多跨连续梁桥临时固结及其模拟方法研究可复制黏贴 优秀毕业论文.pdf

分类号 u44 u45 10710 2009121083 硕 士 学 位 论 文 多跨连续梁桥临时固结及其模拟方法研究 史记青 导师姓名职称 黄安录 副教授 申请学位级别 硕士 学科专业名称 桥梁与隧道工程 论文提交日期 2012 年 5 月 25 日 论文答辩日期 2012 年 6 月 6 日 学位授予单位 长安大学 multi span continuous beam bridge temporary consolidation and its simulation method a dissertation submitted for the degree of master candidate shi jiqing supervisor associate prof huang anlu chang an university xi an china i 摘摘 要要 多跨连续梁桥采用悬臂浇筑分段施工方式时 施工过程中需经历多次体系转换 在 施工过程中 临时固结对悬臂状态的 t 型结构抗倾覆能力和稳定性有重要影响 临时固 结解除前后对结构的内力和位移也都有较大影响 而且合理的临时固结方式关系到施工 的安全和经济等 合理的临时固结模拟方法可以提供更准确的预拱度 保证桥梁线性 指导施工控制 因此如何计算临时固结的抗倾覆能力和选择正确的临时固结模拟方法至 关重要 论文查阅了国内外相关文献资料 总结了多跨连续梁桥的受力特点和国内外预应力 混凝土连续梁桥发展现状 对连续梁桥悬臂施工过程中临时固结和其抗倾覆计算方法进 行了系统的介绍 本文又以宝鸡石鼓山连续梁桥为工程实例 利用桥梁专业软件 midas civil6 71 分别建立了多种不同的临时固结模型 并对各种临时固结模拟方法对桥 梁结构在悬臂施工状态和成桥状态的内力 位移影响进行了分析研究 论文的研究结果在宝鸡石鼓山连续梁桥施工控制中得到了应用 关键词 多跨连续梁桥 临时固结 模拟方法 ii abstract the system will convert more times in the process of construction when the constrution of prestressed concrete continuous girder bridge using the cantilever method in the construction process temporary rigid fixity have important influence to overthrow ability and stability of the cantilever structure model t and to the internal force and displacement of the structure before and after conversion of the system reasonable temporary rigid fixity way has something with safety and economic relations of construction and reasonable temporary rigid fixity simulation method can provide more accurate the arch degrees ensure that bridge linear and guide the construction control therefore how to calculate the resistive overturning ability of the temporary rigid fixity and choose the correct temporary rigid fixity simulation method is very important paper refers the domestic and foreign relevant literature materials summarizes the mechanical characteristics of continuous girder bridge and the development present situation of prestressed concrete continuous girder bridge at home and abroad and introduces the temporary consolidation and resistive overturning calculation method in the construction process this paper takes continuous girder bridge beside shi gu mountain in baoji as the engineering background using the finite element software midas civil6 71 establishes