（交通运输工程专业论文）单点顶推大吨位宽体箱梁施工技术研究.pdf

摘要 本论文依托山西省太原市武宿立交枢纽工程r 7 4 桥宽体箱梁顶推施工，通过研究最 新的项推施工技术，结彳? 背景工程的实际，建立结构分析模型，选择合适的参数，通过 设计、施工及调整，对大桥进行了荷载试验，达到了预定的目标。 通过分析桥梁结构体系，将结构内力按施工阶段和运营阶段两部分来进行分析计 算。从纵向弯曲、自由扫【转、约束扭转以及截面歪扭方面对宽体箱形梁的纵向受力性能 进行分析；在箱形截面中，由于项板宽度( 或底板宽度) 远大于腹板宽度，当弯曲力通 过腹板传递给顶板和翼板时，会引起的截面上正应力分布不均，对r 7 4 桥进行了剪力滞 效应分析；对顶推施工宽箱梁的预应力体系进行设计，采用中心配束的原则，将预应力 束分别布置在箱梁的顶、底板内，并使得截面上各点的压应力基本均匀，以适应顶推梁 承受交替变化的正负弯矩，同时尽量减少梁体预制、顶推施工过程中由于预应力作用而 产生较大的二次力作用。 为进一步明确宽箱梁的工作性能，采用s u p e r 线性静力程序，对和箱梁在施工最不 利状态时及运营阶段各类荷载组不同组合作下受力状况进行分析计算。应用结果说明结 构模型是可靠的，分析结果是准确的。 通过单点顶推与多点顶推的对比和分析，确定采用在一个截面上施加大吨位顶推力 的单点顶推工艺进行施3 - ：对刚性顶杆进行横、竖向稳定分析，结果表明此钢性顶杆体 系在横、竖两个方向均满足稳定性要求。对顶推力进行设计，最终选定施工所用的施加 水平力设备，并进行预制平台设计。在施工过程中进行偏移原因分析和偏位的纠正。 研究了箱梁预制、顶推工艺，砼主梁梁段间的连接构造和措施，以及箱梁与导梁的 连接方法；介绍了临时墩的结构和施工过程中临时墩的调整。 根据实际选择制定静载试验方案。试验结果表明该桥箱梁具有良好的整体性；表明 箱梁刚度完全满足设计要求。箱梁的实际抗扭刚度满足设计要求。在最不利荷载作用下， 各特征断面的实测应力值均小于理论计算值，主要受力截面的拉弯工作性能安全可靠； 梁体抗扭工作状况正常，横向分布荷载的性能良好。 冲击系数值均小于设计计算所采用的1 1 0 1 2 5 ，且同质量不同速度的汽车荷载所引 起的冲击系数无明显差异，说明梁体及桥面满足使用要求。 对于宽度较大的箱梁，建议在设计计算时所考虑的偏载增大系数应适当提高。 项推施工法是当代先进的且大有前途的施工方法之一，具有广阔的应用前景。 试验 关键词：p c 连续梁桥大吨位宽体箱梁顶推施工法结构设计 受力分析荷载 a b s t r a c t a c u r d i n gt ot h et o p p u s h i n go fr 7 # b o xb v i d g ei nw us uo fs h a nx ip r o v i n c ea n dt h e s t u d yo ft h en e w e s tt o p - p u s h i n gc o n s t r u c t i o n ，t h em o d e lo ft h es t r u e t u r ei se s t a b l i s h e d t h e na l o u dt e s to nt h eb r i d g ei sd o n e b ys e l e l t i n gp r o p e rp a r a m e t e r sa n dr e c t i f i n yt h ed e s i g n t h ei n t e r n a lf o r c eo ft h es t n l l t u r ei sa n a l y s e da c u r d i n gt ot h ec o n s t r u l t i o ns t a d g ea n d e x e r c i s es t a d y eb ya n a l y z i n gt h ec o n s t r u l t u r e s y s t e mo fb r i d g e t h e nt h ef o r c ec a p a b i l i t yi s a n a l y s e , e lt h r o u g ht h ea n g l eo fb e n d i n go fp r o t r n i tf r e e n e s st o r s i o na n dr e s t r i l t i n gt o r s i o n o n t h es e c t i o no fb o xb e a m ，t h ef o r c eo fb e n d i n gw i l li n d u c e ，t h ea s y m m e t r yo fp o s i t i v es t r e s s w h e ni tt r a n s f e r sf r o mr e n t e rb o u r dt ot h et o pb o u r d t h es h e a r i n gf o r c el a ge f f c t i o n si s