先張法混凝土傳力柱式流水線臺座設(shè)計與施工

先張法混凝土傳力柱式流水線臺座設(shè)計與施工

運輸是經(jīng)濟的動脈，橋梁是運輸設(shè)施不可或缺的重要組成部分。近十年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進步、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)的理論和計算手段日益先進。其中先張法預(yù)應(yīng)力橋梁生產(chǎn)臺座工藝已成多樣化發(fā)展。好的先張橋梁臺座必須保證設(shè)計合理、施工簡單、正常使用的安全度且必須經(jīng)濟合理。以下是筆者在臺座設(shè)計、施工和橋梁生產(chǎn)過程控制中,對先張法橋梁混凝傳力柱式長線臺座設(shè)計、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座的施工方案。經(jīng)對養(yǎng)護方式和養(yǎng)護周期、放張強度、臺座周轉(zhuǎn)周期、模型套數(shù)、現(xiàn)場臺座布置、生產(chǎn)進度要求、施工人數(shù)和每班工作強度等進行分析,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,要求進度快時,采取相應(yīng)的技術(shù)措施,可達到每3天生產(chǎn)4線,即每3天生產(chǎn)12片20m橋梁的進度。2預(yù)應(yīng)力混凝土壓力柱的構(gòu)造經(jīng)對預(yù)應(yīng)力張拉總噸位、技術(shù)性、經(jīng)濟性、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)計成梭形。其壓力柱寬40cm,高50cm,截面面積不大,形式合理簡單,施工方便。具體結(jié)構(gòu)見圖1。2.1設(shè)計不受施工操作采用龍門吊車起梁和運梁,因此制梁平臺高程與壓力柱表面高程相比,可以設(shè)計得較低些,也不會影響施工操作。特將預(yù)應(yīng)力水平中心線與壓力柱的水平中心線設(shè)計成兩中心線重合,壓力柱在豎直方向為軸心受壓,即豎直方向不出現(xiàn)偏心距,即安全又經(jīng)濟。2.2鋼質(zhì)變形約束結(jié)構(gòu)臺座設(shè)計方案因制梁平臺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)計得更大些,設(shè)計為3m,這樣便會增大臺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)計為1.5m,臺座不僅節(jié)約了鋼材簡化張拉橫梁設(shè)計,而且合理適用,外形也更美觀,梭形端部需設(shè)計鋼質(zhì)變形約束結(jié)構(gòu),具體結(jié)構(gòu)設(shè)計原理見圖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)定驗算軸心壓力柱在承受壓力時,也會產(chǎn)生縱向彎曲變形,如變形過大,結(jié)構(gòu)會因失穩(wěn)而破壞,形成事故,因此必須予以重視。對變形方向進行分析,向下有地基、墩基約束,因其承載力足夠,不會出現(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。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會產(chǎn)生正常的壓縮變形,該壓力柱經(jīng)計算可達到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,灌筑時振動棒不得接觸塑料布,保證壓力柱底面平整,壓縮變形時不致增加阻力。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也不得頂上制梁臺座的平臺,采取墊泡沫2cm的方法處理。2.5座為實列介紹在臺座設(shè)計中必須進行傳力柱受力分析,其中軸心彎曲系數(shù)θ、計算長度L0、臺座壓縮量ΔL的計算比較重要,下面以吉安先張梁臺座為實列進行介紹。根據(jù)設(shè)計,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)計算長度為l0由θ=0.547查表得L0/h為29,即L0=29,h=14.5m。(4)計算臺座壓縮容量l取L=7000cm,ΔL=δL/Eh=1.63cm。3先張橋梁混凝土傳力柱式調(diào)速機臺座施工及生產(chǎn)過程中的適用性吉安項目部在白鷺大橋建設(shè)中,成功運用了先張橋梁混凝土傳力柱式長線臺座。在臺座的施工和橋梁生產(chǎn)過程中積累了大量施工經(jīng)驗和原始數(shù)據(jù),以下分別從先張橋梁混凝土傳力柱式長線臺座在施工和使用中的注意事項、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產(chǎn)生一部分有害的臺座壓縮量。