轻型挂蓝的设计与施工-科研.(DOC)

1、1 第一部分 概 述 济南市经六路西延长线工程位于经十路与张庄路之间， 西起拖机 道，东至纬十二路，在济南站西编组场西咽喉区上跨津浦铁路正线， 设计为平行的两幅 52m52m 68m68m 44m44m 三孔预应力砼变高度连续箱梁，全 长 164m164m 箱梁采用单箱双室结构，顶板宽 14.7414.74 米，底板宽 9.649.64 米, 梁高 2.02.04.04.0 米，梁底下缘呈二次抛物线变化，底板厚 0.250.250.5 0.5 米，呈线性变化。 箱梁预应力为纵横双向预应力体系，纵向预应力束 设置顶板束和底板束。 箱梁施工采用悬臂挂蓝浇筑方法施工， 每段长度为 3.5m3.5m

2、和 4m4m 两 种，合拢段长度为 3m3m 挂蓝由施工单位自行设计、制造。2 第二部分 轻型挂蓝设计研究报告 1、任务来源： 济南市 经六路西延长线在济南站西编组场西咽喉区上跨津浦 铁路上、下行正线，设计为平行的两幅 52m52m 68m 44m68m 44m 三孔预应力砼 变高度连续箱梁桥。 该工程由济南市市政工程设计研究院设计， 济南 铁路工程集团公司施工。 20002000 年 1111 月 2727 日签顶施工合同书 。济 南铁路工程集团公司依据施工合同书和设计文件（工程编号 20012001- -1111）进行挂蓝设计。 20032003 年 5 5 月 1212 日济南铁路工程集

3、团公司 以程科发 200386 200386 号文关于公布工程集团公司 2003 2003 年科技发展计 划的通知立项并报济南铁路局科委， 济南铁路局科学技术委员会以 济铁科委发 200304 200304 号文关于下达 2003 2003 年济南铁路局科研及新技 术推广执行计划的通知公布付诸实施。 2、用途： 按承包合同完成济南市经六路西延长线跨铁路大桥的箱梁悬臂 浇注施工。 3、挂蓝设计技术的研究： 20032003 年 4 4 月初济南市经六路西延长线跨铁路大桥桥墩桩基开始施 工，与此同时进行挂蓝的设计工作，根据设计文件要求，挂蓝与施工 荷载的总重量不得大于 5050t t 的要求，考虑

4、到该桥箱梁每段的重量、结 构要求及工期紧的特殊情况， 并借鉴外单位的经验， 确定选用梯形焊 接整体桁架式挂蓝。此种挂蓝有以下特点： a a）、结构重量轻、整体刚度大、变形小。 b b） 、构件数量少、拼装快。 c c） 、采用型钢焊接，加工容易、造价低。 本挂蓝共分主桁架、后锚系、行走系、模板系、吊杆和工作平台组 3 成。挂蓝设计总图（ 1 1）、（2 2）。6 4、设计依据规范： a a） 、济南市经六路西延长线工程施工图第三册跨铁路桥工程 （工程编号 20012001- -1111） b b） 、钢结构设计规范 c c） 、公路桥涵施工技术规范JTJ041JTJ041- -20002000

5、 d d） 、公路桥涵钢结构及木结构设计规范 JTJ025JTJ025- -8686 5、 设计荷载 根据施工图设计要求， 中跨 1#1#- -7#7#段，边跨 1 1 - -7#7#段采用挂蓝施工， 设计最大块长 4 4 米，最大块重 122t122t，设计挂蓝承载力 130t130t，包括承 受每段梁段砼荷载及其施工荷载。 6、 挂蓝构造及尺寸拟定 根据桥位处于铁路运营繁忙的京沪线和货车编组站、 挂蓝下净空 等的要求，综合考虑设计要求、 经济与安全及钢结构设计的一般原则， 初步构思出挂蓝结构的各部分构造尺寸， 然后对挂蓝结构进行内力分 析，根据分析结果对初步构思的结构尺寸进行调整，反复优化