a few simulation models for the bridge construction process and analyses the internal force and displacement of bridge structure under the state of cantilever bridge state finally the study results have been applied in the construction control of this bridge keywords multi span continuous beam bridge temporary rigid fixity simulation method iii 目 录 第一章 绪论 1 1 1 预应力混凝土连续梁桥的发展概况 1 1 2 多跨连续梁桥的主要特点 2 1 2 1 多跨连续梁桥的受力特点 2 1 2 2 多跨连续梁桥的施工特点 2 1 3 研究的现状 3 1 4 研究的意义 3 1 5 本文研究的主要内容 4 第二章 连续梁桥施工过程中的临时固结 6 2 1 预应力混凝土连续梁桥的施工方法介绍 6 2 1 1 在固定支架上就地浇注施工 6 2 1 2 逐孔施工法 6 2 1 3 顶推施工法 7 2 1 4 转体施工法 8 2 1 5 悬臂施工法 9 2 2 墩梁临时固结常见形式 9 2 2 1 临时固结设置的目的 9 2 2 2 临时固结的常见形式 10 2 3 临时固结的实施及解除 12 2 3 1 临时固结实施 12 2 3 2 临时固结解除 12 2 3 3 临时固结设置的注意事项 13 2 4 临时固结的计算方法 13 2 4 1 临时固结方案的设计 13 2 4 2 不平衡荷载的计算数据基础 16 2 4 3 不均衡荷载因素分析 18 2 4 4 荷载计算 18 2 4 5 临时支座垫石及预应力粗钢筋的布置设计 21 第三章 连续梁桥施工过程计算分析 23 3 1 连续梁桥施工控制计算方法介绍 23 3 1 1 前进分析 23 3 1 2 倒退分析 25 iv 3 2 有限元法计算理论 26 3 2 1 有限元法概述 26 3 2 2 桥梁结构有限元分析过程 27 3 3 连续梁桥施工阶段体系转换过程 29 3 3 1 体系转换方式归类 29 3 3 2 连续梁体系转换应注意事项 31 3 4 临时固结模拟方法 31 3 4 1 临时固结在常用桥梁软件中现行的模拟方法 31 3 4 2 影响临时固结模型的其他因素 33 第四章 临时固结模拟方案研究 34 4 1 宝鸡石鼓山连续梁桥工程背景介绍 34 4 2 实例桥有限元模型的建立 36 4 2 1 结构进行离散化 36 4 2 2 边界条件 38 4 2 3 材料参数 38 4 2 4 施工过程模拟 38 4 3 连续梁桥中临时固结的几种模拟方案 39 4 3 1 方案一 39 4 3 2 方案二 40 4 3 3 方案三 41 4 3 4 方案四 42 4 4 体系转换前后临时固结模拟方法对内力的影响分析 43 4 4 1 不同临时固结模拟方法对单 t 构悬臂施工阶段的内力影响 44 4 4 2 临时固结不同模拟方案对结构体系转换后的内力影响 53 4 5 体系转换后不同临时固结模拟方法对结构位移影响分析 55 4 6 本章小结 57 第五章 结论与展望 59 5 1 结论 59 5 2 展望 60 参考文献 61 致 谢 63 长安大学硕士论文 1 第一章 绪论 1 1 预应力混凝土连续梁桥的发展概况 连续梁桥结构体系具有变形小 结构刚度好 行车平顺舒适 伸缩缝少 养护简 易 抗震能力强等优点 箱型截面在预应力混凝土连续梁桥中的应用 减轻了梁自身 重量和提高了梁高度 大大增加了桥梁跨越能力 无论是城市桥梁 高速公路桥 高 架道路 山谷高架栈桥 还是跨越宽阔河流的大桥 预应力混凝土连续梁桥都较大的 发挥了它的优势 是一种在桥梁工程中被广泛应用的桥型 1 在实践的应用和发展中 预应力混凝土连续梁桥有多种施工方法 支架现浇法 悬臂浇筑和悬臂拼装法 顶推法 移动模架法 大型浮吊施工和旋转施工法等 其中 悬臂浇筑和悬臂拼装施工方法应用最广 这得益于预应力混凝土技术的发展 在 20 世纪首次在预应力混凝土桥梁施工中采用预制拼装分段施工方法的是法国预应力之父 freyssinet 他采用此种方法在巴黎附近的马恩河上先后架起了五座预应力混凝土桥 此后 德国工程师 finsterwald 在建越莱茵河上的 worms 桥时 首创预应力混凝土桥 悬臂挂蓝浇筑的分段施工新技术 并使预应力混凝土梁式桥首次突破 100m 跨径 20 世纪 50 年代到 60 年代之间 采用悬臂分段施工法 欧洲相继建造了 300 多座跨径在 76m 以上预应力混凝土桥 至此 悬臂浇筑和悬臂拼装施工方法开始在世界其他地区 盛行 2 20 世纪 50 年代 我国开始在桥梁结构中采用预应力混凝土工艺 并随着起重能 力的提高 建造了相当数量的中小跨径预应力混凝土简支梁桥 20 世纪 50 年代中期 悬臂施工法从钢桥施工中引伸到混凝土梁桥施工 混凝土梁桥可以从桥墩两侧对称分 段悬臂浇筑施工或悬臂拼装施工 从而使预应力混凝土悬臂梁桥 预应力混凝土 t 形 钢构桥和预应力混凝土连续梁桥得到了很大的发展 