大跨度连续梁桥施工周期的控制

大跨度连续梁桥施工周期的控制

0悬臂浇筑法施工大跨径梁桥对于大型高差连续梁桥，主要施工方法为悬臂施工：从桥墩开始，两侧对称施工。而悬臂施工法又主要包括悬臂拼装和悬臂浇筑两大类,前者是通过首先预制好梁体节段,然后借助机械关于桥墩对称安装,再通过预应力束的张拉使预制节段和已有桥梁结构成为一个整体的施工方法;后者主要是利用挂篮或者吊架关于桥墩对称浇筑混凝土,待混凝土强度达到一定要求,即混凝土达到龄期后,张拉该节段的全部预应力钢束,然后移动挂篮、模板等进行下一个节段的施工,直至结构合龙。由此可见,对于采用悬臂施工工艺的大跨径连续梁桥,预应力钢束的施工是整个桥梁结构施工过程中的重点、难点。通常情况下,大跨度连续梁桥的预应力钢束包括三种,即纵向预应力束、竖向预应力束以及横向预应力束。对于采用悬臂浇筑施工工艺施工的大跨度梁桥,传统施工工序是先张拉纵向预应力束再张拉竖向预应力束,最后再张拉横向预应力束,且张拉纵向预应力束必须在混凝土达到一定强度后。而移动挂篮,进行一个节段的施工通常得在张拉完竖向预应力束后,如此一来,整个桥梁的施工周期就加长了。本文结合工程实例对采用悬臂浇筑施工工艺的大跨度连续梁桥中纵向预应力束、竖向预应力束的张拉顺序进行探讨、分析,为同类工程提供借鉴和参考。1合龙段箱梁方案蒿子港澧水特大桥主桥,位于湖南岳常高速公路段,采用分离式设计,桥梁上部结构为66m+3×106m+66m的预应力混凝土连续箱梁桥。主桥的施工方法为悬臂现浇施工法,箱梁为单箱单室截面,其高度以及底板厚度均以二次抛物线变化,箱梁梁高由桥墩截面梁高6.2m向跨中截面梁高3.0m变化。该桥左右幅箱梁主要参数如下:左、右半幅箱梁顶板一次宽14.50m、12.75m;底板依次宽7.50m、6.50m;悬臂依次长3.50m、3.125m。箱梁在55#~58#墩、54#墩和59#墩依次设1.8m、1.0m厚横隔板,合龙段箱梁增设0.4m厚横隔板。蒿子港澧水特大桥主桥桥型布置图如图1所示。2主桥箱梁实体模型建立根据蒿子港澧水特大桥设计图纸中的结构布置和结构尺寸,本文取蒿子港澧水特大桥主桥箱梁的两个悬臂节段(8#、7#)为分析对象,采用Midas/Civil有限元软件对主桥箱梁建立实体模型进行仿真分析。在建立箱梁实体模型时,箱梁的顶板、底板、腹板采用实体单元模拟、纵竖向预应力钢束采用桁架单元模拟,悬臂端根部边界按固结模拟。建模时所采用的坐标系为直角坐标系,X轴为桥的横向、Z轴为桥的竖向、Y轴为桥的纵向。箱梁的有限元实体模型如图2~3所示。3悬臂现浇阶段预应力张拉顺序大跨度连续梁桥的悬臂浇筑法是一种利用挂篮或者吊架关于桥墩对称浇筑混凝土,待混凝土强度达到一定要求即混凝土达到龄期后,张拉该节段的全部预应力钢束,然后移动挂篮、模板等进行下一个节段的施工,直至结构合龙的施工工艺。对于采用悬臂浇筑法施工的大跨度连续梁桥,其重点、难点在于预应力钢束的施工及控制,它直接关系到桥梁结构施工过程中甚至成桥后的线形及受力状态,进而影响到桥梁成桥后的运营状态。同时,预应力的张拉顺序则能够有效地控制桥梁的施工周期。本文以蒿子港澧水特大桥为工程背景,以缩短大跨度连续梁桥的施工周期为目标,对纵向预应力束、竖向预应力束的张拉顺序进行了探讨。