先張法混凝土傳力柱式流水線臺(tái)座設(shè)計(jì)與施工

先張法混凝土傳力柱式流水線臺(tái)座設(shè)計(jì)與施工

運(yùn)輸是經(jīng)濟(jì)的動(dòng)脈，橋梁是運(yùn)輸設(shè)施不可或缺的重要組成部分。近十年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、工業(yè)水平的提高、新材料的出現(xiàn)、工藝和科學(xué)的不斷創(chuàng)新，橋梁建設(shè)的理論和計(jì)算手段日益先進(jìn)。其中先張法預(yù)應(yīng)力橋梁生產(chǎn)臺(tái)座工藝已成多樣化發(fā)展。好的先張橋梁臺(tái)座必須保證設(shè)計(jì)合理、施工簡(jiǎn)單、正常使用的安全度且必須經(jīng)濟(jì)合理。以下是筆者在臺(tái)座設(shè)計(jì)、施工和橋梁生產(chǎn)過程控制中,對(duì)先張法橋梁混凝傳力柱式長線臺(tái)座設(shè)計(jì)、施工的思路。1先張法橋梁混凝傳力柱式長片式施工方案江西省吉安白鷺大橋C標(biāo)合同段中有400余片先張法20m預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁,梁長20m,梁寬1.5m,梁重28t,結(jié)構(gòu)為內(nèi)室箱梁。根據(jù)工期要求及施工場(chǎng)地的條件,在技術(shù)人員經(jīng)過技術(shù)分析后提出先張法橋梁混凝傳力柱式長線臺(tái)座的施工方案。經(jīng)對(duì)養(yǎng)護(hù)方式和養(yǎng)護(hù)周期、放張強(qiáng)度、臺(tái)座周轉(zhuǎn)周期、模型套數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)座布置、生產(chǎn)進(jìn)度要求、施工人數(shù)和每班工作強(qiáng)度等進(jìn)行分析,確定按4線、每線3片20m橋梁布置較為合理。1天最多生產(chǎn)1線,要求進(jìn)度快時(shí),采取相應(yīng)的技術(shù)措施,可達(dá)到每3天生產(chǎn)4線,即每3天生產(chǎn)12片20m橋梁的進(jìn)度。2預(yù)應(yīng)力混凝土壓力柱的構(gòu)造經(jīng)對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉總噸位、技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、施工難度的分析,確定采取結(jié)構(gòu)形式為:鋼筋混凝土壓力柱、柱截面采用矩形,端部設(shè)置張拉橫梁,壓力柱下部設(shè)置墩基、壓力柱端設(shè)計(jì)成梭形。其壓力柱寬40cm,高50cm,截面面積不大,形式合理簡(jiǎn)單,施工方便。具體結(jié)構(gòu)見圖1。2.1設(shè)計(jì)不受施工操作采用龍門吊車起梁和運(yùn)梁,因此制梁平臺(tái)高程與壓力柱表面高程相比,可以設(shè)計(jì)得較低些,也不會(huì)影響施工操作。特將預(yù)應(yīng)力水平中心線與壓力柱的水平中心線設(shè)計(jì)成兩中心線重合,壓力柱在豎直方向?yàn)檩S心受壓,即豎直方向不出現(xiàn)偏心距,即安全又經(jīng)濟(jì)。2.2鋼質(zhì)變形約束結(jié)構(gòu)臺(tái)座設(shè)計(jì)方案因制梁平臺(tái)表面高程比壓力柱表面高程,較偏心壓力柱低些,橋梁模型安裝、拆卸要有足夠的施工空間,故將左右兩柱之間的距離設(shè)計(jì)得更大些,設(shè)計(jì)為3m,這樣便會(huì)增大臺(tái)座兩端壓力柱間的距離縮小,滿足預(yù)應(yīng)力筋通過的需要尺寸,設(shè)計(jì)為1.5m,臺(tái)座不僅節(jié)約了鋼材簡(jiǎn)化張拉橫梁設(shè)計(jì),而且合理適用,外形也更美觀,梭形端部需設(shè)計(jì)鋼質(zhì)變形約束結(jié)構(gòu),具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理見圖2。