桥梁的跨径也达到了 100 多米 桥梁的截面形式也开始从简单的 t 形和工字形截面发展到了箱型截面和桁架梁结构 3 我国预应力混凝土连续梁桥在 20 世纪 70 年代开始应用于城市桥梁工程 进一步 推动了预应力混凝土连续梁桥的修建和发展 1 近几十年来 伴随着新机械设备和新材料的开发 以及计算机技术的应用 我国 的预应力混凝土连续梁桥悬臂施工工艺得到长足的发展 尤其桥梁结构分析软件的大 力开发和应用 大大提高了计算的精度和速度 并且广泛应用于大跨径预应力混凝土 第一章 绪论 2 连续梁桥的施工控制 使得成桥后的线形平顺 受力合理 外形美观 1 2 多跨连续梁桥的主要特点 1 2 1 多跨连续梁桥的受力特点 多跨连续梁桥在结构受力上呈现正负弯矩交替分布 与简支体系比较 大大降低 了跨中弯矩绝对值 结构刚度好 跨越能力增强 挠曲线平缓 但由于单联长度较大 受温差变化影响及混凝土收缩 徐变影响 上部结构会产生较大的纵向位移 对伸缩 缝和支座等构造要求较高 多跨连续梁桥的受力特点 1 多跨连续梁桥为多次超静定结构 会在各种内外因素的综合影响下 在多余约 束处产生结构次内力 如张拉预应力筋 温度变化 墩台基础沉降及收缩徐变均会引 起结构次内力 2 连续性结构在任一孔承受外荷载作用时 相邻各跨及剩余各跨均会受到影响 4 对于其受力的计算分析较复杂 要提高计算精度和速度 连续梁桥结构广泛运用和发 展离不开计算机分析软件的大力开发 5 3 越来越多的采用先进的高强度材料和先进的施工工艺 如高强度预应力钢绞线 和高强度混凝土 以及大吨位张拉设备和锚具 确保桥梁结构的几何线形和受力要求 4 对于复杂的连续梁桥 在进行桥梁设计前不仅要求通过理论计算 还必须通过 成熟工程软件模拟各种静动试验 研究分析各项设计参数的合理性 确保结构设计的 安全性 可靠性和耐久性 6 1 2 2 多跨连续梁桥的施工特点 多跨连续梁桥最常使用的施工方法是悬臂浇注和预制拼装分段施工法 悬臂浇注施工法 在桥墩已建成基础上 首先浇筑零号块 并通过预埋在桥墩顶 好主梁内的精轧螺纹钢筋把主梁和桥墩临时固结 然后依次向两侧逐段浇筑梁块 直 至最大悬臂状态 待各悬臂 t 形结构相互合龙形成成桥状态后 解除墩顶临时固结 使主梁坐落于支座之上 完成结构体系转换 悬臂预制拼装施工法 首先按起重能力将上部主梁划分成适当长度梁段 并在桥 位附近的梁段预制场或工厂预制好 然后运输至施工现场从桥墩顶向两侧对称吊装 就位后施加预应力以形成整体 达最大悬臂状态后合龙形成成桥状态 悬臂浇筑和预制拼装施工法都是将上部主梁结构化整为零 简化施工难度 并具 有一定重复循环性 可加快施工进度 但悬臂浇筑施工法中 由于混凝土的强度时间 长安大学硕士论文 3 性和收缩徐变等因素影响 随着梁段的向前推进 主梁结构的内力状态和几何线形可 能偏离设计值 需要在施工过程中进行跟踪控制 及时调整 悬臂拼装施工法主要受 起重设备和预制场地的制约 拼装周期短 施工进度快 通过工程软件模型计算分析 对于连续梁桥施工中每个阶段的结构内力和变形是 可以预见的 可对各个施工阶段结构的实际内力和变形进行现场实测 看是否与设计 要求相符合 若发生偏差 就可分析并找出造成偏差的原因 通过有效的手段来纠正 偏差 在悬臂浇注过程中 对全桥稳定性起关键作用的的部位是墩顶临时固结 临时 固结是悬臂浇注施工中的抗倾覆的重要构造 又是体系转换的关键部位 悬臂施工过 程中梁体上不平衡堆放的施工机具和材料等产生的不平衡荷载需要临时固结来平衡 以确保悬臂状态的稳定性 因此必须重视它的构造措施 在施工过程中进行计算将其 控制在安全范围 7 1 3 研究的现状 预应力混凝土连续梁桥是一种常见的桥梁结构 当跨数较多时 常采用悬臂浇筑 分段施工法 在悬臂施工期间需要将墩梁临时固结 以平衡悬臂施工不平衡荷载产生 的力矩 8 在连续梁施工控制计算中 目前应用较为广泛的专业桥梁软件一般多采用 平面有限元方法进行结构分析 即将桥梁视为平面杆系 墩梁之间则按约束来处理 9 无法直接按实体来模拟临时固结 关于临时固结稳定性计算 对挠度的影响及临时固 结模拟方法 目前国内外还缺乏深入 系统的研究 仅有的文献主要介绍了施工过程 抗倾覆计算方法及固结方法 10 对多跨混凝土连续梁桥悬臂施工中的临时固结 也有 学者进行了模拟方法的研究 但对于临时固结的模拟计算 通常做法是忽略桥墩和临 时支座的影响 临时固结解除前将其作为两个固定支座来模拟 临时固结解除后用一 个固定铰支座模拟永久支座 11 这种模拟方法与实际不是很符合 通常存在一定误差 因此 很有必要对临时固结的设置和通常计算方法以及体系转换前后的模拟方法进行 系统研究 1 4 研究的意义 桥梁工程的发展经历了一个漫长的历史过程 21 世纪的今天 桥梁工程事业随着 整个科学技术水平的提高而得到了迅猛发展 随着桥梁设计理论 桥梁材料和施工技 术水平的发展 桥梁跨越能力也越来越高 在桥梁建设中占主导地位的梁式桥梁也向 第一章 绪论 4 着多跨 大跨方向发展 桥梁结构特别是多垮 大跨度桥梁结构通常采用悬臂浇筑分段施工方法 这种施 工方法一般总是要经历一个长期而又复杂的施工过程以及结构体系的转换过程 一般 意义下的桥梁结构分析认为 整个结构施工是一次形成的 即所谓的一次落架计算法 这种分析方法对于按整体施工法形成的桥梁结构的受力分析是可以接受的 