武咸城际汤逊湖特大桥连续梁(40+72+40)m施工监控计算书.doc

石家庄铁道大学土木工程学院 武咸城际铁路连续梁施工监控计算武咸城际汤逊湖特大桥预应力混凝土连续梁施工监控计算石家庄铁道大学土木工程学院二一年十二月14目 录1 引言12 结构布置及施工方法12.1 结构布置12.2 施工方法24 计算模型与计算参数34.1 计算模型的建立34.2 计算参数的取值64.3 坐标体系65 施工阶段划分76 主梁施工阶段挠度分析77 主梁各截面预拱度设置118 结论131 引言武咸城际铁路桥梁3#6#墩间为三跨预应力混凝土连续梁，桥跨布置为40+72+40m，全长153.2m(含两侧梁端至边支座中心各0.6m)，除A0及边跨直线段A11号块外，连续梁采用挂篮法施工。桥面宽度：挡砟墙内侧净宽9.0m，桥上人行道栏杆内侧净宽12.0m，梁顶面宽12.2m。为了严格控制线形，必须对桥梁施工过程中各阶段结构的应力和位移状态以及施工控制参数进行计算及预测，为施工提供施工控制目标值，保证施工的顺利进行并使结构最终达到或接近设计要求的成桥状态。本报告给出了各梁段施工标高的初步计算结果，待有了混凝土的有关科研及材料试验成果后，再复核验证初步计算结果。2 结构布置及施工方法2.1 结构布置梁体各控制截面梁高分别为：端支座处及边跨直线段和跨中截面中心处为3.2m，中支点处梁高5.8m，梁高按圆曲线变化，圆曲线半径R=217.117m；桥面组成如下：挡砟墙内侧宽度9.0m，挡砟墙外两侧翼缘板宽度各1.35m。全桥箱梁顶全宽12.2m；边支点处箱梁底宽6.34m，中支点处箱梁底宽6.91m。本桥箱梁为单箱单室斜腹板断面；腹板斜率为1：5。顶板厚34cm，跨中腹板厚50cm，中支点附近腹板厚70cm，跨中底板厚44cm，中支点梁根部的100cm，中支点处加厚到150cm；全桥共设5道横隔梁，分别设于中支点、端支点和中间跨跨中截面。中支点处设置厚2.5m的横隔梁，边支点处设置厚1.4m的端隔梁，跨中合拢段设置厚0.6m的中横隔梁。隔板设有孔洞，供检查人员通过。全梁共分43个梁段，中支点A0号块长度11m，一般梁段长度分成3.0m、3.5m，跨中合拢段2.0m；边跨合拢段1.2m；边跨直线段长4.4m，最大悬臂浇筑块重1211.6kN。挡砟墙：墙较箱梁悬臂板高：直线及曲线内侧为700mm，曲线外侧为900mm。灌注梁体混凝土时预留钢筋并于梁体就位后现场灌注。墙每4m左右设1cm断缝并以橡胶泥填塞。主桥采用三向预应力混凝土结构，管道成孔采用金属波纹管成孔。纵向预应力钢束包括边跨、中跨底板束和顶板束，腹板下弯束和合拢束，底板合拢钢束。施工图设计要求预施应力应分阶段一次张拉完成。张拉应在梁体混凝土强度达到设计强度的90%后进行，且必须保证张拉时梁体混凝土龄期大于7天。预应力张拉顺序严格按照施工图要求顺序进行张拉，除靠近梁端侧纵向预应力束采用单端张拉，其余预应力钢束均采用两端张拉，两端应保持对称张拉，最大不平衡束不应超过1束，张拉顺序为先腹板束，后顶板束，从外到内左右对称进行。预施应力值以油压表读数为主，以预应力伸长量进行校核。预施应力过程中应保持两端的伸长量基本一致。2.2 施工方法连续梁0#块采用支架现浇法施工，1#9#梁段采用悬臂挂篮施工，边跨现浇段采用支架现浇施工，合拢段采用吊架合拢方式合拢。合拢顺序为：先边跨合拢，再中跨合拢。墩梁临时固结的解除顺序为：边跨合拢后，拆除4、5#墩临时固结，完成一次体系转换；中跨合拢，完成第二次体系转换。武咸城际铁路桥梁3#6#墩间三跨连续梁(40+72+40)m主要施工工序为：浇筑墩顶0#块混凝土悬臂浇筑1#-9#块混凝土在支架浇筑边跨现浇段混凝土浇筑边跨合拢段混凝土拆除3、4#墩梁临时固结浇筑中跨合拢段混凝土铺设二期恒载图1 武咸城际 (40+72+40)m连续梁桥主要施工工序3 计算依据(1)铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.3-2005)(2)铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005)(3)新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定(铁建设【2005】140号)(4)新建时速300350公里客运专线铁路设计暂行规定(上、下)(铁建设【2007】47号)(5)高速铁路设计规范(试行) (TB 10621-2009) (6)新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定(铁建设函【2003】205号)(7) 相关各方提供的有关技术资料4 计算模型与计算参数4.1 计算模型的建立运用Midas/Civil有限元软件建立该桥的计算模型。根据悬浇梁段的长度和构造形式，全桥共分68个单元。主梁采用每个节点6个自由度的空间梁单元进行模拟，严格按照图纸上的桥梁结构布置和截面尺寸进行建模。武咸城际(40+72+40)m连续梁桥的计算模型如图2所示。