其中桿件CD受拉為(N5+N7)×2=14.4t,可知桿件AC和CD需采用柔性鋼桿件如圓鋼、螺紋鋼等截面不穩(wěn)定的桿件,而CD需采用鋼性桿件如槽鋼、工鋼等。2.3抗起穩(wěn)定驗(yàn)算軸心壓力柱在承受壓力時(shí),也會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲變形,如變形過大,結(jié)構(gòu)會(huì)因失穩(wěn)而破壞,形成事故,因此必須予以重視。對(duì)變形方向進(jìn)行分析,向下有地基、墩基約束,因其承載力足夠,不會(huì)出現(xiàn)過大變形。左、右水平方向的變形,因兩柱之間相隔一定距離設(shè)計(jì)有聯(lián)系桿件,將左右兩柱聯(lián)結(jié)約束,穩(wěn)度較大不易變形。只有向上方向的變形約束力較弱,僅靠自重約束,因此應(yīng)予以加強(qiáng)。為保證壓力柱受力穩(wěn)定在壓力柱下,一定距離設(shè)置抗失穩(wěn)的混凝土墩基,設(shè)置預(yù)埋件,將壓力柱與墩基用螺栓聯(lián)結(jié),抵抗壓力柱向上方向的變形。施工時(shí)應(yīng)注意,不得將連接螺栓上得太緊而限制壓力柱縱向方向的變形。2.4技術(shù)處理措施鋼筋混凝土壓力柱在承受壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生正常的壓縮變形,該壓力柱經(jīng)計(jì)算可達(dá)到16mm以上的變形、該變形如受到約束,將產(chǎn)生縱向彎曲變形。為了克服和減少這種不正常的變形,特采取以下兩措施進(jìn)行技術(shù)處理。一是壓力柱與其之下的墩基預(yù)埋鋼板之間加入石墨粉、減少壓力柱與墩基間的摩擦阻力,措施二是在兩墩基之間的壓力柱地基上鋪砂子、壓實(shí)再輔塑料布,然后再在塑料布上灌筑壓力柱的混凝土,灌筑時(shí)振動(dòng)棒不得接觸塑料布,保證壓力柱底面平整,壓縮變形時(shí)不致增加阻力。除此還應(yīng)注意兩柱之間的聯(lián)系桿件在壓力柱拉壓縮變形時(shí)也不得頂上制梁臺(tái)座的平臺(tái),采取墊泡沫2cm的方法處理。2.5座為實(shí)列介紹在臺(tái)座設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行傳力柱受力分析,其中軸心彎曲系數(shù)θ、計(jì)算長度L0、臺(tái)座壓縮量ΔL的計(jì)算比較重要,下面以吉安先張梁臺(tái)座為實(shí)列進(jìn)行介紹。根據(jù)設(shè)計(jì),混凝土C30,Ra=175kg/cm2,縱向力N=300/2t=150000kg,安全系數(shù)K=1.55×1.1=1.705(軸心抗壓強(qiáng)度系數(shù)、附加安全系數(shù)),Rg=3400kg/cm2,截面積A=h×b=2000cm2,配筋6?20+4?16,截面積Ag=18.85cm2+8.04cm2=26.89cm2。(1)a/365a總的5-4.A總=2000+26.89×(19.5?3)×105/(3×105)=2147.9(cm2)A總=2000+26.89×(19.5-3)×105/(3×105)=2147.9(cm2)(2)計(jì)算軸向彎曲系數(shù)hθ=KN/(RaA總+Rg｀Ag｀)=0.547θ=ΚΝ/(RaA總+Rg｀Ag｀)=0.547(3)計(jì)算長度為l0由θ=0.547查表得L0/h為29,即L0=29,h=14.5m。(4)計(jì)算臺(tái)座壓縮容量l取L=7000cm,ΔL=δL/Eh=1.63cm。3先張橋梁混凝土傳力柱式調(diào)速機(jī)臺(tái)座施工及生產(chǎn)過程中的適用性吉安項(xiàng)目部在白鷺大橋建設(shè)中,成功運(yùn)用了先張橋梁混凝土傳力柱式長線臺(tái)座。