但对采用 分段施工法的只是一种近似模拟 并不能真实反映实际的结构受力性能 3 分段施工 中的结构受力状态和线形变化 每一阶段都有差异 并且逐段累计 直至成桥状态 若中间施工阶段的内力和线形变化失控 这种误差最终会累计到成桥阶段 出现不符 合设计要求的内力状态和几何线形 与整体施工法一次落架的受力状态相比 存在很 大的差异 整体施工成桥后结构受力状态与施工过程无关 而采用分段施工时 成桥 后结构受力状态不仅与不同的分段施工方法相关 而且还与相同分段施工方法中不同 的合龙顺序 墩梁临时固结的解除密切相关 合龙段的施工和墩梁临时固结的解除是桥梁由t形结构过渡到连续梁桥的重要环 节 对于多垮连续梁桥 每一个合龙段的施工和墩梁临时固结的解除都伴随着结构受 力体系转换 越接近成桥状态结构超静定次数越多 结构受力越复杂 多垮连续梁桥 悬臂施工中 不同的合龙顺序和临时固结的解除将会在各合龙段施工阶段和临时固结 解除时产生不同的结构内力和变形 将会影响成桥状态的几何线性和营运期间桥梁的 结构内力状态 临时固结是在预应力混凝土连续梁桥施工过程中保证桥梁结构施工稳 定性的一个非常重要的措施和装置 无论是在桥梁设计还是施工控制时 都要在力学 模型中采用一定方法模拟临时固结 如何使其与实际受力状态更接近 尽最大可能避 免或减少结构模型与实际不符所引起的计算状态和实际状态之间的误差 这是工程设 计 控制期间要解决的首要问题 12 因此 有必要对多垮连续梁桥悬臂分段施工中墩 梁临时固结进行全面 深入的研究 并对临时固结一般现行方法对挠度的影响与实际 工程结合程度进行研究 以寻求与实际工程结构更接近的模拟方法 1 5 本文研究的主要内容 多跨连续梁桥采用悬臂浇筑分段施工方式时 施工过程中需经历多次体系转换 在施工过程中 临时固结对悬臂状态的 t 型结构抗倾覆能力和稳定性有重要影响 临 时固结解除前后对结构的内力和位移也都有较大影响 在施工控制中进行临时固结的 抗倾覆能力计算和选择正确的临时固结模拟方法至关重要 长安大学硕士论文 5 论文结合宝鸡市渭河上一座七跨连续梁桥为工程背景 并进行建模分析加以讨论 论文的主要研究内容 1 查阅了大量的参考文献和资料 对多跨长联预应力混凝上连续梁桥的发展及主 要施工方法进行综述 并且阐述临时固结结构及其模拟方法对多跨长联预应力混凝土 连续梁桥的重要性 2 详细介绍了临时固结的各种设置方式和在施工过程中临时固结抗倾覆的计算方 法 3 阐述多跨连续梁桥施工体系转换过程和临时固结在体系转换前后的重要作用 以及临时固结模拟方法对体系转换前后结构内力和位移的影响 4 结合宝鸡石鼓山多跨连续梁桥 对连续梁桥施工过程中的临时固结模拟方法进 行了深入的研究 通过模拟计算分析 确定了较为符合实际的临时固结模拟方法 第二章 连续梁桥施工过程中的临时固结 6 第二章 连续梁桥施工过程中的临时固结 2 1 预应力混凝土连续梁桥的施工方法介绍 桥梁结构的施工与设计有着十分密切的关系 对不同结构形式的桥梁结构 施工 方法可不同 对同种结构形式也可采用不同的施工方法 桥梁结构的受力状况将取决 于所选用的施工方法 以下列举了预应力混凝土连续梁桥主要的几种施工方法 满堂 支架就地浇注施工法 逐孔施工法 移动模架法 悬臂施工法和顶推施工法 2 1 1 在固定支架上就地浇注施工 满堂支架就地浇筑是直接在地面上搭设支架 作为工作平台 然后在支架上安装 模板 绑扎和安装钢筋骨架 预留孔道 并在现场浇筑混凝土与施加预应力 预应力 混凝土连续梁桥需要按一定的施工程序完成混凝土的就地浇筑 待混凝土达到所要求 的强度后 拆除模板 进行预应力筋的张拉 管道压浆工作 至于何时可以落架 则 应与施工程序和预应力筋的张拉工序相配合 当在张拉后恒载自重已能由梁本身承受 时可以落架 预应力混凝土连续梁桥的就地浇筑是在一联各跨全部设置支架 在一联 桥施工完成并满足拆除支架要求时 各跨同时卸落支架 一次形成设计要求的一联连 续梁结构 因此施工过程不会产生体系转换 也不产生恒载徐变二次距 这种方法的优点是 桥梁的整体性较好 施工简便可靠 不需要大型起吊设备 施工中无体系转换 可采用强大预应力体系 使结构构造简化 大大方便施工 缺点 是 需要的支架和摸板数量多 费用高 施工工期长 要求有一定的场地 并且影响 河道的通航 施工期间支架可能受到洪水和漂流物的威胁 这种施工方法 目前已很 少采用 一般仅在小跨径桥或交通不便的边远地区采用 近年来随着临时钢构件和万 能杆件的大量应用 就地浇筑的施工方法也用于建造弯桥 宽桥 斜交桥等长大跨 复杂桥梁中 2 1 2 逐孔施工法 逐孔施工法是中等跨径预应力混凝土连续梁桥较多采用的一种施工方法 逐孔施 工法是从桥梁一端开始 采用一套施工设备或一 二孔施工支架逐孔施工 周期循环 直到全部完成 它使施工单一标准化 工作周期化 并最大程度地减小了工费比例 降低了工程造价 逐孔施工法从施工技术方面可分为三种类型 长安大学硕士论文 7 1 采用整孔吊装或分段吊装逐孔施工 施工过程一般为 在工厂或现场预制整孔 梁或分段梁 预制梁段的起吊 运输 采用吊装设备逐孔架设施工 根据需要进行结 构体系转换 2 用临时支承组拼预制节段逐孔施工 它是将每跨梁分成若干段 在预制厂生产 架设时采用一套支承梁临时承担组拼节段的自重力 并在支承梁上张拉预应力筋 将 