轻型挂蓝的设计与施工科研DOC

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52m68m44m三孔预应力砼变高度连续箱梁，全长164m。箱梁采用单箱双室结构，顶板宽14.74米，底板宽9.64米，梁高2.04.0米，梁底下缘呈二次抛物线变化，底板厚0.250.5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3.5m和4m两种，合拢段长度为3m。挂蓝由施工单位自行设计、制造。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

2、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52m68m44m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。2000年11月27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2001-11）进行挂蓝设计。2003年5月12日济南铁路工程集团公司以程科发200386号文关于公布工程集团公司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号文关于下达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

3、铁路大桥的箱梁悬臂浇注施工。3、挂蓝设计技术的研究： 2003年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50t的要求，考虑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）、结构重量轻、整体刚度大、变形小。b）、构件数量少、拼装快。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、吊杆和工作平台组成。挂蓝设计总图（1）、（2）。4、设计依据规范：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

4、（工程编号2001-11）b）、钢结构设计规范c）、公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000d）、公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-865、设计荷载根据施工图设计要求，中跨1#-7#段，边跨1-7#段采用挂蓝施工，设计最大块长4米，最大块重122t，设计挂蓝承载力130t，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，直至满足要求。a） 挂

5、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，两边肋及中肋厚度均为40cm厚，高度最高达4m，最大块长4m，为降低挂蓝高度，故采用六片刚度较大梯形桁架，下弦长2×4.5m,桁高3m;下弦截面形式为236a,上弦截面形式为232a,斜杆截面形式为220a。如下图3 b） 挂蓝后锚固形式挂蓝后锚采用竖向锚固, 由32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12套。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20吨。c） 挂蓝吊杆系统挂蓝前吊杆采用4根32精轧螺纹钢

6、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220a，滑梁截面形式为28a；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，以减少挂蓝滑动摩阻力；走行动力采用两台YCW-60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。 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

7、计算原则和假定；验算荷载考虑乘k=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、j, 每一结点有3个自由度u、v、q。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： （1） 其中 （2） （3） 而单元刚度矩阵的表达式为： （4） 当单元轴线与整体坐标轴x有一倾角时，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： （5）式中 整体坐标系中的单元刚度矩阵； 局部坐标系中的单元刚度矩

8、阵； 坐标变换矩阵，具体表达式为： （6）式中： 计算图式1：计算图式2：计算图式3：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弯矩Mmax=7.81 t*m max=44.4Mpa2）后吊杆支架受力：3）桁架结构内力计算计算简图：验算内力及变形：d）挂蓝下部结构内力计算计算简图：验算内力：8、预应力设计挂蓝后锚固系统与前吊杆系统均采用级32精轧螺纹钢筋，标准强度800Mpa，后锚固设计张拉力20t，前吊杆受力19.5t，变形量为6mm；挂蓝后吊杆组采用4根60丝杆，材质为40Cr，标准强度780 Mpa，设计张拉力30t。预应力

9、系统均采用Ycw60B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, 抗倾覆安全系数设计为3.6,挂蓝自锚固系统安全系数设计为3.2。9、结构变形验算挂蓝上部结构变形量已在结构内力分析计算中计算出为7mm，挂蓝吊杆系统的变形量为6mm，挂蓝总变形量为13mm。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个测点，按前端

10、点、前端1/4处、前端1/2处、前端3/4处布置；前后下横梁按边腹板、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、弯矩Mx、My，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

11、成一个半桥，进行补偿。即用一枚与工作应变计完全相同（型号、阻值、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AB和BC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RF，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Rt，故桥路的输出由上可知，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：SETL-M32精密水准仪

12、、CM-1A-20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a）、在主梁0#块灌注完成后，在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%分级加载。b）、根据正常使用荷载下（100%）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:1）、变形试验数据表明：实测挂蓝弹性变形值与理论计算值符合程度较好，变形值符合设计要求。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好，但吊杆内力有

13、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。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#现浇段浇注、张拉、压浆完，拆除0#块支架、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

14、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

15、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，此时测量的准确十分重要，最好

16、在早晨太阳出来前测量完，以减少温度的影响。c）、预应力张拉后标高 预应力张拉后结构控制标高的测量，用于获得与利用实测结构参数反馈计算值的差异，从而了解预加力值是否发生偏差、预应力的线形模拟是否恰当、预应力损失是否估计得正确以及决定是否修改预加力的理论值，此值主要提供给监控单位。5、实施验证经六路跨铁路大桥悬臂浇筑施工目前已接近完成， 通过对挂篮变形设计计算控制、预压试验符合、施工过程控制验证以及对悬臂结构施工控制等诸多因素做了较为详细的分析，取得了实际性的经验，这些经验对于现场施工人员和设计人员都有很重要的参考意义。 第五部分 经济及社会效益报告济南市经六路西延长线跨铁路大桥工程于2003年4月开工，预计12月15日合拢贯通。该桥的贯通将为缓解济南市东西交通拥挤状况起到重要作用。1、该桥