预制节段拼装预应力混凝土连续弧形宽箱梁设计及施工关键技术研究优秀毕业论文 可复制黏贴.pdf

同济大学 硕士学位论文 预制节段拼装预应力混凝土连续弧形宽箱梁设计及施工关键技 术研究 姓名：周良 申请学位级别：硕士 专业：建筑及土木工程 指导教师：李思明;李坚 20051201 摘要 摘要 沪闵高架二期工程采用了大吨位、弧形宽截面的预制节段桥梁形式，在国内 还是首次，本研究针对这些特点完成了以下工作：宽节段拼装箱梁结构分析与设 计；节段预制测试研究；节段制作、运输及安装过程中变形与应变测定分析；施 工控制技术研究；节段拼装用环氧粘接剂研究。 通过沪闵高架二期工程中进行的预制节段拼装预应力混凝土连续宽箱梁试 验研究表明，该项施工技术在城市高架桥中应用是可行的，该方法为无支架施工， 不仅能控制旌工质量，而且能适应现代社会对施工文明、安全、快速等各项要求， 并减少施工期间对地面交通干扰。施工速度可达到一跨5 7 天。比支架现浇施 工可大大缩短现场施工工期。 【关键词】节段桥梁，施工控制，温度位移，转向器，体外索，粘接剂。 a b s t r a c t a b s t r a o t h u m i nv i a d u c t ( p h a s ei i ) p r o j e c tw a sc o m p l e t e d ，u s i n g f o rt h ef i r s tt i m ei nc h i n ap r e c a s ts e g m e n t so fg r e a tt o n n a g e a n dw i d ea r cs e c t i o n s t u d i e sw e r ec a r r i e do u tt h e n ，s u c ha s t h es t r u c t u r a la n a l y s i sa n dd e s i g no fw i d es e g m e n t a lb o x g i r d e r s ，t e s t so np r e c a s ts e g m e n t s ，d e f l e c t i o na n ds t r a i nt e s t a n da n a l y s i sd u r i n gf a b r i c a t i o n ，t r a n s p o r ta n di n s t a l l a t i o no f s e g m e n t s ，t e c h n i q u e sf o rc o n s t r u c t i o nc o n t r o la n ds t u d i e so n e p o x ya d h e s i v e sf o rs e g m e n t a la s s e m b l y i ts h o w st h r o u g ht h e t e s t sa n ds t u d i e st h a tt h i st e c h n o l o g yi sa p p l i c a b l et ou r b a n v i a d u c tc o n s t r u c t i o nw i t h o u ts c a f f o l d s ，f o rb e t t e r q u a l i t y c o n t r o la n da l s oa d a p t a t i o nt oc i v i l i z e d ，s a f ea n df a s t c o n s t r u c t i o nw i t hl e s si n t e r f e r e n c et og r o u n dt r a f f i c t h e c o n s t r u c t i o nm a yr e a c ht h es p e e do f5 。7d a y sf o ro n es p a n m u c hf a s t e rt h a nt h ei n s i t um e t h o db ys c a f f o l d i n g k e yw o r d s s e g m e n t a lb r i d g e ；c o n s t r u c t i o nc o n t r o l ；t e m p e r a t u r e m o v e m e n t ；s t e e r ；e x t e r n a ls t r a n d ；a d h e s i v e 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：f 乱覆 枷s 年i z 