安装跨的梁与施工完成的桥梁结构按照设计的要求连接 完成安装跨的架梁工作 3 使用移动支架逐孔现浇施工 此法又称为移动模架法 它是在可移动的支架 模板上完成一孔桥梁的全部工序 即模板工程 钢筋工程 浇筑混凝土和张拉预应力 钢筋等 待混凝土有足够强度后 张拉预应力钢筋 移动支架 模板 进行下一孔梁 的施工 逐孔施工的体系转换有三种 由简支梁转换为连续梁 由悬臂梁转换为连续梁以 及由少跨连续梁逐孔延伸转换为所要求的体系 在体系转换中 不同的转换途径将得 到不同的内力叠加过程 而最终的恒载内力将向着连续梁桥按照全联一次完成的恒载 内力靠近 逐孔施工的主要特点是施工可以连续操作 可以使连续梁结构选择最佳的施工接 头位置和合理的结构形式 也便于预应力钢筋接长 不仅简化了操作 而且可以按最 优的位置布置预应力钢筋 节省高强材料 逐孔施工法无须大量支架 上部结构的预 制工作和下部结构的施工可同步进行 显著缩短工期 2 1 3 顶推施工法 顶推施工法是在沿桥轴方向的台后设置预制场地 分节段预制梁体 并用纵向预 应力筋将预制节段与己完成的梁段连成整体 然后通过水平千斤顶施力 将梁体向前 顶推出预制场地 之后继续在预制场进行下一节段梁的预制 直至全桥施工完成 预应力混凝土连续梁桥采用顶推施工的主要程序见图 2 1 该图主要反映我国采用 顶推施工的主要过程 第二章 连续梁桥施工过程中的临时固结 8 图图 2 1 顶推施工主要程序顶推施工主要程序 顶推施工法的特点 顶推法可以使用简单的设备建造长 大桥梁 施工费用较低 施工平稳 无噪声 主梁分段预制 连续作业 结构整体性好 梁段固定在同一个场 地预制 便于施工管理 改善施工条件 加快设备周转 顶推施工时梁的受力状态变 化较大 所以在截面设计和预应力束布置时既要满足施工荷载又要满足运营荷载的要 求 2 1 4 转体施工法 转体施工是将桥梁构件先在桥位处岸边或适当位置利用地形或使用简便支架将半 桥预制完成 待混凝土达到设计强度后以桥梁结构本身为转动体 使用一些机具设备 旋转两个半桥结构到桥位轴线位置合龙成桥的施工方法 转体施工其静力组合不变 桥梁的支座位置就是施工时的旋转支承和旋转轴 桥梁完工后 按照设计要求改变支 承的情况 转体施工的方法可分为平转法 竖转法和平竖结合法 在梁桥中一般采用 预制场准备工作 制 作 安装顶推设备 预制节段座 模板工作 钢筋和混凝土准备 张拉预应力筋 放松部分预应力筋 拆除辅助设施 张拉设备 顶推预制节段 顶推就位 管道压浆 张拉后期预应力筋 更换支座 桥面工程 长安大学硕士论文 9 平面转体施工 转体施工方法的主要特点 可利用施工现场的有利地形合理安排预制构件的场地 在施工期间不影响通航和桥下交通 施工设备少 装置简单 容易制作掌握 减少高 空作业 施工工序简单 施工迅速 13 2 1 5 悬臂施工法 悬臂施工是在桥墩已建成基础上 首先浇筑零号块 并通过预埋在桥墩顶好主梁 内的精轧螺纹钢筋把主梁和桥墩临时固结 然后依次向两侧逐段对称浇筑梁块 并通 过张拉预应力筋将新建梁段集成为整体 悬臂施工过程中不需要设置满堂支架 可将 桥墩和主梁临时固结 以承受施工过程中可能产生的不平衡弯矩 悬臂施工法的主要 特点 1 悬臂施工过程中时的受力状态与成桥后的结构受力状态较接近 适宜在预应力 混凝土 t 型刚构桥 变截面连续梁桥和斜拉桥等施工方案中使用 2 预应力混凝土连续梁桥上部主梁结构是坐落在桥墩上的支座上的 但在悬臂施 工过程中要采用一定措施使墩梁形成整体 临时固结在一起 以抵抗不平衡荷载 在 整个施工过程中会出现结构体系的转换 3 悬臂浇筑法化整为零 简化施工难度 结构整体性好 可对施工中出现的误差 进行调整 进行结构几何线形控制 悬臂拼装法拼装周期短 施工速度快 桥梁上 下部结构可平行作业 但施工精度要求比较高 4 悬臂施工法可不用或少用支架 有利于跨河流建桥 深谷建桥和城市跨线建桥 不妨碍桥下净空 并适用于变截面预应力混凝土梁桥 由于悬臂施工法中存在的临时固结设置和体系转换等过程 所以 结合不同的实 际工程 对于临时固结措施的合理性 安全性以及临时固结的解除时间 需要进行严 格的理论计算与分析 14 2 2 墩梁临时固结常见形式 2 2 1 临时固结设置的目的 连续梁桥一般需要在主梁与墩之间设置支座 连续梁桥采用悬臂浇筑施工方法时 单个 t 构两侧需对称平衡进行施工 但具体施工时 t 构两侧会出现不平衡荷载 而铰接形式的支座不能承受弯矩 为防止因梁段施工中出现的偏载等因素引起不平衡 弯矩而使 t 构 发生倾覆 必须在墩与主梁之间进行临时固结 等至少一端合龙后 第二章 连续梁桥施工过程中的临时固结 10 才能解除临时固结 临时固结的设置 就是为了在桥梁悬臂对称施工过程中 保证桥 梁结构能抵抗各种可能出现的不平衡力因素 保证桥梁结构在施工过程中的安全性和 稳定性 使 t 型结构不会发生倾覆性破坏 根据以上原则 临时固结装置或措施设计时需要考虑产生不平衡力因素的荷载 常见的偏载如下 1 两侧混凝土浇筑不均衡 需要考虑至少一个梁块混凝土方量的不均衡荷载 2 施工机具 操作装置 施工人员的不均衡布置 3 施工过程中张拉预应力筋时产生的不均衡预加力荷载 4 施工过程中的最不利温度变化荷载 5 施工过程的最不利风荷载 6 其他可能出现的不均衡荷载 在上述不平衡偏载的最不利组合情况下 