a n a l y s e da n dt h ep r e s t r e s ss y s t e mo fw i d eb o xb e a mw h i c hi sc o n s t r u c t e db yt h em e t h o l lo f t o p - p u c h i n gi sd e s i g n e d t h ep r e s t r e s s e c is t e e lr o p ei sd i s p o s e di nt h et o pb o u r da n db o t t o m b o o r do fb o xb e a mb ya d o p t i n gt h ep r i n c i p l eo f “c e n t e rd i s p o s i n g ，t h e r e f o r e ，t h ep r e s s u r e s t r e s so nt h es e c t o nw i l lb eu n i f o r m i t yt os u i tf o rt h ep o s i t i v ea n dn e g a t i v eb e n d i n gm o m e n to f t o p p u s h i n gb e a ma n dc l e c r e u a st h es e c o n df o r c eb e c a u s eo fp r e s t r e s s t of u v t h e rd e a r l yu n d e r s t a n dt h ew o r k i n gp e v f o rm a n c eo fw i d eb o x b e a mb r i d g e ，i t a d o p t ss u p e rs a p 9 1l i n e a re l e c t v o s t a t i cf o r c ep v o c e d u r et oa n a l y s ea n dc a l c u l a t ef o v c e c a p a b i l i t y , w h i c hi s m a d eu po fb yd i f f e r e n tw o r kc o n d i c t i o ni nt h ew o r s tc o n s t r u c t i o n c o n d i t i o na n dt h es t a g eo fe x e r c i s ea b o u tb o x - b e a mb r i d g e t h er e s u l t sm a n i f e s t e dt h a tt h a c o u s t u c t i o nm o d e li sc v e d i b i l ea n dt h ea m a l i s ec o n c e q u e n c ei sp v e c i s e t h r o u g hc o n s t r a c t i n g a n da n a l y z i n gt h es i n g l e p e a k p u s h a n ds e v e r a l sp o i n t sp e a k p u s h ，i ta d o p t st h es i n g l e p e a k p u s hm e t h o dt om a k ec o n s t r u c t i o n ，t h a ti se x e r t i n gab i gt o n n a g ep e a l 【- p u s hf o r c ei na s e c t i o n i ta l s oa n d l y s e st h eh o r i z o u t a la n dv e v t i c u l a rs t a b i l i t yo ft h er i g i dp e a l 【p o l ea n dt h e r e s u l ti n d i c a t e st h es t a b i l i t ym e e t sd e m a m d ，w h i c hi st h eh o r i z o n t a la n dv e r t i c u a l a vp o s i t i o n o ft h er i g i dp e a k - p o l es y s t e r m t od e s i g nt h et o p - p u s h i n gf o r c e ，i tf a n a l l ye e r t a i n st h ei m p o s e dh o r i z o n t a le q u i p m e n t u s e dt oc o n s t r u c t ，a n dd e s i g n st h ep n e m a k i n gf l a tr o o f i nt h