() 三维图() 立面图图2 武咸城际 (40+72+40)m连续梁桥计算模型模型单元分布与施工箱梁节段分布一致，共分为011号块。截面由SPC截面特征器生成，因此，单元截面模拟真实截面，自动计算截面性质(刚度、质量等)，计算方法以自动生成的有限元网格作截面刚度计算。下表列出了几个典型断面：A0号块1-1A0号块2-2A0号块3-3A9号块1-1A11号块1-1跨中合拢段由于每个墩顶处梁底设两个支座，为了准确模拟支座形式对梁体线形及内力的影响，在梁底支撑处向两侧各设一刚性连杆，在连杆端部施加约束，用以模拟梁底支撑。墩梁临时固结与体系转换用边界条件的激活与钝化来模拟。施工阶段的挂篮重量、临时施工荷载用变化的集中力模拟。临时荷载和挂篮荷载加载位置为已浇筑完成的箱梁和即将浇筑的箱梁的连接处。齿板重量用固定的集中力来模拟，按重心位置进行加载。模型中的预应力钢束如图36。213图3 模型中的预应力钢束腹板下弯束图4 大样1中跨顶板合拢束中跨底板合拢束图5 大样2边跨底板合拢束边跨顶板合拢束图6 大样34.2 计算参数的取值(1)主梁采用C50混凝土，混凝土弹性模量取3.55x104MPa。混凝土计算容重取为26.5kN/m3。(2)桥上二期恒载重：q= 168.7kN/m。另外，将防护墙等效成均布荷载后与二期恒载一起施加，合计为170kN/m。(3)混凝土收缩徐变计算参数采用：环境相对湿度采用70 %混凝土平均加载龄期按5天计，终极龄期按2000天计。(4)纵向预应力钢绞线采用抗拉强度标准值fpk=1860Mpa，弹性模量Ep=1.95105MPa，公称直径为15.20mm高强度、低松弛钢绞线，其技术条件符合GB5224标准。纵向预应力损失计算参数取值：管道摩阻系数=0.23，管道偏差系数 k=0.0025，其它损失按铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）计算。(5)活载：本桥采用ZK标准活载。在计算预拱度时，采用1/2静活载。(6)施工挂篮重：施工挂篮重取650 kN/个，合拢吊架重取350 kN/个。4.3 坐标体系(1)整体坐标整体坐标XG、YG、ZG为右手系：l XG轴沿桥梁中线由1号墩支座开始向右，原点在1号墩顶。l ZG轴竖直向上，原点在梁顶。l YG轴与XG和ZG轴正交构成右手系，即横向水平指向。(2)局部坐标局部坐标XL、YL、ZL用于指示单元内力和变形，也服从右手螺旋法则。纵向主梁单元的局部坐标系同整体坐标系，竖向单元的局部坐标系如图9所示。图9 整体坐标和竖向单元的局部坐标5 施工阶段划分根据桥梁的施工工序，全桥共分16个施工阶段，每个施工阶段又包括三个子阶段(混凝土浇筑、张拉预应力钢筋、挂篮前移)，各施工阶段的工作内容、施工天数及安装单元号见表1所示。表1 施工阶段划分一览表施工阶段编号内容描述施工天数安装单元编号1施工墩顶0#块，挂篮安装，重量65t，准备浇筑1号块3021号块悬浇施工，张拉预应力，移动挂篮1032号块悬浇施工，张拉预应力，移动挂篮1043号块悬浇施工，张拉预应力，移动挂篮1054号块悬浇施工，张拉预应力，移动挂篮1065号块悬浇施工，张拉预应力，移动挂篮1076号块悬浇施工，张拉预应力，移动挂篮1087号块悬浇施工，张拉预应力，移动挂篮1098号块悬浇施工，张拉预应力，移动挂篮10109号块悬浇施工，张拉预应力，移动挂篮1011边跨合拢段混凝土浇筑、张拉预应力筋1012拆除边跨施工机具，4#、5#墩顶临时固结解除213中跨合拢段混凝土浇筑、张拉力筋1014拆除中跨施工机具215二期恒载3016使用阶段36506 主梁施工阶段挠度分析根据施工图要求考虑混凝土收缩徐变时间为成桥后10年。恒载作用下各梁段控制点各施工阶段累计挠度值见表2所示，表中挠度值为各观测点相对于墩顶的挠度，挠度值以向上为正。表2 各梁段控制点各施工阶段累计挠度阶段节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点1234567891011121314151617181920-1.75-0.37-0.3200.430.521.530号块-2.91-1.61-0.38-0.3200.420.511.671号块-4.17-2.59-1.47-0.38-0.3200.420.511.812号块-5.49-3.67-2.32-1.40-0.38-0.3200.420.511.883号块-6.41-4.61-3.16-2.12-1.33-0.38-0.3200.420.511.954号块-7.02-5.15-3.83-2.78-1.94-1.27-0.38-0.3200.420.512.015号块-6.66-5.41-4.23-3.33-2.52-1.84-1.24-0.39-0.3300.420.512.046号块-5.31-4.97-4.42-3.73-3.07-2.40-1.79-1.23-0.39-0.3300.410.502.067号块-4.45-4.71