桥梁结构临时固结位置会产生不平衡的 水平力 竖向力和弯矩等力 临时固结装置或措施的设计 应具有足够的强度 刚度 和稳定性来够克服这些不平衡力 确保结构的稳定 14 2 2 2 临时固结的常见形式 连续梁桥临时固结的意义是把梁体和桥墩临时固定在一起 使其从不稳定结构变 为稳定的 t 结构 保证连续梁在悬臂施工过程中不至于倾覆 临时固结的做法很多 要视工程的具体情况而定 悬浇连续梁墩梁临时固结形式常见的设置方式有六种 分 别介绍如下 第一种 在墩顶和主梁零号块之间设置硫磺砂浆临时支座和预应力粗钢筋 构成 墩梁临时固结 这种方法是利用梁与墩的双排预应力筋承受悬臂施工中产生的不平衡 弯矩 通常预应力筋的下端预埋在墩内 预应力筋穿过临时支座锚在墩顶零号块内 或锚在零号块的顶板上 预应力筋的根数由计算不平衡弯矩确定 临时支座一般采用 c40 混凝土 在混凝土支座中层设有 10 20cm 厚夹有电阻丝的硫磺砂浆层 解除临时 固结时可以通过电阻丝通电后融化硫磺砂浆方法来实现 其优点是结构简单 施工较 为方便 梁体施工过程中比较稳固安全 这种方法的缺点是 在实际施工中电阻丝等 容易出现故障 因为硫磺中混有砂浆 导致要达到硫磺的熔点比较困难 将电阻丝通 电后 往往不能完全融化硫磺砂浆 造成临时支座不得不采用人工凿除或静态爆破的 方式来解除 如图 2 2 长安大学硕士论文 11 图图 2 2 图图 2 3 第二种 当墩身较高 水较深时 可采用在墩身上部安装预埋件并围建三角形撑 架来敷设梁段的临时支承 墩顶预埋钢筋与砂筒组成墩梁固结 优点是墩梁固结较为 稳定 拆除方便 缺点是砂筒在承受梁体重量和施工荷载时有较小沉降 选成砂筒受 力不均 砂筒制作比较复杂 浪费材料 如图 2 3 第三种 钢管混凝土柱与混凝土柱内预埋钢筋组成的墩梁固结 墩身中心线两侧 各设两根直径为 1 2m 的钢管 每根钢管下口与承台预埋钢筋焊接 管内浇注砼 钢 管上口预埋钢筋与粱体连接 优点是可适于较长的 0 块 可简化 0 块支架搭设 可 承受不平衡荷载 拆除方便 缺点是钢管砼柱上口与梁体接触面呈倾斜状 两者之间 在荷载作用时有微小滑移 如图 2 4 图图 2 4 图图 2 5 第四种 竖向预应力钢筋与钢管组合成墩梁固结 采用直径 80cm 的钢管设置在 承台边缘 20cm 处 墩身两侧各 4 根 钢管倾斜 钢管内各设 2 束竖向临时锚固预应 力钢筋 墩身两侧相应 2 根钢管在纵向支撑处用 2 股穿过墩身预应力钢绞线对拉 优 点是钢管作为 0 块支撑 简化了支架 拆除方便 缺点是钢管倾斜 同一排钢管顶 面很难控制在一条直线上 导致钢管受力不均 稳定性稍差 第五种 墩梁间四周采用混凝土支墩连接 混凝土支墩内设置钢筋 另外在混凝 第二章 连续梁桥施工过程中的临时固结 12 土支墩与桥墩顶面及连续梁底面间各设置一块 5mm 厚层板 将支墩混凝土与桥墩混 凝土脱离 以便支墩拆除时墩顶混凝土面平整 因此 混凝土支墩起到支撑的作用 而钢筋或精轧螺纹钢筋主要起到拉接的作用 通过墩顶四周的支墩将连续梁与桥墩连 接成一个整体 即固结为一个整体 使得连续梁在悬浇过程中稳定 待连续梁合龙后 即可拆除临时支墩 临时固结支墩的混凝土采用爆破或凿除方式拆除 而支墩内的钢 筋采用切割机切断拆除 该固结形式是目前较为常用的临时固结形式 如图 2 5 第六种 用支架临时支撑主梁零号块 用以支撑主梁悬臂浇筑期间的不平衡荷载 这是在当桥不是很高 水又不是很深并且易于搭设临时支架时采用的支架式固结措施 在此情况下 拼装中的不平衡力矩完全靠梁段的自重来平衡 12 如图 2 6 图图 2 6 2 3 临时固结的实施及解除 2 3 1 临时固结实施 本文背景桥梁工程中采用第一种临时固结方式 即在墩顶和主梁零号块之间设置 硫磺砂浆临时支座和预应力粗钢筋 构成墩梁临时固结 从浇墩顶混凝土开始预埋精 轧螺纹钢筋至零号块顶面为止 其连接采用套管 墩面上摆放内有电阻丝的硫磺水泥 砂浆垫块 四处摆好受力筋 从墩顶面至箱梁顶摆薄铁皮管 待浇好混凝土达到强度 后 利用千斤顶张拉至设计吨位即可 2 3 2 临时固结解除 墩梁临时固结的解除 一般在边跨合龙后或相邻 t 形结构合龙后进行 临时固结 解除时 已浇筑合龙段混凝土必须达到强度要求 80 以上 凿除前应对边跨合龙段 或跨中合龙段以及悬臂端标高进行准确测量 解除临时固结过程中要及时监测 记录 长安大学硕士论文 13 这些标高值变化 确保施工安全和桥墩及主梁的质量安全 避免结构受损 解除临时 固结的施工平台可沿墩身搭设脚手架 做好防护网防护工作 保证施工人员安全 首先 对连结墩梁的预应力粗钢筋放张 对于采用硫磺砂浆和混凝土制成的临时 固结 可将预埋在里面的电阻丝通电融化 对未能完全融化的部分可用镐凿等手动凿 除法 待露出钢筋时 采用氧 火焰切割法除去放张后的预应力粗钢筋 并用环氧砂浆 对梁底 墩顶的钢筋孔洞进行封堵处理 2 3 3 临时固结设置的注意事项 墩梁临时固结设置的意义在于防止因梁段施工中出现的偏载等因素引起不平衡弯 矩而使 t 构发生倾覆 保证施工中的安全性和稳定性 为保证临时固结的质量及顺利 解除 常有以下几点 1 做好临时支座与周围部件的隔离 临时支座与梁体及墩底接 触面铺以薄膜或油毡隔离 各垫石标高顶面保持一致 并与永久支座平齐略高 3 5mm 避免施工时永久支座受力和临时支座拆除时梁体下落使梁体收到震动 