ec o u r s eo ft h ec o n s t r u c t i o n ，i ta l s oc a na n a l y s et h er e a s o n so fd e v i a t i o na n dr e c t i f y t h e m t h ea r t i d er e s e r c h e st h ep r e m a k i n go fb o x - b e a mb r i d g e ，t h et o p p u s h i n gc r a f t w o r k ，j o i n t c o n s t r u c t i o na n dm e t h o da m o n go ft h ec o n c v e a t eb r i d g e ，t h ej o i n tm e t h o db e t w e e nt h e b o x b e a mb r i d g ea n dt h el e a d - b i r d e r , i ta l s oi n t r o d u c e s t h ec o n s t r u c t i o no ft h et e m p o r a r y f r u s t aa n dt h ea d j u s t m e a to ft h et e m p o r a r yf r u s t ai nt h ec o u r s eo fc o n s t r u c t i o n i tc h o v s e sd y n a m i ca n ds t a t i ce x p e r i m e n tp r o j e c t e x p e r i m e n tr e s u l ts h o w sb r i d g eb o x b e a mh a sw e l lw h o l en a t u r e ；a n ds h o w sb o xb e a ms t i f f n e s sc o m p l e t e l ys a t i s f i e sd e s i g n e d d e s i r e a u t u a ls u r v e yv a l u eo fc h a r a c t e r s i s t i cs e c t i o np r o c e s s e db yw o r s tl o a di sl e s st h a m a c a d e m i cc a l c u l a t ev a l u e ，d r a w b e n dw o r kp e r f o r m a n c eo fm a i ns u f f e r - p o w e rs e c t i o ni s c o m p l e t e l yr e l i a b l e ；r e s i s t e dw o r i n gw o r ko fb r i d g eb o d yi sw e l l - b a l a n c e d ，p e r f o r m a n c eo f h o r i z o n t a ls p r e a d i n gl o a di sa l lr i g h t c o n c u s s i o nc o e f f i c i e n tv a l u ei sa l ll e s st h a n1 1 0 1 2 5a d h i t i t e di nc o n s t r u c t i o nc a l c u l a t e ， a n dc o n c u s s i o nc o e f f i c i e n tb r o u g h tb ya u t oo fs a m el o a da n dd i f f e r e n tr a t eh a sn od i s t i n c t d i f f e r e n c e ，i ts h o w sb r i d g eb e a ma n db r i d g ef l o o rs a t i s f i e su s e n e s sd e s i v e t o p - p u s h i n gc o n s t r u c t i o nm e t h o di s o n eo fa d v a n c e da n db i go u t l o o kc o n t r u c t i o n m e t h o d si nt h ep r e s e n ta g e ，w h i c hh a sc a p a c i o u s k e yw o r d s ：p cc o n t i n o u sb r i d g e ，b i gt o n n a g ew i d eb o d yb o xb e a mt o p - p u s h i n g c o n s t r u c t i o nm e t h o ds t r u c t i o nd e