项目成果简介、主要技术说明和创新点、经济社会效益说明； .doc

可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的研究与应用目 录一、技术背景2二、创新点8三、国内外相关技术的对比17四、推广应用前景及经济社会效益18可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的研究与应用一、技术背景随着城市建设的发展，大量的桥梁正在建设，而桥梁支撑架在施工过程中出现崩塌的重大安全事故时有发生，无论是城市建设管理部门，还是施工、监理单位均承担巨大的安全和社会责任，尤其是已出现的类似重大安全事故，有的是进行了加载试验，但为什么依然会出现大量的桥梁施工脚手架崩塌的重大安全事故呢？目前国内外的桥梁加载的方法均为砂包加载或用水袋加载，砂包加载和水袋加载均存在加载计量不准确的问题，易导致加载量小于设计的应加载量。另一方面，砂包加载时如遇下雨、砂包中含大量的空隙，吸水后又会导致加载量超过设计要求，曾出现过因为下雨而使砂包吸水导致加载超量导致脚手架垮塌的事故。 某桥梁在加载试验过程中支撑架发生垮塌某桥梁在浇筑砼过程中脚手架发生垮塌事故 某桥梁在浇筑砼过程中桥梁支撑架（脚手架）发生垮塌事故砂袋对桥梁支撑架进行加载试验的实景（加载量计量不准确）砂袋对桥梁支撑架进行加载吨位试验的实景砂袋对桥梁支撑架进行加载试验的实景（砂袋和钢筋混合加载，计量不准确） 砂袋对桥梁支撑架进行加载试验的实景 （吨袋的吊带易断裂，不安全）用吊车称砂袋的实景 砂袋对桥梁支撑架进行加载试验的实景 （因占道夜间施工、安全隐患大、工期长）在武汉市二环线汉口段（江汉二桥-建设大道）和金桥大道工程中，桥梁支撑架尽管是一个临时支撑结构，相对于永久结构，从设计、施工及试验方法并没有引起广泛的重视，加载试验不规范、计量不准确，但却事关人民的生命安全和城市的和谐建设。桥梁支撑架的垮塌安全事故屡见不鲜，这表明要从新技术、新工艺和管理的新思路等方面着手，经分析研究，提出了“可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的研究”，并已申请了五项国家发明专利和两项实用新型专利，该方法可减少建桥梁支撑架的垮塌事故、减少人员伤亡、减少安全事故的发生，又可以在城市市政建设过程中实现了不占道不影响交通，实现了加载试验规范化和计量标准化，同时，预制构件重复使用率高，且适用范围广，还可用桩基的静载荷试验。符合循环经济和低碳经济、节能环保的政策，体现了资源节约、环境友好以及和谐建设。在不受雨天影响全天候作业、不占道不影响交通、节能和环保（构件长期周转）等方面均有了本质的提高。形成地方和行业标准,本方法大大提高了桥梁支撑架预压试验的可靠性和安全性，是桥梁安全建设的重要保证,安全性能好。该可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的研究与应用技术达到国内先进水平二、创新点经分析研究，提出了“可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的研究”，并已申请了五项国家发明专利和两项实用新型专利，该方法可减少建桥梁支撑架的垮塌事故、减少人员伤亡、减少安全事故的发生，又可以在城市市政建设过程中实现了不占道不影响交通，实现了加载试验规范化和计量标准化，同时，预制构件重复使用率高，且适用范围广，还可用桩基的静载荷试验。符合循环经济和低碳经济、节能环保的政策，体现了资源节约、环境友好以及和谐建设。本研究大大提高了桥梁支撑架预压试验的可靠性和安全性，是桥梁安全建设的重要保证。1、可移动式预制构件对桥梁支撑架加载的有限元分析：华中科技大学土木工程与力学学院采用大型有限元分析软件ansys对可移动式预制构件对桥梁支撑架的加载过程进行数值模拟，明确其受力状况和结构变形规律，研究内容主要包括以下两个方面：一是预制构件运输到位后桥梁支撑架的静力数值计算，二是预制构件运输过程中桥梁支撑架的动力数值计算。通过采用大型有限元分析软件ansys对可移动式预制构件对桥梁支撑架的加载过程进行数值模拟，研究了桥梁支撑架静动力力学特征，着重对比分析了支撑架杆件静动力响应峰值之间的差别，得到了以下结论：（1）小车运行速度越大，小车动力荷载在支撑架杆件中产生的轴力的波动越剧烈。计算结果还表明：随着小车运行速度的增长，动力响应放大系数呈非线性增长，小车运行速度越大，动力响应放大系数增长越快。