在临时支座与 永久支座垫石之间隔一层石棉布 防止硫磺砂浆融化时烧坏永久垫石 由于支座与梁 底及墩顶间有隔离膜 很容易就用风镐结合人工将其凿除 2 预应力粗钢筋下端用固 端锚锚于盖梁下部或桥墩体内部 张拉端位于梁顶 上锚垫板与梁顶面之间预留 10cm 的垫层间隙 在锚固构造安装完成后张拉前 浇筑梁顶垫层 c50 混凝土 预埋在临时 支座内的钢筋在拆除时可用砂轮机切割 3 临时支座的浇筑要定位准确养护到位 按 照设计位置尺寸对临时支座进行放样 安装临时支座模板 浇筑底层混凝土 待底层 混凝土强度达到 10mpa 以上时 将预先制好的硫磺砂浆灌入到临时支座模板内 摊平 到设计厚度 由于硫磺砂浆冷却时体积收缩很大 表面初凝后 要覆盖保温 待完全 凝固后再浇筑上层混凝土 2 4 临时固结的计算方法 采用悬臂施工法的预应力混凝土连续梁桥 在施工过程中结构处于悬臂状态 在 墩梁之间设置临时固结措施或装置 是确保桥梁结构在悬臂施工过程中抗倾覆的一个 重要措施 因此在施工前必须对临时固结进行偏载抗倾覆计算 2 4 1 临时固结方案的设计 本方案采用 32 的精轧螺纹钢筋 通过预应力张拉 将主梁零号块 墩梁间硫磺 砂浆混凝土垫块和桥墩连接成一体 形成临时固结 在墩顶盖梁上永久支座顺桥方向 第二章 连续梁桥施工过程中的临时固结 14 两侧设置临时支座 作为梁体施工过程中临时固结用 临时支座采用 c50 混凝土及 m40 硫磺砂浆组成 每个盖梁上设置 4 个临时支座 单个支座高 32cm 面积 0 6m 2 67m 1 6 m2 平面尺寸详见图 2 7 a b c 临时支座中心纵向间距 2 4m 横 向间距 3 83 m 质心间距 临时支座预应力粗钢筋采用直径为 32mm 的精轧螺纹钢 筋 其极限抗拉强度为 930mpa 预加拉力为 523 5kn 弹性模量 e 2 0 10mpa 单 个支座共设置 12 根预应力粗钢筋 并竖向穿过临时支座 两端分别锚入盖梁底及墩顶 零号块箱梁顶 临时支座钢筋布置详见图 2 7 b c 临时支座的顶面和底面设置隔离 层以利拆除 在临时支座中央设置一层 5cm 层硫磺水泥砂浆 电阻丝规格为 800w 硫磺水泥砂浆要求达到 m40 等级并在实际施工前作烧除试验 混凝土临时支座 级硫磺砂浆 图图 2 7 a 长安大学硕士论文 15 图图 2 7 b 第二章 连续梁桥施工过程中的临时固结 16 级硫磺砂浆 混凝土临时支座 图图 2 7 c 2 4 2 不平衡荷载的计算数据基础 6 10 号墩两侧梁段对称悬臂施工 两侧梁单元长度尺寸划分如图 2 8 因为受条 件限制 11 号墩两侧梁段为不对称悬臂施工 两侧梁单元长度尺寸划分如图 2 9 图图 2 8 长安大学硕士论文 17 图图 2 9 在 6 10 号墩两侧各节段混凝土方量统计表 梁段名称 北边跨合龙段 5 4 3 2 1 0 梁段长度 cm 513 750 750 750 750 650 300 梁段体积 m3 32 619 37 173 40 332 45 919 53 665 59 233 84 555 梁段重量 t 84 81 96 65 104 86 119 39 139 53 154 01 219 84 梁段名称 0 1 2 3 4 5 中合龙段 梁段长度 cm 300 650 750 750 750 750 263 梁段体积 m3 84 555 59 233 53 665 45 919 40 332 37 173 12 788 梁段重量 t 219 84 154 01 139 53 119 39 104 86 96 65 33 25 在 11 号墩两侧各节段混凝土方量统计表 梁段名称 中合龙段 5 4 3 2 1 0 梁段长度 cm 513 700 700 700 700 600 300 梁段体积 m3 24 944 34 876 37 796 43 015 50 262 55 154 84 555 梁段重量 t 64 86 90 68 98 72 111 84 130 68 143 40 219 84 梁段名称 0 1 2 3 4 5 南边跨合龙段 梁段长度 cm 300 500 500 500 500 500 295 梁段体积 m3 84 555 81 31 64 01 54 19 47 11 43 15 23 69 梁段重量 t 219 84 211 41 166 43 140 88 122 48 122 19 61 59 第二章 连续梁桥施工过程中的临时固结 18 2 4 3 不均衡荷载因素分析 1 两侧混凝土浇筑不均衡 需要考虑至少一个梁块混凝土方量的不均衡荷载 2 施工机具 操作装置 施工人员的不均衡布置 3 施工过程中的最不利温度变化荷载 4 施工过程的最不利风荷载 5 其他可能出现的不均衡荷载 2 4 4 荷载计算 在进行悬臂施工时 理论上应该完全对称浇筑 但实际上可能会出现不平衡荷载 经每个施工阶段模拟比较 在进行合龙段混凝土浇筑时 t 型结构达最大悬臂状态 桥墩上的临时固结受力为最不利情况 6 10 号墩两侧荷载状况相同 可以 6 号墩为例 由于 11 号墩两侧悬臂长度与 6 10 号墩两侧的悬臂长度不同 要分别计算 11 号墩两侧 不平衡荷载和 6 10 号墩两侧不平衡荷载 梁段施工误差重量按 5 计算 一 6 