在臺(tái)座的施工和橋梁生產(chǎn)過程中積累了大量施工經(jīng)驗(yàn)和原始數(shù)據(jù),以下分別從先張橋梁混凝土傳力柱式長線臺(tái)座在施工和使用中的注意事項(xiàng)、張拉和放張工藝、橋梁生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)監(jiān)控來論述其的適用性。3.1具體做法位移量的控制在張拉過程中會(huì)產(chǎn)生一部分有害的臺(tái)座壓縮量。施工中需高度重視壓縮量對(duì)臺(tái)座產(chǎn)生的影響,并利用工藝方式消除其對(duì)臺(tái)座產(chǎn)生危害。具體做法在前點(diǎn)已提級(jí),施工中還需計(jì)算各墩基和傳力柱、聯(lián)系桿件和臺(tái)座間的具體位移量,細(xì)致的采取相應(yīng)措施。傳力柱澆筑過程中嚴(yán)格控制混凝土的強(qiáng)度和水灰比,并做彈模試件以復(fù)驗(yàn)傳力柱壓縮量,這點(diǎn)不能忽略。傳力柱壓縮量取決于彈模,早期強(qiáng)度的提高并不能代表其彈模也相應(yīng)提高,而彈模與水灰的大小有著密切的聯(lián)系,此點(diǎn)施工技術(shù)人員需高度重視。3.2預(yù)應(yīng)力筋張拉和澆筑(1)張拉過程中需注意安全防止預(yù)應(yīng)力筋斷裂造成事故,必須設(shè)置警示牌、警報(bào)燈和對(duì)施工人員加強(qiáng)安全意識(shí)的教育,張拉過程中危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)嚴(yán)禁人員逗留。(2)先張橋梁的生產(chǎn)工藝往往是張拉→綁扎鋼筋→立?！鷿仓炷?但施工中因?yàn)楦鞣N原因使預(yù)應(yīng)力筋斷裂生產(chǎn)事故,白鷺大橋工地就因?yàn)殇摻g線材質(zhì)原因發(fā)生過鋼絞線斷裂。筆者建議將張拉程序分兩次進(jìn)行以減少預(yù)應(yīng)力筋斷裂造成的危害。具體為:張拉(初調(diào)一定噸位,使預(yù)應(yīng)力筋達(dá)緊繃即可)→綁扎鋼筋→立?！鷱埨?達(dá)到要求噸位)→澆筑混凝土。此工藝需注意二次張拉時(shí)不得讓預(yù)應(yīng)力筋與模型產(chǎn)生摩擦,而降低力筋張拉應(yīng)力。(3)同一張拉線橋梁必須連續(xù)灌筑,嚴(yán)禁因其他原因相隔長時(shí)間后繼續(xù)灌筑。因水泥水化熱會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋造成應(yīng)力損失。3.3預(yù)應(yīng)力損失拉值單根張拉千斤頂將單根鋼絞線初調(diào)到一定數(shù)據(jù),高噸位頂伸千斤頂通過張拉橫梁整體張拉鋼絞線到控制應(yīng)力的一定值,然后進(jìn)行綁扎鋼筋和安裝模型,再單根鋼絞線張拉到控制應(yīng)力,且應(yīng)考慮一定的超張拉值,超張拉值的大小,由有關(guān)預(yù)應(yīng)力損失狀況結(jié)合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)的狀況綜合決定,確保橋梁的預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)的應(yīng)力值。張拉完畢后應(yīng)盡快連續(xù)灌筑該條張拉線的橋梁混凝土。從梭形先張法臺(tái)座張拉端受力分析可見,如兩個(gè)頂伸千斤頂在張拉和放松應(yīng)力時(shí)出現(xiàn)的相對(duì)誤差,臺(tái)座壓力柱在受到兩千斤頂誤差的作用,將會(huì)產(chǎn)生橫向分力,為了克服這種有害的橫向分力的作用,特將先張臺(tái)座張拉端頭四邊形壓力柱成為穩(wěn)定的三角形,但鋼筋截面積配得不能太大,受力有一定限制,如橫向力過大,臺(tái)座將會(huì)被破壞,造成事故,為此必須嚴(yán)格控制兩千斤頂施力同步問題,要從千斤頂油壓值和千斤頂活塞外伸長值兩方面進(jìn)行測(cè)量和控制,不得超出規(guī)定誤差。