为了研究、分析大跨度连续梁桥在悬臂现浇施工过程中不同预应力张拉顺序对箱梁应力的影响,本文记传统的预应力张拉工序:先张拉纵向预应力束再张拉竖向预应力束为工序A1;记更改后的预应力张拉工序:先张拉竖向预应力束后张拉纵向预应力束为工序A2。3.1预应力张拉工序对于采用悬臂浇筑施工工艺施工的大跨度连续梁桥,在预应力钢束施工工程中,传统施工工序为先张拉纵向预应力束再张拉竖向预应力束,记此张拉工序编号为A1。为缩短施工周期,将传统预应力张拉工序修改为:先张拉竖向预应力束再张拉纵向预应力束,记此张拉工序编号为A2。为了分析先张拉纵向预应力钢束后张拉竖向预应力束(A1工序)与先张拉竖向预应力钢束后张拉纵向预应力束(A2工序)这两种工序完成后(纵向和竖向预应力钢束都张拉完成后)的箱梁应力,本文分别对两种预应力张拉工序建立Midas实体模型。图4~6列出了A1预应力张拉工序张拉完成时,节段箱梁的顺桥向、横桥向、竖桥向应力图。图7~9列出了A2预应力张拉工序张拉完成时,节段箱梁的顺桥向、横桥向、竖桥向应力图。通过对图4~6和图7~9对比分析可得出:A1、A2工序张拉完成后的节段箱梁顺桥应力、横桥应力、竖桥应力均相同,故A1、A2预应力张拉工序对节段箱梁的最终应力分布没有影响。3.2s1、s1钢束张拉前后箱梁应力分布对于采用悬臂浇筑施工工艺施工的大跨度连续梁桥,在预应力钢束施工工程中,传统施工工序为先张拉纵向预应力束再张拉竖向预应力束,记此张拉工序编号为A1。为缩短施工周期,将传统预应力张拉工序修改为:先张拉竖向预应力束再张拉纵向预应力束,记此张拉工序编号为A2。由3.1的计算结果可知,先张拉纵向预应力钢束后张拉竖向预应力束(A1工序)与先张拉竖向预应力钢束后张拉纵向预应力束(A2工序)这两种工序完成后(纵向和竖向预应力钢束都张拉完成后)的节段箱梁顺桥应力、横桥应力、竖桥应力均相同,故A1、A2预应力张拉工序对节段箱梁的最终应力分布没有影响。但为了考虑在A2预应力工序施工过程中(张拉完竖向预应力钢束后、张拉纵向预应力钢束前)箱梁的安全性,本文以澧水特大桥主桥箱梁8#、7#节段为对象,建立Midas实体模型,对A2工序施工过程中(竖向预应力钢束张拉后、纵向预应力钢束张拉前)的箱梁应力进行研究、分析。图10~14分别列出了A2工序中竖向预应力钢束张拉完成后纵向预应力钢束张拉前,节段箱梁的顺桥向应力图、横桥向应力图、竖桥向应力图、第1主应力图、第3主应力图。通过对图10~14对比分析可得出:预应力混凝土节段箱梁腹板区的最大拉应力普遍都在0.6~0.8MPa。4其他钢束张拉过程中箱梁应力本文以蒿子港澧水特大桥主桥为工程背景,分析、比较了先张拉纵向预应力钢束后张拉竖向预应力束(A1工序)与先张拉竖向预应力钢束后张拉纵向预应力束(A2工序)这两种工序完成后(纵向和竖向预应力钢束都张拉完成后)的箱梁应力,同时也分析了在A2工序施工过程中(竖向预应力钢束张拉后、纵向预应力钢束张拉前)的箱梁应力,得出如下结论:(1)同一悬臂节段箱梁,在悬臂施工过程中,更换纵、竖向预应力钢束张拉顺序对悬臂节段箱梁各方向的最终应力没有影响