号墩两侧梁段不平衡荷载计算 北边跨合龙段施工时 6 号墩顶上临时固结受力情况最为不利 由于北边支架现 浇梁段和边跨合龙段均是在支架上现浇施工 施工完成后一次性拆除支架 边跨支架 现浇段和边跨合龙段是以一次落架方式作用在一端简支 5 号墩 另一端固结 桥墩 的一次超静定固端梁上 所以 北边跨合龙时 取北边支架现浇段和边跨合龙段混凝 土的一半重量 p1 84 81t 2 加载在悬臂端上 合龙过程中 悬臂端上放置的机具 器具 和工人等施工偏荷载 p2 10t 施工北边跨合龙段时产生的荷载 p 84 81 2 10 52 405t 靠近边跨一侧梁段重量误差按增大 5 计算 靠近跨中方向一侧梁段重量误差按减小 5 计算 计算简图如图 2 10 图图 2 10 6 10 号墩临时固结计算简图号墩临时固结计算简图 长安大学硕士论文 19 根据力的平衡原理 由 y 0 即 p g1 105 g2 105 g3 105 g4 105 g5 105 g0 g1 95 g2 95 g3 95 g4 95 g5 95 fa fb 得 fa fb 1501 125t 由 ma 0 即 g1 105 3 55 g2 105 10 55 g3 105 18 05 g4 105 25 55 g5 105 33 05 p 36 80 g0 1 20 g1 95 5 95 g2 95 12 95 g3 95 20 45 g4 95 27 95 g5 95 35 45 fb 2 40 0 得 fb 528 540t fa 2029 665t 故临时支座 a 处受压 压力为 pa 2029 665t 临时支座 b 处受拉 拉力为 pb 528 540t 二 11 号墩两侧梁段不平衡荷载计算 由于最大悬臂状态时 11 号墩两侧梁段长度不同 跨中方向为 38 米 南边跨方向 为 25 米 在进行墩两侧对应梁段施工时 南边垮方向梁段到墩中心的力臂较跨中方向 梁段到墩中心的力臂偏小 严重不对称 有违悬臂施工的对称原则 但因条件限制 必须采用这样的跨径 为此 南边跨采用特殊设计措施 通过加大横截面尺寸和腹板 厚度 顶底板厚度来加大梁段自身重量 借以消除因力臂偏小而引起的不稳定因素 所以 11 号墩两侧梁段施工过程中的不平衡荷载计算要分两种不利工况来考虑 工况一 跨中方向梁段施工误差重量按 5 计算 南边跨方向梁段施工误差重量 按 5 计算 合龙过程中 跨中方向合龙段混凝土重量 p1 64 86t 跨中方向悬臂端 上放置的机具 器具和工人等施工偏荷载 p2 10t 施工合龙段时产生的荷载 p 64 86 10 74 86t 计算简图如图 2 11 第二章 连续梁桥施工过程中的临时固结 20 图图 2 11 11 号墩临时固结计算简图 工况一 号墩临时固结计算简图 工况一 根据力的平衡原理 由 y 0 即 p g1 105 g2 105 g3 105 g4 105 g5 105 g0 g1 95 g2 95 g3 95 g4 95 g5 95 fa fb 得 fa fb 1624 007t 由 ma 0 即 g1 105 3 3 g2 105 9 8 g3 105 16 8 g4 105 23 8 g5 105 30 8 p 34 3 g0 1 2 g1 95 5 2 g2 95 10 2 g3 95 15 2 g4 95 20 2 g5 95 25 2 fb 2 40 0 得 fb 575 488t fa 2199 495t 故临时支座 a 处受压 压力为 pa 2199 495t 临时支座 b 处受拉 拉力为 pb 575 488t 工况二 南边跨方向梁段施工误差重量按 5 计算 跨中方向梁段施工误差重量 按 5 计算 由于南边支架现浇梁段和边跨合龙段均是在支架上现浇施工 施工完成 后一次性拆除支架 边跨支架现浇段和边跨合龙段是以一次落架方式作用在一端简支 12 号墩 另一端固结 桥墩 的一次超静定固端梁上 所以 南边跨合龙时 取 南边支架现浇段和边跨合龙段混凝土的一半重量 p1 61 59t 2 加载在悬臂端上 南边跨 方向悬臂端上放置的机具 器具和工人等施工偏荷载 p2 10t 施工合龙段时产生的荷 载 p 30 795 10 40 795t 计算简图如图 2 12 长安大学硕士论文 21 图图 2 12 11 号墩临时固结计算简图 工况二 号墩临时固结计算简图 工况二 根据力的平衡原理 由 y 0 即 p g1 105 g2 105 g3 105 g4 105 g5 105 g0 g1 95 g2 95 g3 95 g4 95 g5 95 fa fb 得 fa fb 1608 749t 由 mb 0 即 g1 105 2 8 g2 105 7 8 g3 105 12 8 g4 105 17 8 g5 105 22 8 p 25 3 g0 1 2 g1 95 5 7 g2 95 12 2 g3 95 19 2 g4 95 26 2 g5 95 33 2 fa 2 40 0 得 fa 88 532t fb 1697 281t 故临时支座 b 处受压 压力为 pb 1697 281t 临时支座 b 处受拉 拉力为 pb 88 532t 经工况一和工况二的计算结果对比 工况一为最不利偏载工况 2 4 5 临时支座垫石及预应力粗钢筋的布置设计 根据施工过程中可能出现偏载情况 连续梁各中