6、，直至 满足要求。 a）挂蓝主桁结构截面形式 主桥箱梁设计为单箱双室， 桥面宽度 14.9m,14.9m,两边肋及中肋厚度 均为 40cm40cm厚，高度最高达 4m4m 最大块长 4m4m 为降低挂蓝高度，故采 用六片刚度较大梯形桁架， 下弦长2 2X4.5m,4.5m,桁高3m;3m;下弦截面形式为 236a,236a,上弦截面形式为232a,232a,斜杆截面形式为 220a220a。如下图 3 3 7 b） 挂蓝后锚固形式 挂蓝后锚采用竖向锚固，由3232 精轧螺纹钢筋制成，上端锚固 在主桁后端的横梁上，下端锚固在主桥箱梁的顶板下部。挂篮后锚结 构对应桁架间距设置，共有 1212 套。

7、后锚结构在挂篮提升到位后，开 始穿锚杆，在后锚固横梁上进行张拉锚固，每根竖向锚张拉力为 2020 吨。 c） 挂蓝吊杆系统 挂蓝前吊杆采用 4 4 根3232 精轧螺纹钢筋制成，上端锚固在主桁 前端的横梁上，下端锚固在前下横梁下部。 d） 挂蓝走行系统 挂蓝走行采用与模板整体移动的形式， 在挂蓝移动前，先在主梁 上安装滑梁和锚固横梁，将后锚固力转移到主梁顶的锚固横梁上， 锚 固横梁截面形式为 2 22020a,滑梁截面形式为I 28a28a;挂蓝后端走行采 用滚动形式，锚杆通过滚轮与锚固横梁联结；挂蓝前端走行采用滑动 形式，滑梁顶焊接一块不锈钢薄钢板，挂蓝支点下焊接四氟乙烯板， 以减少挂蓝滑动

8、摩阻力；走行动力采用两台 Y CWY CW- -6 6（型穿心千斤顶， 千斤顶安装在主梁前端，通过张拉挂蓝前支点使挂蓝整体移动。8 7、结构内力计算 挂蓝结构的内力，按静载作用下，结构处于弹性工作阶段的假定 进行计算，并遵循钢桥结构内力的计算原则和假定； 验算荷载考虑乘 k=1.13k=1.13 的动载系数。 a） 计算方法及计算图式 挂蓝结构是较复杂的空间结构，为使结构分析更接近挂蓝的真实 工作状况，首先要对结构进行简化，把结构划分为简支梁、连续梁、 桁梁、板等组成的结构模型，采用杆系结构有限单元法分析。 平面杆系梁单元有两个结点 i i、j,j,每一结点有 3 3 个自由度 u u、v v

9、、 陀在局部坐标系下，单元结点力向量与结点位移向量之间的关系为： Fe =Ke e （ 1） 其中 Fe =Ni Qi Mi Nj Qj M jT （2） e =U Vi 弓 Uj Vj 汀 （3） 而单元刚度矩阵Ke的表达式为： 9 - EA l 0 0 EA l 0 0 1 0 12EIz 6EIz 0 12EIz 6EIz l3 l2 l3 l2 0 6EI z 4EIz 0 6EIz 2EIz I2 _ |2 Ke= EA l l 0 l 0 EA l l 0 l 0 1 12EI z 6EIz 1 12EI z 6EIz 0 l3 l2 0 l3 l2 0 6EI z 2Elz 0

10、6EIz 4Elz 1 2 2 I 10 当单元轴线与整体坐标轴 X X 有一倾角a时，其整体坐标系下的单 元刚度矩阵可由坐标变换矩阵求得，即: KJ =RTKeR 式中 Ks - 整体坐标系中的单元刚度矩阵; Ke局部坐标系中的单元刚度矩阵; R坐标变换矩阵，具体表达式为： Cx Cy 0 0 0 0 -Cy CX 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 R= 0 0 0 Cx Cy 0 0 0 0 - Cy Cx 0 .0 0 0 0 0 1一 式中： Cx = (Xj -xj/l Cy 二(yj -yJ/丨 l = (xj - xj2 - y)2 计算图式 1 1： 计算图式 2 2：