施工中需高度重視壓縮量對臺座產(chǎn)生的影響,并利用工藝方式消除其對臺座產(chǎn)生危害。具體做法在前點已提級,施工中還需計算各墩基和傳力柱、聯(lián)系桿件和臺座間的具體位移量,細致的采取相應(yīng)措施。傳力柱澆筑過程中嚴格控制混凝土的強度和水灰比,并做彈模試件以復(fù)驗傳力柱壓縮量,這點不能忽略。傳力柱壓縮量取決于彈模,早期強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、警報燈和對施工人員加強安全意識的教育,張拉過程中危險區(qū)域內(nèi)嚴禁人員逗留。(2)先張橋梁的生產(chǎn)工藝往往是張拉→綁扎鋼筋→立?！鷿仓炷?但施工中因為各種原因使預(yù)應(yīng)力筋斷裂生產(chǎn)事故,白鷺大橋工地就因為鋼絞線材質(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)力筋達緊繃即可)→綁扎鋼筋→立?！鷱埨?達到要求噸位)→澆筑混凝土。此工藝需注意二次張拉時不得讓預(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,嚴禁因其他原因相隔長時間后繼續(xù)灌筑。因水泥水化熱會對預(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)合圖紙設(shè)計時的狀況綜合決定,確保橋梁的預(yù)應(yīng)力達到設(shè)計的應(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。從梭形先張法臺座張拉端受力分析可見,如兩個頂伸千斤頂在張拉和放松應(yīng)力時出現(xiàn)的相對誤差,臺座壓力柱在受到兩千斤頂誤差的作用,將會產(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,臺座將會被破壞,造成事故,為此必須嚴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行測量和控制,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)過程中特別是臺座使用初期時需做好數(shù)據(jù)監(jiān)控,包括:(1)張拉臺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可監(jiān)控放張是否正常。從以上數(shù)據(jù)可看出,對吉安長線1號臺座進行了變形監(jiān)測,測試結(jié)果表明,此臺座變形和梁體情況已符合工藝設(shè)計要求。4先張橋梁混凝土式張拉臺座現(xiàn)使用的先張橋梁臺座共有鋼管混凝土傳力柱式張拉臺座、型鋼傳力柱式張拉臺座、獨立墩基式先張臺座和先張橋梁混凝土傳力柱式臺座四種。以下分別論述各種形式臺座的優(yōu)缺點:獨立墩基式先張臺座: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,并且在臺座線長過短時成本不合理,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。使用后場地清理困難。優(yōu)點:在張拉線過長是,節(jié)約制造成本。經(jīng)成本分析對比在線長不超過160m,的情況下基本不具備經(jīng)濟優(yōu)勢。型鋼傳力柱式張拉臺座適合于線長30m左右的張拉臺座,如張拉線較長成本將很大。優(yōu)點:可用在超高噸位張拉中運用,且可搬遷往復(fù)使用。鋼管混凝土式張拉臺座設(shè)計上主要由于套箍作用(與鋼筋混凝土的握裹作用不同)使整體強度提高。鋼管及其內(nèi)部混凝土的相互作用,當復(fù)合截面受力時,就會產(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算理論基礎(chǔ)還不清晰、健全,設(shè)計人員往往是半理論半經(jīng)驗的進行計算,勢必在成本和安全儲備中存在矛盾,成本普遍偏大。并且鋼管混凝土在澆筑時成本較大,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:可以往復(fù)拆卸、搬遷使用,施工完畢后場地清理較簡單。先張橋梁混凝土傳力柱式臺座與其它形式先張臺座相比有以下優(yōu)點:具備完整的理論計算原理、節(jié)約資金、施工簡單、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,如采用高強度高彈?；炷痢Φ鼗|(zhì)量和基礎(chǔ)深度所需不高。缺點:不能搬遷往復(fù)使用,施工完畢后拆除相對于可搬遷的臺座形式較困難。先張橋梁混凝土傳力柱式臺座在理論和施工等方面的優(yōu)勢已逐漸為我國橋梁工程師所認識。由于