月坶日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在堂年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：蕊2 ，1 a 剪年f 调列日 学位论文作者签名：l 乱岔 拥s 年，2 月f 营日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，讲行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：l 乱良 妒s 年1 2 月i g 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 概述 预制节段逐跨拼装施工是将桥梁上部结构划分为若干标准节段，在工厂 预制完成后在现场进行组拼，并施加预应力使之成为整体结构的施工方法， 它使用专用架桥机设备安装节段，沿预定的安装行进方向逐跨推进。 早在2 0 世纪6 0 年代，国外已有该施工工艺的施工案例，近年来，随着桥 梁旌工技术与装备的不断完善、改进、更新，该施工工艺得到了普遍推广。 上海地区市政工程建设逐渐进入高峰，城市高架桥梁、城市轻轨桥梁建 设项目越来越多，但随着政府与社会对城市文明建设、环境治理的日益重视， 城市桥梁建设的各种制约因素也越来越多、越来越严格，快速施工、文明施 工的呼声越来越高，尤其在交通繁忙的城市中心区域或交通流量较大的主干 线区域进行施工，政府明确规定必须尽最大可能减少对地面交通的影响、减 少对周边环境的影响，所有这些外界因素对预制节段逐跨拼装施工工艺的应 用与推广起到了决定性的作用。 沪闵高架道路二期工程采用先进的全断面预制节段逐跨拼装施工工艺进 行上部结构施工( 见图1 1 1 ) 。其中，主线预制节段设计宽度为2 5 m ，采用 底部圆弧形单箱五室设计断面，梁高2 1 i l ，单个节段最大自重约1 1 8 t ，整跨 最大重量约1 3 0 0 r ：匝道预制节段设计宽度为8 n l ，采用底部圆弧形单箱三室 设计断面，梁高1 8 m ，单个节段最大自重约4 6 t ，整跨最大重量约4 1 0 t 。3 0 m 标准跨径采用1 l 片预制节段，3 5 m 跨径采用1 3 片预制节段。 图1 1 第一章绪论 上部结构采用先简支后连续的结构体系，箱梁内配备了体内、体外纵横 双向预应力钢绞线张拉体系，在连续端还布置了体外负弯矩索。 该工程地处上海市西南主要通道沪闵路上，施工区域交通繁忙，在 施工期间不封闭地面交通，施工的质量要求与安全要求很高。 如此大吨位、弧形宽截面的预制节段逐跨拼装施工在国内还是首次，在 国际上也实属少有，要顺利实现这一目标，经分析主要面临以下二大问题： 1 、国内尚无适应此工程的自动化程度较高的架桥机、预制模板和运梁设 备，必须采用引进、吸收、消化的方法解决。 2 、国内没有这方面的设计与施工操作规范或标准，也没有较成熟的设计 与旖工经验。尤其对如此大吨位、弧形宽截面预制节段梁，国外也少有实例。 为了保证工程顺利按期按质完成，有必要组织人力、物力进行技术攻关， 吸取国外的施工经验与教训，在完成工程的同时，形成具有我国自主知识产权 的设计施工技术标准，提升我国城市高架桥设计与施工的总体水平。 1 2 预制节段安装的施工方法在我国的应用情况 我国的桥梁建设在节段施工方面的应用开展比较早，但与国外大规模地 使用节段安装施工相比，总体上国内采用节段施工的桥梁所占比例较小。 河南五陵卫河桥是预应力混凝t 型刚构桥，南交通部公路研究所和同济大 学设计，河南省交通厅施工。该桥全长1 0 5 m ，分跨为2 5 + 5 0 + 2 5 ( i t 】) l ，上 部结构为单箱单室，该桥于t 9 6 5 年4 月通车。同期建设的还有江苏省灌县盐 河t 构桥，该桥由交通部公路设计院设计，同济大学负责试验和检测。五陵 卫河桥与灌县盐河桥为我国第一批采用箱梁节段预制、悬臂拼装施工的桥梁， 尔后建成的部分悬臂拼装施工的桥梁见表1 2 1 。 表1 2 1国内部分悬臂拼装施工的桥梁 桥名最大跨径梁高分段长度最大节段重 福建哀山桥 7 0 m4 m 1 5 2 2 m 2 0 t 包头黄河大桥 ? o m4o m25 3 1 m 橡胶抽拔棒： 3 ) 橡胶抽拔棒加( 9 2 5 圆钢芯棒加中1 0 3 0 0 钢筋井字架。 2 、试验表明，橡胶抽拔棒加0 2 5 圆钢芯棒加中1 0 3 0 0 钢筋井字架成孔 新工艺，成功地保证了节段梁之间预应力孔道的精确对中。 3 2 5 控制水化热 根据有关资料显示，短线法密贴浇注施工工艺中，不注意水化热问题， 很有可能造成咬合面变形。前片节段梁在脱模后变形会逐渐恢复，后片节 段梁因在变形的摸板上浇铸，变形不能恢复。