

拱肋节段制作在工厂完成后,须通过预拼对其进行跨径、拱轴线、水平度(拱轴线横向偏移)及吊杆位置准确性进行全面检查,也是工地安装前的必要准备。工厂预拼采用卧式整片预拼方案。

5)拱肋运输安装。

拱肋安装采用驳船运输至桥位处由龙门架吊装到支架上就位。

6)拱肋合拢。

拱肋合拢时,在拱顶处左右1/2跨间各留有缝隙(即拱顶接头处左右楔槽间净距),通过楔入楔体并拧紧螺杆实现合拢。合拢瞬间选择在清晨,合拢时温度不高于20 ℃,亦不得低于15 ℃。

7)安装吊杆及风撑。

合拢后对称安装所有的吊杆及风撑。

2.7 钢管拱混凝土泵送顶升法施工

2.7.1 工艺流程

钢管拱的预制及吊装→钢管拱脚手架的搭设→设置排气孔和灌浆孔及分仓板→混凝土输送泵及泵管安装就位→清除管内污物→湿润内壁→安装压注头和阀门→压注管内混凝土→从拱顶排气孔中排除相同的混凝土→关闭压注口阀门→混凝土强度达到50%后拆除闸阀完成灌注。

2.7.2 施工要点

1)微膨胀缓凝混凝土要求进行配合比试验,各项指标满足设计要求后方可施工。2)混凝土输送管应避免转弯角度过小及弯头过多,输送管支撑架要求稳定,在泵管对接前应仔细检查管内壁是否清洁、结构和密封圈是否完好,以确保不会在泵送过程中发生堵塞、爆裂和泄漏现象。3)混凝土顶升时应做到连续放料,不得间断。4)排气孔冒出混凝土时要求输送泵稳住压力,然后关紧阀门,在确定阀门不漏浆的前提下拆除泵管。5)混凝土的顶升应该高压、低速,两台泵速度及压力应尽量保持一致。

2.7.3 灌注顺序

先缀板腹箱、后下弦杆,再上弦杆。加载顺序为:从拱脚到拱顶,采用泵送顶升压注,按对称、平衡的原则依次灌注。

浇下一根钢管混凝土的时间间隔须板正上一根钢管混凝土初凝之前或上一根钢管混凝土强度达到设计强度的80%以上。

当拱肋混凝土强度达到设计强度的90%时,拱肋与支架脱离,但不卸落,支架脱离拱底模3 cm～5 cm。

2.8 安装其余中横梁、第一次张拉吊杆

其余中横梁采用龙门架安装。

吊杆张拉是成桥最关键的工序,吊杆张拉必须严格按设计规定的张拉力和顺序,用两台千斤顶(配工具拉杆及撑脚)张拉一片拱肋吊杆对应钢束,采用先跨中后两侧的顺序。

2.9 系杆第二次张拉

张拉系杆N1,N2,N5,N6,N7(共10束)预应力束,张拉两端N1,N2,N5(共8束)预应力束。用千斤顶进行系杆第二批预应力束张拉,张拉钢束及张拉顺序按设计要求,具体程序同第一批钢束张拉。然后对预应力孔道进行压浆并封锚。

张拉完成后拆除系杆施工支架。

2.10 安装中横梁挑臂段

中横梁挑臂段两侧采用汽车起重机安装,桥中间采用龙门架吊装。