11、计算图式 3 3：(5) (6) ii b) 挂蓝上部结构内力计算 计算简图： 验算内力及变形： 1) 5 #梁(前)受力： 剪力 Qmax=12.71 t Qmax=12.71 t 弯矩 Mmax=7.81 t*mMmax=7.81 t*m (T max=44.4Mpa(T max=44.4Mpa 2) 后吊杆支架受力： 12 d）挂蓝下部结构内力计算 计算简图： 匸 i 1 I 3）桁架结构内力计算 计算简图： 验算内力及变形: 较力1 -J.- S- rzl 1_ IX X VP口 丫 - - 1 4 -4 1 -47.2 -1； 1 验算内力: 1 1 ii r 十 4.-. h/1

12、(Mp 4 4.4 &预应力设计 挂蓝后锚固系统与前吊杆系统均采用 W W 级 3232 精轧螺纹钢筋， 标准强度 800Mpa800Mpa 后锚固设计张拉力 20t20t，前吊杆受力 19.5t19.5t，变形 量为 6mm6mm挂蓝后吊杆组采用 4 4 根6060 丝杆，材质为 40Cr40Cr,标准强 度 780 780 MpaMpa 设计张拉力30t30t。预应力系统均采用 YCW60BYCW60B 型千斤顶配 撑脚或垫梁张拉。挂蓝施工时抗倾覆安全系数设计为 3.1,3.1,抗倾覆安 全系数设计为 3.6,3.6,挂蓝自锚固系统安全系数设计为 3.23.2。 9、结构变形验算

13、挂蓝上部结构变形量已在结构内力分析计算中计算出为 7mm7mm 挂 蓝吊杆系统的变形量为 6mm6mm 挂蓝总变形量为 13mm13mm14 第三部分 轻型挂蓝试验报告 1、概述 按设计及工艺要求，挂蓝需做静载试验，以检验挂蓝结构的 安全性和实测结构变形量， 为挂蓝施工预留沉降量提供依据， 并为挂 蓝鉴定提供试验依据，因此挂蓝试验具有鉴定性试验和科研性试验。 2、检测试验方案 a） 、变形观测试验： 因挂蓝横向宽度较大， 测点的布置可适当增加， 每片主桁下弦 杆处布置 4 4 个测点，按前端点、前端 1/4 1/4 处、前端 1/2 1/2 处、前端 3/4 3/4 处布置；前后下横梁按边腹板

14、、中腹板、边腹板布置测点；底纵梁按 前后端点、中点布置观测点，并重点观测主梁边腹板、中腹板处底纵 梁测点。 b） 、应变观测试验： 桁架杆件的内力，由杆件上布置的应变测试点来测定，在一个 截面上引起的法向应力的内力主要有三个：轴力 N N、弯矩 M M、M M，在 结构处在弹性工作状态时进行内力分析， 只要一个截面上的布置应变 测点的数目等于未知内力数， 即可求出全部未知内力数。 挂蓝重点测 试的构件为：桁架弦杆、斜杆、吊杆等，应变计在测量桥路中的布置 （安排连接）全部采用单臂工作、温度补偿的半桥接法。 试验原理： 在一个测量桥路只有一个工作片， 用一个温度补偿片与其组成一 个半桥，进行补偿。

15、即用一枚与工作应变计完全相同（型号、阻值、15 灵敏系数、粘贴工艺等均相同）的应变计作为温度补偿（称补偿片） 将它粘贴在一块与被测构件材料相同、但不受力的材料块（补偿块） 上，将它们处于同一温度场中。如下图: 将工作片与补偿片分别接在电桥的 ABAB 和 BCBC 桥臂上，另两个桥臂 接内部电阻。当构件受力并有温度变化时，工作片由于受力而引起的 电阻变化，设为尽，工作片和补偿片受到同样的温度变化，由此引 起同样的电阻变化，设为 R R，故桥路的输出 UBD=呼 RF + R R =UAC RF 4 R R _ R 4 R 由上可知，相邻桥臂上的温度变化产生的效应互相抵消， 应变仪 的读数应变只