3.4預(yù)應(yīng)力筋張拉在橋梁生產(chǎn)過程中特別是臺(tái)座使用初期時(shí)需做好數(shù)據(jù)監(jiān)控,包括:(1)張拉臺(tái)座兩傳力柱壓縮量監(jiān)控,需在傳力柱上多做幾處監(jiān)控點(diǎn)以觀察傳力柱縱橫向的變形狀況。(2)橋梁放張后梁體壓縮量此數(shù)據(jù)與鋼絞線應(yīng)力和混凝土彈模相關(guān)大致可看出生產(chǎn)過程是否異常。(3)鋼絞線伸長值可考察張拉情況。(4)放張后橋梁的位此點(diǎn)可監(jiān)控放張是否正常。從以上數(shù)據(jù)可看出,對(duì)吉安長線1號(hào)臺(tái)座進(jìn)行了變形監(jiān)測(cè),測(cè)試結(jié)果表明,此臺(tái)座變形和梁體情況已符合工藝設(shè)計(jì)要求。4先張橋梁混凝土式張拉臺(tái)座現(xiàn)使用的先張橋梁臺(tái)座共有鋼管混凝土傳力柱式張拉臺(tái)座、型鋼傳力柱式張拉臺(tái)座、獨(dú)立墩基式先張臺(tái)座和先張橋梁混凝土傳力柱式臺(tái)座四種。以下分別論述各種形式臺(tái)座的優(yōu)缺點(diǎn):獨(dú)立墩基式先張臺(tái)座:完全靠墩基礎(chǔ)的自重和基礎(chǔ)摩擦力錨固受力端,不適合高噸位張拉,并且在臺(tái)座線長過短時(shí)成本不合理,并且施工難度大,需開挖深度基礎(chǔ),并灌筑大方量混凝土,對(duì)地基土質(zhì)要求較高,一次性使用,不具備拆卸搬遷性能。使用后場(chǎng)地清理困難。優(yōu)點(diǎn):在張拉線過長是,節(jié)約制造成本。經(jīng)成本分析對(duì)比在線長不超過160m,的情況下基本不具備經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。型鋼傳力柱式張拉臺(tái)座適合于線長30m左右的張拉臺(tái)座,如張拉線較長成本將很大。優(yōu)點(diǎn):可用在超高噸位張拉中運(yùn)用,且可搬遷往復(fù)使用。鋼管混凝土式張拉臺(tái)座設(shè)計(jì)上主要由于套箍作用(與鋼筋混凝土的握裹作用不同)使整體強(qiáng)度提高。鋼管及其內(nèi)部混凝土的相互作用,當(dāng)復(fù)合截面受力時(shí),就會(huì)產(chǎn)生三向應(yīng)力,即縱向、環(huán)向和徑向應(yīng)力。由于鋼管與混凝土彈性模量不同,現(xiàn)國內(nèi)關(guān)于鋼管混凝土的承壓計(jì)算理論基礎(chǔ)還不清晰、健全,設(shè)計(jì)人員往往是半理論半經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)行計(jì)算,勢(shì)必在成本和安全儲(chǔ)備中存在矛盾,成本普遍偏大。并且鋼管混凝土在澆筑時(shí)成本較大,需使用高噸位混凝土壓注泵,澆筑質(zhì)量不易保證,且監(jiān)控難度大。優(yōu)點(diǎn):可以往復(fù)拆卸、搬遷使用,施工完畢后場(chǎng)地清理較簡(jiǎn)單。先張橋梁混凝土傳力柱式臺(tái)座與其它形式先張臺(tái)座相比有以下優(yōu)點(diǎn):具備完整的理論計(jì)算原理、節(jié)約資金、施工簡(jiǎn)單、美觀、安全、制造和使用過程中監(jiān)控便利。線長基本不受限制,在線超長的情況下需采取措施控制傳力柱壓縮量給張拉力造成損失,如采用高強(qiáng)度高彈?；炷?。對(duì)地基質(zhì)量和基礎(chǔ)深度所需不高。缺點(diǎn):不能搬遷往復(fù)使用,施工完畢后拆除相對(duì)于可搬遷的臺(tái)座形式較困難。先張橋梁混凝土傳力柱式臺(tái)座在理論和施工等方面的優(yōu)勢(shì)已逐漸為我國橋梁工程師所認(rèn)識(shí)。由于