s i g es u f f e r - p o w e ra n a l y s i sl o a de x p e r i m e n t 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 ：句咖 姊咱 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者虢自易叨 铷龇唧豸八 沁7 年月l 日 纠) 年6 月门日 长安大学硕上学位论文 第一章绪论 1 1 桥梁顶推施工技术概述 顶推法施工工艺由诞生到现在已有四十多年的历史，其原理是：在桥台( 或墩) 的 后方设置预制场，将主梁划分成一定长度的节段进行预制并进行预应力张拉，使梁段与 前面已完成的梁结合成整体，通过对达到一定强度要求的梁体施加纵向水平力使梁体前 移，并不断重复这些作业过程，完成主梁的制造和架设( 见图1 1 ) 【1 1 。桥梁项推施工法 是钢结构拖拉施工法的发展和提高。它以千斤顶为动力并采用新型滑移材料和设备，施 工时可先在桥台后路堤上分段预制，然后逐段顶推，使梁在已建成的墩台顶部或临时辅 助支墩上滑移就位1 2 1 。因而梁的预制可以和墩台施工平行进行，可用较小的动力设备架 设较重的桥梁，节省大量支架和吊装设备，尤其是可保证被跨路线的正常通行和跨越难 以逾越的深沟、大河。 浇筑垦兰竺f 1 第= 节 第s 常 1 l - j 。_ 墩第二扎 l ： 图1 1 顶推施工原理图 如果按顶推施力方法划分，顶推施工有单点顶推和多点顶推【3 1 。单点顶推的装置顶 中设置在主梁预制平台前的桥台或桥墩上，前方各支墩上设置滑动支承，由水平千斤项 通过沿箱梁两侧布设的牵动钢拉杆给预制梁一个顶推力；或者由水平千斤顶和竖向千斤 顶联用，顶推时升起竖向千斤顶活塞i 使千斤顶旁的临时支承卸载，开动水平千斤项将 竖向千斤顶顶向前方，带动梁体前移，当水平千斤顶达到最大行程后，降下竖向千斤顶 使梁体落在临时支承上，水平千斤顶活塞复位，然后继续进行下一次顶推作业。多点顶 推则是在每个或数个墩台上都设置一对小吨位的千斤顶，将集中的顶推力分散到各墩 上，其顶推过程与单点顶推相同。多点顶推法由于反力分散，可以在柔性墩上采用。 一般地，顶推施工法适用的连续梁跨径为( 3 0 - - 5 0 ) m ，目前在国外已用至跨径为 1 6 8 m 。顶推桥梁施工中，不设临时支墩也无其它辅助设施的最大顶推跨径约6 3 m ，单 第一章绪论 向顶推和双向顶推总长度已分别达到1 7 0 0 m 和2 4 0 0 m 。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外发展情况 自德国菜昂哈特教授和w 保尔提出项推施工法并在委内瑞拉用项推法建造第一座 预应力连续梁桥卡罗尼桥以来，在欧洲、美国、日本和苏联等国已广泛采用，各国 用项推法修建的桥梁己有8 0 多座，桥梁总面积达3 0 多万平方米( 相当于1 2 米宽的桥 2 5 公里长) ，在国外，不但用项推法修建预应力混凝土连续梁桥，而且还成功地应用在 钢斜拉桥施工中。瑞士的伊莱福尔肯( n ef a l c o n ) 公路桥，桥长大约7 2 0m ，其上部结 构为1 5 跨预应力混凝土箱梁，跨度从桥台处的2 7 4m ，逐渐递增到桥中跨河部的7 3 0m 。 梁高则由桥台处的2 1 5m 增至大桥中部的3 7m 。桥的梁体处于竖向曲线( 半径r = 2 50 0 0 m _ ) 、横向曲线、超高、变宽度的非常复杂的几何形状。大梁最大自重为2 0 00 0 0k n 。 2 0 0 5 年建成的法国米约桥，桥长2 5k m ，是一座8 跨单索面连续钢箱梁斜拉桥。其 跨径布置为2 0 4m + 6 3 4 2m + 2 0 4m 。桥面宽2 7 8m ，梁高4 2m 。米约桥上部结构采用顶 推法施工，南侧顶推长度为17 4 3m ，北侧为7 1 7m ，最大顶推重量为5 28 0 0k n 。 1 2 2 国内的情况 我国从1 9 7 4 1 9 7 7 年成功地第一次用顶推法建成4 孔跨度为4 0 m 的预应力混凝土 连续梁桥( 狄家河大桥) ，1 9 9 7 1 9 7 8 年用项推法建成了跨度为4 0 + 5 4 + 4 0 米三孔一联 的撑架式预应力混凝土箱形截面连续梁公路桥一万江大桥，此后又采用两联并合单向多 点顶推法建成跨径为4 x 3 8 m 两联预应力混凝土箱形连续梁。事实说明，项推施工法是当 代先进的且大有前途的施工方法之一。 近年，我国在顶推施工方面取得长足进步。1 9 9 1 年底建成的丘墩大桥( 6 0m + 7 6 m + 6 0 m ) 在顶推跨度方面达到5 2m 。建成河北石环公路跨径为1 0 2m 的钢管混凝土系杆拱桥。 东海大桥近岛段工程完成位于r = 25 0 0m 的平面曲线上、跨径为8 5 0m 单箱单室预应 力连续箱梁，采用多点顶推，顶推重量1 1 6 1 90 k n 。 九江鄱阳湖1 2 1 大桥靠九江岸湖滩河床的主桥为2 7 孔5 0 m 的顶推连续梁( s = 13 5 0 m ) 。 