-4.80-4.46-3.85-3.19-2.49-1.85-1.26-0.39-0.3300.410.502.038号块-5.83-6.23-6.39-6.25-5.60-4.67-3.76-2.85-2.04-1.34-0.40-0.3400.410.491.959号块0.590-0.78-3.28-3.93-5.08-5.73-5.90-5.43-4.59-3.71-2.83-2.03-1.33-0.41-0.3400.410.492.02边跨合拢0.150-0.19-0.68-0.76-0.86-1.02-1.29-1.49-1.59-1.60-1.53-1.37-1.08-0.39-0.3300.410.492.04边跨吊架、临时支承拆除-0.0900.140.951.342.443.223.573.623.433.062.531.881.170.260.220-0.17-0.20-0.52中跨合拢0.090-0.11-0.32-0.33-0.34-0.50-0.83-1.14-1.36-1.48-1.50-1.40-1.13-0.42-0.3500.420.512.28中跨吊架拆除0.110-0.14-0.45-0.51-0.64-0.89-1.29-1.64-1.87-1.96-1.93-1.75-1.38-0.49-0.4100.490.592.58二期恒载00000000000000000000说明：1、表中单位以mm计；2、表中数据为梁段前端数值；3、假定桥面设计标高为0。阶段节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点21222324252627282930313233343536373839400号块2.081号块2.412.392.372号块2.672.892.462.442.873号块2.883.393.352.712.703.333.374号块3.063.784.143.993.133.103.964.113.765号块3.174.044.644.924.743.873.844.714.894.614.026号块3.224.174.915.425.755.574.924.895.535.715.394.884.157号块3.164.084.795.325.725.765.545.495.465.515.725.695.284.774.058号块2.973.724.234.504.594.323.873.723.673.653.693.844.294.564.474.203.709号块3.144.064.795.365.916.266.657.568.888.867.536.626.235.875.324.764.03边跨合拢3.204.185.005.706.447.047.739.0010.7210.708.977.707.016.415.664.974.15边跨吊架、临时支承拆除-0.81-1.33-2.05-2.96-4.15-5.56-6.95-7.81-8.24-8.25-8.25-8.25-8.24-7.82-6.96-5.58-4.18-2.98-2.07-1.35中跨合拢3.825.457.118.7310.4911.9813.1413.8814.1414.1514.1514.1514.1413.8713.1311.9610.478.717.095.44中跨吊架拆除4.326.168.059.9211.9713.7515.1716.1116.4916.5016.5016.5016.4916.1115.1613.7411.959.908.046.15二期恒载00000000000000000000阶段节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点4142434445464748495051525354555657585960611.520.520.420-0.31-0.37-1.740号块2.071.660.510.420-0.32-0.38-1.60-2.901号块2.391.800.510.420-0.32-0.38-1.46-2.57-4.152号块2.661.870.510.420-0.32-0.38-1.39-2.31-3.65-5.473号块2.861.940.510.420-0.32-0.38-1.32-2.10-3.14-4.58-6.394号块3.042.000.510.420-0.32-0.38-1.26-1.92-2.75-3.80-5.12-6.985号块3.152.030.500.410-0.32-0.38-1.23-1.82-2.50-3.30-4.19-5.37-6.626号块3.202.040.500.410-0.33-0.39-1.22-1.77-2.37-3.04-3.70-4.38-4.93-5.277号块3.142.010.500.410-0.33-0.39-1.25-1.83-2.47