因此不能重新咬合拼接组成 梁体。 l 、节段梁的蒸汽养护工艺的确定 节段梁为6 0 号高强度混凝土，设计要求前片节燮 嘭蝴涨割馄凝土强 度达到设计强度的7 5 以上，即大于4 5 n m m 2 。二次蒸养时前片节段梁混凝土 强度仍达到设计要求。 为了避免短线法密贴浇注施工中水化热引起的变形，且满足浇捣好的n 根节段梁翌日必须脱模、移位的工艺要求，构件必须进行蒸汽养护。 2 、蒸汽养护制度的选定 蒸养制度的选定原则是一次蒸养后，混凝土强度达到设计强度等级的7 5 ( 4 5 n m m 2 ) 的要求，但为了能尽量减少对高标号混凝土后期耐久性的影响， 应采用低温蒸养，恒温温度不宜大于6 0 。c 。 最后选定的蒸养制度为： 5 5 6 5 静停+ 升温斗恒温i 降温卜结束 2 h 3 h2 h6 h 8 h3 h 蒸养制度要求，蒸养静停是从混凝土全部浇捣完毕起算，升温速度不得 大于1 5 。c h 时：当环境温小 1 5 。c 时，需适当增加升温时间，降温速度不 宜大于1 0o c h 。 第三章节段预制畏i 试研究 3 、蒸耥4 为使蒸养制度切实执行，排除人为因素的影响，蒸养采用全过程自动控制。 安装专用蒸养自动控制仪一套，选用铜电阻作为传感元件，电磁蒸汽阀 作为执行装置，该机构可以对生产中的六个模位同时进行控制。在蒸养时， 只需将蒸养制度输入相应模位，当蒸养程序启动后，传感元件所得的温度变 化信息通过自动控制仪处理后，以指令形式控制蒸汽电磁阀，对静停、升温、 恒温和降温全过程进行自动控制。应注意的是设定静停时间可从节段梁混凝 土全部浇捣完毕时计时，为避免静停时间过长，影响蒸养质量和拖延总体蒸 养时间，设定静停时间可从2 小时中减去混凝土浇捣完毕至蒸养启动时的时 间，若该时间大于2 小时，则静停时间可设定为零，即启动程序就开始升温。 另外，在节段梁法向两侧蒸养罩内设置了6 只0 1 0 0 。c 压力式温度计， 对温度的均匀性进行监控，由测温人员进行测温记录，记录时间为：升温阶 段3 0 分钟一次，恒温阶段6 0 分钟一次。同时尚应经常检查分汽缸压力是否 在0 5 0 i m p 范围，若相差较大，须及时与中心锅炉房联系。 4 、蒸养方式 节段梁构件体积大、重量重，浇捣成型后初期不能移动，故采用了在原模 位上加罩油布的简易蒸养方式。罩内总体积约9 5 6 m 3 ，其中空间约为7 9 0 m 3 ，构 件填充系数为1 6 ，在这样高约5 2 m ，长约2 5 m ，宽约7 7 m 的露天油布罩内 充汽蒸养，使罩内升温、恒温温度均匀就成为保证节段梁蒸养质量的重要环节。 通过试验梁的蒸养，以调节喷汽花管直径，从进气管由近及远，选了d n l 5 、d n 2 5 与d n 3 2 三种规格，喷汽孔距离由近及远分别为 3 0 0 、 2 0 0 、 1 0 0 三种尺寸。 如此布置，实践证明解决了由于模位平面尺寸大，输汽管和喷汽花管的蒸汽压 损造成的温度不均匀的难题，从而达到了温度误差5 。c 的要求。 2 5 m 节段梁蒸养过程中采用了6 个测温点，从测温记录看，整个养护罩内 供气比较均衡，温差控制较好，6 个测温点之| 、日j 的最大温差小于6 。c ，一般约为 3 。c 左右。 第三章节段预制铡试研究 5 、蒸养测试 1 ) 对主线k 1 3 9 9 、k 1 3 9 1 0 和k 1 3 9 1 1 三个节段专门进行了蒸养温度的 测试。由于采用了镶合浇注，即把老梁作为模板，浇注新梁混凝土。所以对 k l3 9 9 和k l3 9 一l l 节段均蒸养过两次。 a 、k 1 3 9 9 节段 k 1 3 9 9 节段是2 0 0 3 年7 月1 5 日蒸汽养护的。养护中测点1 1 4 布置在老 梁( k 1 3 9 8 节段) ，测点1 5 一- 2 6 布置在新梁( k 1 3 9 9 节段) 。棚内温度测点号 为2 7 与2 8 。见图3 2 5 1 “k 1 3 9 - 9 节段( 新梁) 蒸养温度曲线图”。从该图可 以看出，上午1 0 时混凝土浇注完毕，1 2 时开始蒸养给汽。由于正值夏季，室外 环境温度3 3 1 2 。蒸养给汽后3 小时至1 5 小时梁体内温度为5 0 1 2 左右，至2 0 时 达到平均6 0 1 2 左右，最高温度发生于位于新梁上面的第2 3 测点( 达到6 5 。c ) 。 蒸养中梁体内各测点温度之差在1 0 1 2 之内。至2 3 时左右停汽，棚内温度快速下 降，而梁体内温度继续维持在6 0 1 2 “6 5 1 2 。次日凌晨覆盖在节段上的帆布被掀去， 粱体内温度进一步下降，但一直到次日中午梁体温度仍然保持在4 0 1 2 左右。 b 、k i 3 9 一l o 节段 图3 2 5 2 “k 1 3 9 1 0 节段( 新梁) 蒸养温度曲线图”与k 1 3