（2）计算结果表明，从整体上看，随着加载的进行，堆放在支撑架上的预制块不断增多，而小车动荷载却基本不变（小车动荷载只与正在运送的预制块的数量及分布情况相关，与已经运送就位的预制块数量无关）。相应地，小车动荷载所占总荷载（静+动）的比重降低。因此，随着加载的进行，典型部位支撑架杆件静动力响应峰值之间的相对差值逐步降低。（3）小车动荷载主要对其正下方杆件的轴力影响较大，小车动荷载所到之处，其下方杆件轴力波动较为剧烈；随着小车的前行，杆件轴力波动剧烈的位置也随之前移。（4）一般而言，支撑架杆件轴力静动力响应峰值相差不超过10%，应该说小车动荷载对桥梁支撑架的影响并不是特别突出。在实际的桥梁支撑架设计分析中，可在静力分析的基础上，考虑一个10%左右的动力效应放大系数。2、加载材料的创新：砂包预制构件，尤其是可移动式预制构件，预制构件作为加载物，实现了加载材料的多样化；根据箱形梁各部位荷载大小的不同，预制构件可选择不同高度并进行分层，预制构件分层预压，模拟实际荷载效果好；实现了加载量的计量标准化并准确模拟荷载分层分级加载；加载预制构件不受下雨影响，安全性能好。3、 加载物水平运输方式的创新：在桥梁一端依靠小型吊车将预制构件吊上轨道预制构件在轨道上行走（水平运输不需吊车）。砂包加载时每吊1吨，预制构件每吊3吨，时间缩短60%。预制构件比重大，尺寸规范，堆放占地小，且运输简捷快速，可大大缩短预压周期。可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的实景 可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的实景可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的实景4、节能环保方面的创新：在桥梁一端（施工区域内）依靠小型吊车将预制构件吊上轨道，实现了不占道不影响交通，有利于和谐建设；预制构件可长期使用，应用范围广，还可用于桩基础的静载荷试验；符合循环经济、低碳经济、资源节约、环境友好的政策，是一种安全、绿色和环保型的加载试验方法。5、桥梁支撑架预压加载试验的规范化：计量标准化和荷载模拟的准确化，形成了企业级工法，提高了桥梁支撑架预压加载试验的可靠性和安全性，减少桥梁支撑架（脚手架）垮塌安全事故。1）桥梁支撑架加载大小，加载量是桥梁钢筋砼结构自重的1.2倍，如下图一、图二 “标准段横断面桥梁钢筋砼结构自重线性荷载分布图”所示。实际加载的荷载为图中标明的荷载乘以1.2 系数，荷载值较大，一般为15.5kn/36.8kn/即 1.55t/3.68t/。 图一 图二 预制构件布置图 2）桥梁两边的预制构件由吊车直接吊放到位，不设轨道。所有构件按构件布置图摆放，有9条轨道，均对称布置如下图二，铁轨必须摆放在纵肋100100的木方上，承受铁轨、龙门吊、构件、运输行走荷载，即使不安装轨道，构件之间（横向）也要预留250mm轨道尺寸，否则会造成超载，因为构件荷载已包含预留轨道部分的荷载；3）构件纵列之间预留轨道尺寸250mm;2000mm长构件横列摆放时，不能压在每块间的轨道连接件上；1000mm长和1200mm长的（沿轨道纵向）构件沿纵向每2块紧贴摆放，且不能压在轨道连接件上见轨道连接件布置图三。4）、试验加载构件分两层叠加放置,分级加载，所有的预制构件上都标有长宽高的尺寸和块体吨位标识。序号规格（长宽高）mm轨距mm块数吨位t门形吊112001250850（h）15007523.175二台2220001250350（h）15004522.1875二台2320001500350（h）17504522.625二台2410001750725（h）20009023.17二台2520001750325（h）20004522.825二台2预制构件规格、块数、吨位清单5）、所有预制构件下部四边采用63角钢护角，角钢下表面和侧面分别与砼底面平和砼侧表面平，板底部钢筋和角钢焊接。预制构件标号为c30。产品质量要达到规范要求。图四 预制构件配筋图6）、整个脚手架和支撑搭设要严格按照国家建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程jgj130-2001执行。