为了减少温度应力和承受活载制动力需要，分成2 联，其长度分别为7 0 0 m 和6 5 0 m 。 另外和通航孔斜拉桥贯通的三孔及伸臂端长共2 0 0 m 。本桥在施工中将15 5 0 m 一并采用 不问歇的连续顶推方法，其长度和宽度都超过了以前的世界纪录。 长安大学硕l 二学位论文 1 3 顶推工程概论 综合各种已建成的顶推法施工，连续箱形梁中所使用的工艺基本可分为表中所列的 几种方式( 表1 1 ) ： 表1 1 各种顶推法的性能及各种组合方式 顶推法的名 支承装置顶推力的顶推中校正方法 称滑动方式 方式方向的力式简称 材料设置、拆除 临时设置。设置在 用聚四氟乙 锚固在某一用横向导向 集中张拉法桥墩顶部，使用后烯和橡胶组 砼 桥墩上的集的简易校正雷昂哈特式 ( 集中式)拆除，埋置在桥墩合板，由人 中方式。方法。 里。 工反复插入 用各桥墩上 临时设置。设置在藏在装置内利用校正滑 的水浃千斤 分散顶推方桥墩顶部，使用后的聚四氟乙动装置的安 钢顶施加水平s s y 式 式( 分散式)拆除。因高度小，烯板，可前装位置( 简 力的分散方 一般不必埋置。后滑动。 易修正法) 式。 在本身支座上设用聚四氟乙 利用本身支置为滑动用的不烯和橡胶复用横向导向 座的集中钢锈钢板，使用后取合板，反复集中方式的简易修正 方式出此板，再把梁和插在支座项法 支座固定。面和梁之间 由于扩大了 正规地安装支座，本身支座的各桥墩均设 利用本身支用水平千斤 顶推完后用固定滑动性能，有水平千斤 座的分散 钢顶进行横向 装置把梁和支座故支座的上顶的分散 式位置校正 固定。部可前后滑式。 动。 此外，已建成的国内外较为典型的顶推法施工连续箱梁中，箱型截面所用滑道均少 于3 滑道，且箱梁宽度大都小于1 5 o m ，而武宿立交枢纽的顶推施土连续梁宽度为1 9 5 m ， 3 第一章绪论 表1 2 列出了各种顶堆箱梁的技术数据进行对比。 表1 2 顶堆箱梁的技术数据 顶推节 国顶推箱体项推方 顶推总 工期 桥梁名称跨径( m )段长滑道数 别 宽度( m ) 式重( t )( 月) ( m ) r a d e n s b o s c h 荷集中拖 高架桥 兰 4 2 + 6 5 6 + 4 21 7 6 21 9 021 1 5 02 6 。_拉 l a n d s b e r g 西集中拖 3 81 1 01 7 621 5 桥德拉 日分散顶 田平桥 2 5 6 78 7 51 3 028 本推式 项宽： 苏 沙门比尼桥 3 5 + 7 0 + 3 51 0 2 52 联 底宽：4 广菜昂哈 万江大桥 4 0 + 5 4 + 4 05 41 2 o21 0 东特式 湖菜昂哈 沩江大桥 4 3 8 + 2 2 89 5 82 南特式 3 5 + 3 8 5 + 3 1 5 + 2 尾端集 某立交枢纽 某 1 9 53 54 5 3 5 中顶推 美 2 8 5 2 + 4 x 分散顶 c o o i n g t o n 1 4 21 4 2 42 国5 7 + 2 8 5 2推式 1 4 本文研究的主要内容及技术路线 本文针对山西省太原市武宿立交工程进行局部设计与施工技术研究，研究内容如 下： 1 单点顶推大吨位宽体箱梁施工技术的研究 ( 1 ) 分析顶推梁体的纵向受力，提出合理的纵向预应力索布置方式。 ( 2 ) 分析由于宽体箱梁和四滑道设置而引发的宽箱梁横向受力状况，确定恰当的布 筋方式。 长安大学硕e 学位论文 ( 3 ) 研究尾端单点顶推施工中梁体的受力，滑移性状及顶杆的稳定问题，提出最佳 的施力方式，顶杆型式及装拆方案以及梁体方向的控制和纠偏方法。 ( 4 ) 通过对成桥的静载检测，最后评价顶推箱梁的设计和施工质量。 2 大吨位宽体连续箱梁顶推成桥后的静载检测试验 通过对竣工后的实体工程进行的静载检测，采集并分析桥梁柱设计荷载作用下的内 力和变形数据，评价该工程结构设计的安全性和合理性及工程的施工质量。 5 第二章宽体箱梁推工艺设计 第二章宽体箱梁顶推工艺设计 2 1 工程概述 山西省太原市立交枢纽工程由主线和五条公路的十五条匝道组成，主线全长 2 1 6 k i n ，路线总长1 6 5 k m ，桥梁面积4 5 3 6 6 m 2 ，占地1 1 7 5 亩。主线桥上部结构型式采 用分离式单箱多室预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用框架式桥台、钢管混凝土和钢 筋混凝土柱式墩、钻孔灌注桩基础。匝道桥上部结构为单箱单室钢筋混凝土连续梁，下 部结构采用重力式桥台、钢筋混凝土和钢管混凝土单柱式桥墩、钻孔灌注桩基础。 主桥上部的预应力混凝土连续弯箱梁，共计3 1 孔，基本跨径为3 5 m ，最大跨径 4 0 3 4 m ，最小跨径2 8 5 m ( 共1 3 联：左6 联，右7 联，最多7 孔一联，最少2 孔一联) 。 其中跨石太电气化铁路的l 6 、r 7 两联为全国首次采用的尾端单点顶推法建成，其余均 为满布支架现场浇筑。 主线l 6 # 、r 7 # 桥是跨越南同蒲铁路和石太铁路合并段的两座预应力混凝土连续箱 梁桥。桥梁位于直线段，桥面设计纵坡o 5 7 4 ，设计横坡2 。