16、显示被测杆件受力所引起的应变值。 3、主要测试仪器 主要测试仪器有：SETLSETL- -M32M32 精密水准仪、CMCM- -1A1A- -2020 型数字静态 电阻应变仪、电阻应变计。 4、试验实施及数据分析 R2 F B A 工作片 Ri 补偿片 C Ri R R 内阳 内阳 D F 1 - 16 a a）、在主梁 0#0#块灌注完成后，在 0#0#块上同步对称拼装挂蓝、按 挂蓝设计要求进行中吊杆、后锚固预应力张拉，张拉完成后，进行加 载，加载采用袋装石屑，按 50% 75% 100% 120%50% 75% 100% 120%分级加载。 b b） 、根据正常使用荷载下（100%100

17、%的应力变形测定值与理论计算 值进行比较，分析理论计算与实际受力状态的符合程度， 确定挂蓝构 件的承载力，估算基本的安全储备。 c） 、试验数据分析： - 厂 C 壯Jt- w； 7 ji n r - i _ kJ d 电 * f / a f jf 占r 二 / _ 1 十冥黑吩净 J ru* (rr ri 实測料杆应力（昕口） 1 1 4b MJ 7 彳 设:厂富:讣肚力（Va; - 17 *- J 1 1 J-=- z J (MPa) 1 J f J % hb.bhb.b -: / - J % r Cl，: 24 设上罅许直力（MPa） 1 1） ）变形试验数据表明：实测挂蓝弹性变形值与理

18、论计算值符合 程度较好，变形值符合设计要求。 2 2） ）内力试验数据表明：挂蓝桁架结构内力与理论计算内力吻合 较17 好，但吊杆内力有一组数据与理论计算值离散较大， 说明吊杆受力 与加载先后次序有较大关系，施工过程可采用全断面一次成型、分层 浇筑砼的方法，避免局部集中力过大，使挂蓝受力不均18 第四部分 箱梁悬臂浇注施工实施报告 1、概述 悬臂浇注施工法是利用挂蓝在已建成的桥墩上沿桥跨方向两侧 对称施工，当 0#0#现浇段浇注、张拉、压浆完，拆除 0#0#块支架、 0#0#块 临时固结后，进行主梁双悬臂现浇挂蓝的拼装、试压，然后进行主梁 节段砼悬臂浇注施工。 2、挂篮体系的变形控制 挂蓝的变

19、形一般是由挂篮体系在混凝土重量作用下的弹性变形 及挂篮系统各连接杆件因安装或松动而引起的几何变形组成的。 挂篮 体系的弹性变形通过预压试验可以得出， 而几何变形只能通过施工工 艺措施进行控制， 首先通过挂篮预压试验消除其非弹性变形影响， 同 时拧紧连接螺栓；另外，对挂蓝施加的预应力要在灌注砼前进行检查， 损失的预应力要进行补拉。 3、结构变形的测量 以梁底标高作为施工控制的目标来准确反映桥梁施工的变位， 施 工中要把每节段变形监测点从梁底测点经腹板引到桥面。 挂篮定位标 高按梁底待浇节段的最前沿横截面上的测点定位， 浇完混凝土后， 通 过测量梁顶预埋的钢筋头的标高与此时对应的梁底标高， 建立梁

20、底与 梁顶测点的标高关系， 这样已浇梁段的梁底标高可通过梁顶标高的测 量值反馈出来。 4、结构的挠度控制 悬臂浇筑每节段施工的标高控制包括三个关键工况： 挂篮前移定 位标高；混凝土浇筑后标高；预应力张拉后标高。 a） 、挂篮前移定位标高 ： 挂篮前移定位标高由四项内容组成。其一是结构成型的设计标 高，由设19 计单位给出；其二是结构施工期的预变位，可根据结构成型 线形反馈计算求得，由监控单位给出；其三是活载引起的预抛高，由 监控单位给出；其四是挂篮体系在节段混凝土浇筑过程中的变形预抛 高，由施工单位给出。定位标高是控制结构线形的关键内容，故在挂 蓝前移施工过程中， 必须保证前吊杆均匀受力、 中吊杆与后锚固张拉 到位、控制点定位标高正确。 b） 、混凝土浇筑后控制标高 混凝土浇筑后各控制点的标高， 主要用于已建结构状态的校核， 以便 修正已建结构标高的计算值和预测待浇节段的计算参数、 调整与优化 成桥线形，得到待浇节段的施工标高，