7）预制构件安装工艺:(1)先在箱梁模板上安放加载用模板（可以采用旧模板）；(2)在加载用模板上按构件布置示意图尺寸安装轨道，用60mm宽连接件和卡具固定轨道，轨道端部设置双车档；(3)每2条轨道上安放2台小型门形吊，龙门吊安装有刹车，间隔一轨道布设；(4)采用25t吨汽车吊将预制构件吊运到轨道间摆放，由门形吊进行水平运输；(5)预制构件都是由2块叠加放置，首先吊放第一层构件，然后根据检测结果满足要求后再加载第二层构件；(6)全部加载完毕后进行检测；(7)待试验检测完毕，进行卸载，先卸载第二层，待第二层全部卸载完毕再卸载第一层； 6、对加宽段做预压试验时，由于吊车无法在侧边站位，且无法将加载物吊送到位，即无法使用砂袋及钢材预压，铺设轨道的可移动式预制构件预压法的优势更加明显。在取得创新的同时申请了七项国家专利(其中发明五项,实用新型二项（1）用于对桥梁支撑架进行加载的预制构件 (发明专利)（2）利用预制构件对桥梁支撑架进行加载的方法 (发明专利）（3）手推移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的方法 (发明专利）（4）牵引行走移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的方 (发明专利）（5）电动门形吊移动预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的方法(发明专利）（6）用于预制构件水平运输的轨道装置 (实用新型）（7）用于对桥梁支撑架进行加载试验的门形吊 (实用新型）三、国内外相关技术的对比1桥梁支撑架加载方法对比桥梁支撑架加载方法对比表序号传统砂袋加载方法可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载方法1计量不准确，并且砂易吸水产生超载现象。加载材料砂的吸水率包含自身材料吸水和空隙中含水量，约20%左右，一旦下雨，砂吸水后易导致超载，从而发生重大安全事故。荷载计量准确，不吸水，不受雨天影响，不会产生超载现象而将支撑架压垮的安全事故。2砂袋上桥必须采用大型吊车，并在桥两侧占道（即非施工区域），预压期间将造成交通更加拥堵；夜间作业效率低，不安全（详见照片）。铺设轨道，其水平运输可自行解决，水平运输不需吊车；也不占道，不影响交通并可随时作业施工3砂袋比重小（1.45t/ m3），吊的钩数多并占道施工，工期长。一跨30米跨的桥梁加载工期15至20天。砼（2.5 t/ m3）比重大，吊的吊钩大幅减少50%左右，且不占道施工，工期短。一跨30米跨的桥梁加载工期仅为5至6天。4砂袋重复使用率低，易破损，不符合循环经济和低碳经济、节能环保的政策，并且砂袋加载需占道，不符合和谐建设及环境友好的要求。预制构件重复使用率高，且适用范围广，还可用桩基的静载荷试验。符合循环经济和低碳经济、节能环保的政策，并且不占道，体现了资源节约、环境友好。四、推广应用前景及经济社会效益1、成果应用实施评价：1）可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的研究与应用效果评价：在试验实施过程中, 可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验能够保证支撑架整体安全、稳定的加载。加载试验后对l9联、l14联经过与现场监理工程的实测，加载试验在60%荷载时桥梁支撑架的非弹性变形沉降观测平均下沉值为1012，加载试验在120%荷载时桥梁支撑架的弹性变形沉降观测平均下沉值为810，全部荷载加载观测24小时沉降观测平均下沉值为46，满足规范要求。2）可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的研究与应用效果评价：实践证明可移动式预制构件对桥梁支撑架进行加载试验的方法是成功的。且不受雨天影响全天候作业、不占道不影响交通、节能和环保（构件长期周转）等方面均有了本质的提高，顺利完成了桥梁支撑架加载试验，本方法大大提高了桥梁支撑架预压试验的可靠性和安全性，同时缩短施工工期，每联试验由15至22天骤减少到5至6天，是桥梁安全建设的重要保证,安全性能好, 每联节约成本3万元，得到业主、监理认可。本成果为武汉市二环线汉口段（江汉二桥-建设大道）和金桥大道工程中已应用了七联加载试验, 模拟实际荷载效果好。2、经济效益：本方法使试验的安全性、试验计量标准化、荷载模拟的准确性、节能和环保（构件长期周转）、加载效率等方面均有了本质的提高。可减少建桥梁支撑架的垮塌事故、减少人员伤亡、减少安全事故的发生，又可以在城市市政建设过程中实现了不占道不影响交通，同时缩短施工工期,预制构件重复使用率高，且不受雨天影响全天候作业、成本却大幅降低（一跨30米跨的