根据立交枢纽主线桥总 体布置及下穿铁路的具体位置，确定l 6 # 、r 7 # 两桥跨径组成分别为：l 6 # 桥3 1 5 + 3 8 5 + 3 x 3 5 米，r 尹桥3 5 + 3 8 5 + 3 1 5 + 2 x 3 5 米。由于受立交枢纽平面设计中变速车道的 影响，l 6 # 桥总宽度达1 6 0 m ，r 7 4 桥总宽度达1 9 5 m ，桥梁平面布置见图2 1 。 主。 露7 飞甚么m _ 一一 。l 9 罄j：l 6 篓。 。 三： | 蓐 磊 二 一 ro蒉d 。 。 三： l 基 爱黠播1 1 勇妙黜 图2 11 , 6 # 、r 7 4 主桥平面布置图( 单位：e r a ) 2 2 桥梁结构型式设计 2 2 1 桥梁技术方案选择 立交枢纽主线l 6 # 、r 7 # 桥在连接太原南过境高速公路，机场一线公路，并跨越太 一榆超一级公路之后，仍需跨越南同蒲铁路( 石太铁路) ，同太原东山高速公路及太旧 高速公路连接，铁路部门要求上跨桥梁要留出铁路三线的布设位置，因而上跨桥梁要选 长安大学硕士学位论文 择足够大的跨径，并且由于地势平坦的限制和线型要求，上跨桥梁不可能抬起太高；同 时由于桥梁所跨越的石太铁路为电气化铁路，机车高压动力线电压达2 7 0 0 0 伏，要求最 小安全距离为2 0 米，而受主线纵坡和标高控制，该处桥高为1 1 2 米，设计主梁底面距 高压线为2 9 米，如采用常规的吊装施工或钢制架桥设备架设施工，安全性差，施工难 度高，且为保证全枢纽桥梁型式统一协调，宽且重的箱型梁安装困难也较大，所以最终 确定了整体性好、施工安全性高、总体受力性能佳的顶推法施工连续箱梁桥的技术方案。 2 2 2 箱梁截面的选定 根据确定的顶推预应力砼连续箱型梁的技术方案，、r 尹桥均采用等高度单箱多 室预应力砼连续箱型梁上部结构，从顶推法施工的箱梁受力特点和跨径组成等方面进行 分析计算，确定箱梁高度为2 2 米，最小高跨比为1 ：1 7 5 ，符合顶推法施工桥梁的高跨 比常用值范围( 1 ：1 6 - - - 1 ：1 9 ) ，桥面横坡采用调整各腹板高度的方法实现。由于r 7 # 桥宽度达1 9 5 米，其受力、施工工艺均较宽度为1 6 米的r 6 。桥复杂，故本项目着重针 对r 7 带桥进行研究，其上部箱梁截面尺寸如图2 2 示 牛急爰墅握童量重葑一一斗 叶糟毫黪赋萝蘑蓬e 疋i i ? 产一一叶 磅；争l x 段梭萄 午蝰匦鼙薹矛斗 奠点弘段羹蟊 图2 2r 7 桥箱梁截面设计图( 单位：c m ) 在满足施工、运营两个阶段受力要求的基础上，保证在任意受力阶段顶底板厚度能 够适应截面受压要求，同时为施工方便且便于预应力钢束连接器的布置，本桥取顶板、 底板厚度全桥等厚2 6 c m 。 为承受运营阶段支点附近的较大弯曲剪应力与扭转剪应力，箱梁腹板厚度在支点附 近取5 0 c i n ，而在跨中区段取3 0 c m ；从增强如此宽度箱梁的抗扭性能和整体受力均匀性 考虑，取单箱三室的截面型式，共有四道同厚度的腹板，而且在腹板与顶、底板接头处 均设置承托，以期提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少扭转剪应力和畸变应力，同时 由于顶板在腹板支承处的刚度加大，吸收了负弯矩，减少了桥面板的跨中弯矩；承托的 设置使截面力线缓和过渡，对减少次应力也有一定作用。 7 第二章宽体箱梁推工艺设计 2 2 3 横隔板的设置 虽然箱形截面具有较大的抗扭刚度，但由于r 矿桥宽度大，偏载的作用较明显，且 采用顶推法施工时，箱梁有一个悬臂扭转的受力状态，所以在结构设置时，考虑设置一 定数量的横隔板。结合分段预制的施工特点，在各跨间设置了二道3 0 c m 厚的横隔板， 基本位于1 3 跨径位置，旨在增强截面的抗扭性能，限制畸变应力。在各永久性支承位 置，设置了后浇筑的横隔板，并在横隔板内配置了后张预应力束，以抵抗运营过程中支 点处箱梁横截面上较大的受力。 2 3 桥梁结构设计 2 3 1 桥梁构造体系 ( 1 ) 跨径组成为：3 5 m + 3 8 5 m + 3 1 5 m + 2 x 3 5 m ( 2 ) 基础：钻孔灌注桩，直径1 6 5 m ， ( 3 ) 下部结构 桥墩：直径2 0 m 钢管砼墩柱 钢筋砼盖梁 桥台：钢筋砼肋式框架桥台 ( 4 ) 上部结构 结构：预应力砼连续箱梁 砼标号及强度：采用c 5 0 号砼 钢筋及钢绞线： 钢筋：r 2 3 5 ，h r b 3 3 5 钢绞线：mb 1 5 0 r b y = 1 5 0 0 m p a ，r y = 1 2 0 0 m p a 表2 1 桥梁截面特性 项目面积a下形心y x抗弯惯矩l抗扭惯短i t 位釜 ( m 2 )( m )( m 4 )( m 4 ) 跨中截面 1 2 1 1 41 2 2 09 2 9 92 4 4 6 支点截面 1 3 4 5 81 2 0 89 6 3 22 5 1 7 2 3 2 结构内力计算 箱梁主结构内力计算包括施工和运营两部分。 ( 1 ) 施工阶段 长安大学硕士学位论文 施工阶段内力计算主要考虑结构恒载、预加力、支承变位( 脱控或超顶) 、砼收缩 徐变、导梁的安装和拆除等荷载及作用，其中支承变位按l c m 计算。 