-3.16-3.81-4.42-4.76-4.67-4.428号块2.951.940.490.400-0.33-0.40-1.33-2.02-2.82-3.73-4.64-5.56-6.20-6.35-6.20-5.829号块3.122.000.490.400-0.34-0.40-1.32-2.01-2.80-3.68-4.55-5.39-5.86-5.69-5.05-3.91-3.27-0.7800.59边跨合拢3.182.020.490.410-0.32-0.38-1.07-1.35-1.50-1.56-1.55-1.45-1.25-0.99-0.84-0.75-0.67-0.1900.15边跨吊架、临时支承拆除-0.83-0.53-0.20-0.1700.220.271.181.902.553.083.453.653.603.252.461.350.950.140-0.09中跨合拢3.812.270.510.420-0.35-0.42-1.13-1.39-1.49-1.46-1.34-1.11-0.80-0.48-0.33-0.32-0.31-0.1100.09中跨吊架拆除4.312.570.590.480-0.41-0.49-1.37-1.74-1.91-1.94-1.85-1.61-1.26-0.87-0.62-0.50-0.44-0.1400.11二期恒载0000000000000000000007 主梁各截面预拱度设置恒载作用下主梁各截面挠度见图10，1/2静活载作用下挠度见图11。桥梁对称线桥梁对称线图11 静活载挠度图(单位：mm)图10 恒载挠度图(单位：mm)各测点预设挠度理论值见表3。 表3 各截面预抛高(mm)节点号至梁端距离(m)里程恒载挠度(f1)1/2静活载挠度(f2)预抛高(f)备注10DK1+626.29-0.59 -0.13 0.72 梁端20.6626.890 0 0 3#墩支座31.4627.690.78 -0.19 -0.59 44.4630.693.28 -0.97 -2.31 55.6631.895.83 -1.26 -4.57 69.1635.394.45 -1.99 -2.46 712.6638.895.31 -2.51 -2.80 816.1642.396.66 -2.77 -3.89 919.6645.897.02 -2.78 -4.24 1023.1649.396.41 -2.58 -3.83 1126.1652.395.49 -2.27 -3.22 1229.1655.394.17 -1.87 -2.29 1332.1658.392.91 -1.41 -1.50 1435.1661.391.75 -0.91 -0.84 1539.1665.390.37 -0.24 -0.13 1639.35665.640.32 -0.20 -0.12 1740.6666.890 0 0 4#墩支座1841.85668.14-0.43 -0.36 0.79 1942.1668.39-0.52 -0.44 0.96 2046.1672.39-1.53 -1.74 3.27 2149.1675.39-2.08 -2.81 4.89 2252.1678.39-2.39 -3.94 6.32 2355.1681.39-2.46 -5.09 7.56 2458.1684.39-2.71 -6.25 8.96 2561.6687.89-3.13 -7.54 10.67 2665.1691.39-3.87 -8.69 12.56 2768.6694.89-4.92 -9.63 14.55 2872.1698.39-5.49 -10.29 15.77 2975.6701.89-3.67 -10.58 14.25 3076.3702.598.25 -10.59 2.34 3176.6702.898.25 -10.59 2.34 中跨跨中3276.9703.198.25 -10.59 2.34 3377.6703.89-3.65 -10.58 14.23 3481.1707.39-5.46 -10.29 15.75 3584.6710.89-4.89 -9.63 14.52 3688.1714.39-3.84 -8.69 12.53 3791.6717.89-3.10 -7.54 10.64 3895.1721.39-2.70 -6.25 8.95 3998.1724.39-2.44 -5.09 7.54 40101.1727.39-2.37 -3.94 6.31 41104.1730.39-2.07 -2.81 4.88 42107.1733.39-1.52 -1.74 3.26 43111.1737.39-0.52 -0.44 0.96 44111.35737.64-0.42 -0.36 0.79 45112.6738.890 0 0 5#墩支座46113.85740.140.31 -0.20 -0.11 47114.1740.390.37 -0.24 -0.13 481