在进行内力计算时，取梁长3 5 m 为一个计算单元( 含主梁和梁) ，1 7 5 m 长箱梁分 5 0 个单元，2 4 5 m 长导梁分7 个单元。导梁与主梁共同组成有5 7 个计算单元的变截面 连续梁，按项推跨径布置设置支承单元，根据顶推施工实际情况，分阶段安装单元，以 3 5 m 为节段逐节段顶推安装主梁，根据各节段计算结果，可得出主梁矩包络图( 图2 3 ) 图2 3 顶推施工弯矩包络图 在顶推施工过程内力计算完毕后，尚需计算后期预应力束张拉及二步恒载作用下的 主梁受力，二步恒载包括：支点横隔板、桥面铺装、防撞护栏及中央分隔带。 ( 2 ) 运营阶段 在运营阶段，上部结构为5 跨连续梁，计算单元划分仍如施工阶段。计算荷载包括： 恒载、基础位移影响力、温度变化影响力，混凝土收缩徐变影响力、预加力、汽车一超 2 0 活载及挂车一1 2 0 验算荷载，并根据荷载性质不同按规范要求进行组合，即可得出结 构的设计内力值。 在求得各阶段结构内力后，再对各截面的强度及应力进行验算，并经过预加力的调 整使之达到设计规范的要求。本桥纵向结构按全预应力构件设计，要求： 在荷载组合i 作用下： z l = ：0 8 r b i ；o r 盈= 0 6 r b a ；仃h a - - 0 5 r b a ； 6v = o 6 5 r b y 。 在其它荷载组合作用下： 口d - - - o 9 r b i ；o r 盈- - - 0 6 5 r b a ；o rh a - - - 0 6 r b a ；o ry = 0 7 r b y 。 在施工荷载作用下： 口h a = 0 7 5r b a ( r ba - - 0 8 r b a ) 。 在任何荷载组合作用下，本设计要求主梁全截面不出现拉应力。 横隔板受力按部分预应力a 类构件进行设计，所配置的预应力体系与主梁结构相 9 i!llllt；h叫；叫，q1叫谢 第二章宽体箱梁推工艺设计 同；桥面板按普通钢筋混凝土构件进行设计。 2 4 预n - 顶推工艺设计 2 4 1 箱梁预制分段的优化 r 7 4 桥原设计共分1 1 段进行预制，分段长度依次为1 0 5 m 、9 x 1 7 5 m 、7 0 m ，各段 接头均选在成桥后恒载弯短的零点附近，在实际施工时，为加快施工进度，减少梁段预 制顶推的循环次数，同时考虑到在顶推完第八段时，导梁悬出2 矿墩3 5 米，主梁端距 2 8 # 墩为1 7 5 米，此时的状态已接近全部顶推施工过程中的最不利工作状态( 即出现最 大负弯矩的工况) ，该状态持续时间为第九段梁的全部预制及预应力张拉工期，而施工 阶段的划分应尽量避免使结构长时间地处于不利的工作状态下。在不改变结构总体受力 和施工阶段受力状况的前提下，对费用、工期、安全性进行充分分析后，对梁段的划分 进行优化。将分段数量由原来的1 1 段优化为6 段，分段长度依次为1 0 5 m 、4 x 3 5 m 、 2 4 5 m 。当第4 段顶推完成后，2 8 # 墩与2 矿墩间仅有导梁悬出，当第5 段预制完成后， 在较短的时间内即要将其顶推完毕，此时导梁端部已跨过2 7 。墩2 1 m ，在2 8 4 墩处箱梁 承受的负弯矩值比较正常。 2 4 2 顶推力的施加工艺 2 4 2 1 工艺设计 顶推施工的施力，按施加位置分为单点顶推和多点顶推两种，在r 7 # 桥的顶推施工 工艺设计过程中，对这两种方法进行了对比和分析，而且就顶推力的传递杆件性质( 刚 性顶杆和柔性拉杆) 也进行了分析和比较。单点顶推与多点顶推的对比和分析见表2 2 。 表2 2 单点与多点顶推工艺的比较 方 i i i i背单点顶推多点顶推 日 顶推装置设置集中设置在靠近预制平台的位置分布在数个墩( 或台) 上 纵桥向多个截面均有顶推力施 顶推力施加位置及控制项推力在一个截面施加，易于控制 加，同步控制复杂 设有顶推千斤顶的支墩由于梁 除施加位置外，其余各支墩均承受 各支墩受力状况体对其向前的推力可部分抵消 单方向向前顶推力 千斤顶对墩向后的反作用力 预埋件及千斤顶少 多 通过对比分析，结合木桥长度较短、为保证美观尽量缩小桥墩盖梁尺寸、便于集中 长安大学硕士学位论文 控制对宽体箱梁施加的顶推力等因素，确定采用在一个截面上施加顶推力的单点顶推工 艺。 在国内外已建成的顶推施工的桥梁中，尤其是近年来，多采用的方法是利用高强度 柔性拉杆，通过水平千斤顶上拉杆对梁体作用水平力，实现主梁的前移1 4 1 。但这种 方法需要在梁侧( 或梁底) 设置较大的拉锚装置以使顶推力完全传递到梁体上，不但增 加了预埋件数量和增大了预制施工的难度，而且影响梁侧表面美观效果( 见图2 4 ) 。 图2 4 采用柔性顶杆施工示意图 参照铁路部门施工立交箱型通道顶进法施工工艺，本桥顶推施工工艺采用了水 平千斤顶直接在箱梁预制段的尾部施力的方法，即在箱梁预制平台后设置足以承受较大 反推力的反力墙，在反力墙与大梁之间设置二台大吨位的水平千斤顶及钢制顶杆，对梁 体尾部施加水平顶推力，使大梁前移。顶杆长度分别取1 、2 、4 米以便于增加和调整， 项杆采用型刚焊制而成，如图2 4 示。通过对钢项杆承压稳定性的分析，避免由于顶杆 移动诱发及顶杆长细比过大而造成顶杆失稳，采取了增加顶杆横向联系和竖向限位键的 措施。 图2 5 采用刚性拉杆施工示意图 2 4 2 2 顶推力的设计和确定 根据结构设计，r 尹桥梁体共需混凝土2 4 5 8 m 3 ，扣除在顶推完成后才实施浇筑的中 支点横隔板混凝土1 1 8 m 3 ，在项推施工过程中，梁体混凝土共有2 3 4 0 m 3 。 顶推过程中梁体最大的重量为5 6 7 0 9 l 潮： g = g 靛_ + + g 孽( 2 1 ) 第二章宽体箱梁推工艺设计 式中：g 混疆土一混凝土全部重量，共计2 3 4 0 x 2 5 - - 5 6 0 0 0 k n g 导一导梁重，共计7 0 9 k n 。 根据有关资料介绍及以往工程经验，滑道表面不锈钢板与滑块底部四氟板间的最大 静摩阻系数为0 0 5 一 0 0 8 ，本桥取用最大静摩阻系数为比纛= o 0 7 ，同时考虑本桥纵坡与 顶推方向反向( i = 0 5 7 4 ) ，则计算所得最大顶推力为： p y g 。f ，“1 + f ， ( 2 2 ) 式中： ，一安全系数，取1 5 ： g 一项推总重量，共5 6 7 0 9 k n ； 砧幺一最大静摩阻系数，取o 0 7 ； 卜- 纵坡，取- 0 5 7 4 。 贝0p = 1 5x5 6 7 0 9 ( 0 0 7 一o 5 7 4 ) = 5 4 6 6 2 k n 。 如果采用两台水平千斤顶共同施力，则每个千斤顶所需顶推力p l = p 2 = 2 7 3 3 1 k n 。 考虑到施工过程中两台千斤顶施力可能不同步及受力不均衡，另取d = 1 1 的偏差系数， 则每台千斤项所需顶推力为： pr i = d x p l = 3 0 0 6 4 k n( 2 3 ) 因此，最终选定两台顶力规格为3 2 0 0 k n 的水平液压千斤顶作为本桥施工所用的施 加水平力设备。 2 4 3 预制平台设计 r 7 4 桥预制平台下面为填压砂砾路基，预制平台平面尺寸为：横桥向宽1 5 m 、顺桥 向长3 6 m 。平台由底模支承体系和梁体滑移支承体系二部分组成。箱梁底模采用1 6 m m 厚钢板；其下为5 0 c m 间距的1 3 0 钢横梁；横梁下为贝雷桁架纵梁，共设四道，横桥向 间距为3 2 m 。各道纵梁间设置剪刀撑使之联为一体，每道纵梁下设置1 4 个螺旋千斤项， 千斤项支承于平台支墩上。在预制平台范围内共设置了2 0 个滑道支墩，支墩项面设置 滑道，其对应位置的底模空开缺口。预制前，使底模顶面标高与滑道支墩上搁置的滑块 顶面标高相同，梁体预制完成后调节平台支墩上的螺旋千斤顶，使底模整体下落，梁体 转为全部由滑道支墩支承，此时即具备梁向前顶推的条件，如图2 6 示。 长安大学硕士学位论文 预钊时 顶推时 图2 6预制平台工作示意图 2 5 本章小结 ( 1 ) 根据没山西省太原市武宿立交所处位置及特点，进行立交枢纽主线桥方案选 择，最终确定了整体性好、施工安全性高、总体受力性能佳的顶推法施工连续箱梁桥的 技术方案。 ( 2 ) 分析桥梁结构体系，并将结构内力按施工阶段和运营阶段两部分来进行分析 计算。 ( 3 ) 为避免施工时出现出现最大负弯矩的工况，对箱梁预制分段进行优化； ( 4 ) 通过单点顶推与多点顶推的对比和分析，确定采用在一个截面上施加顶推力 的单点顶推工艺进行施工，并对顶推力进行设计，最终选定二台顶力规格为3 2 0 0 k n 的 水平液压千斤顶作为r 7 # 桥施工所用的施加水平力设备，并进行预制平台设计。 第三章宽体箱梁推结构受力分析 第三章宽体箱梁结构受力分析 根据r 7 4 桥结构形式和施工工艺特点，对于宽体箱形梁并采用顶推法施工，从结构 受力性能和施工工艺两方面归纳，需进行研究的问题有： 结构受力性能方面： ( 1 ) 宽体箱梁的纵向受力性能：包括箱梁的纵向弯曲，自由扭转、约束扭转和截 面歪扭等受力性能。 ( 2 ) 宽箱梁的剪力效应的分析。 ( 3 ) 宽箱梁在顶推施工时的预应力体系设计。 施工工艺方面： ( 1 ) 宽体箱梁采用单点顶推施工时的方向控制及偏位的纠正。 ( 2 ) 单点顶推施工时刚性顶杆的纵向稳定分析。 3 1 结构受力性能分析 箱梁在任意荷载作用下，会产生纵向弯曲、横向弯曲、刚性扭转和截面歪扭四种基 本结构变形( 如图3 1 ) ，其中刚性扭转包括自由扭转和约束扭转两种状况；纵向弯曲、 刚性扭转和截面歪扭将会在直接影响箱梁的纵向受力性能。 ( q c o ) 油 - ( e ) 图3 1 箱梁的基本变形图 纵向弯曲在截面上产生纵向弯曲正应力s 和弯曲剪应力；刚性扭转( 含自由扭转 和约束扭转) 在截面土产生扭转剪应力r m 和扭转正应力仃n ；截面歪扭在截面上产生歪 一i 一 长安大学硕士学位论文 扭正应力盯q 和歪扭剪应力r 口。因此，当箱梁在此三种基本变形同时存在时，截面应力 为： 正应力口。一o r w + 仃+ 口 ( 3 1 ) 剪应力，z - 唧+ r + 凡 ( 3 2 ) 其中扭转剪应力r m 由自由扭转剪应力r ，和约束扭转剪应力r ：组成。 其中扭转剪应力由自由扭转剪应力h 。和约束扭转剪应力h ：组成。 3 ：