法國(guó)鐵路橋上最復(fù)雜的主梁技術(shù)

法國(guó)鐵路橋上最復(fù)雜的主梁技術(shù)

1東南角阿維尼翁立交橋法國(guó)目前正在修建一條巨大的高速鐵路（tgv）線，并正在修建中維尼翁高架橋。從巴黎到地中海的航線上。這座高架橋全長(zhǎng)達(dá)3000m,考察時(shí)大部分工程已完工。從主梁施工方面看,只剩下最后一橋墩上的主梁懸臂施工。本文重點(diǎn)考察的是主梁的安裝及預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)置。2高架介紹2.1預(yù)應(yīng)力混凝土橋該橋位于法國(guó)南部,橫跨流經(jīng)阿維尼翁小城的羅訥河,在TGV地中海線路段上。兩部分平行走向的高架橋分別連接馬賽——瓦朗斯間的TGV線和馬賽——蒙彼利埃間的大南方TGV線(圖1)。高架橋的引橋分別為7×50m及8×50m跨的簡(jiǎn)支梁,主橋?yàn)?12×100m)跨的連續(xù)梁。高架橋P5～P6跨間1/4跨長(zhǎng)處有鉸。每部分高架橋橋長(zhǎng)約1500m,是目前法國(guó)最大跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土(PC)鐵路橋。原計(jì)劃是將阿維尼翁高架橋建成鋼橋。1994年秋,RFR設(shè)計(jì)小組提出異議,建議采用預(yù)制節(jié)段預(yù)應(yīng)力混凝土橋,以下是建議被采納的理由:(1)外觀因素——橋址地區(qū)為巖基地帶,附近有許多古老的石建筑。因此,要用與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)的材料;(2)經(jīng)濟(jì)因素——阿維尼翁高架橋?yàn)榭傞L(zhǎng)3000m的建筑物,混凝土比鋼材要經(jīng)濟(jì)得多;(3)地理因素——現(xiàn)場(chǎng)有寬闊的節(jié)段制作場(chǎng)所,適合采用預(yù)制節(jié)段施工法。高架橋采用的主要材料如下:主梁混凝土——35000m3(B52級(jí),白水泥);下部結(jié)構(gòu)混凝土——55000m3(B32級(jí));鋼筋——12500t;預(yù)應(yīng)力筋——2500t。由于采用預(yù)制節(jié)段施工法,上部結(jié)構(gòu)計(jì)劃所需工期為30個(gè)月。2.2首次修建預(yù)制節(jié)段修建的pc橋高架橋采用了一些在法國(guó)鐵路橋上屬劃時(shí)代的技術(shù),即(1)首次采用預(yù)制節(jié)段修建的PC橋;(2)第一座跨度超過(guò)100m的PC橋;(3)首次采用體外力筋的橋;(4)首次采用高強(qiáng)度混凝土的橋;(5)首次采用設(shè)鉸構(gòu)造的橋。2.3引橋機(jī)懸臂安裝主橋的主梁預(yù)制節(jié)段采用架橋機(jī)懸臂架設(shè)施工。預(yù)制節(jié)段制造后,存放在貯梁場(chǎng)。養(yǎng)生約1個(gè)月后,用專用拖車運(yùn)到引橋已架設(shè)就位的簡(jiǎn)支梁處,用起重機(jī)將預(yù)制節(jié)段和專用拖車一起提升至橋面,再由專用拖車將預(yù)制節(jié)段運(yùn)至最終架設(shè)位置,利用架橋機(jī)懸臂安裝(圖2)。20cm長(zhǎng)的懸臂端部在現(xiàn)場(chǎng)澆筑,然后配置連接力筋。每3跨懸臂架設(shè)就位后,配置、張拉連續(xù)力筋的體外力筋。高架橋建成后,為設(shè)置鋼軌,在橋面鋪滿厚50cm的道碴。3技術(shù)的特殊性3.1與同跨公路橋的比較作用在鐵路橋上的主要荷載是道碴與列車的車輪。與同跨公路橋的荷載的比較如下:從以上數(shù)據(jù)可以看出作用于鐵路橋的外力比公路橋的大得多,特別是決定預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量的變動(dòng)荷載是公路橋的2倍。3.2阿維尼翁高架與橋間的固定墩鐵路橋的制動(dòng)荷載是公路橋不可比擬的。列車的制動(dòng)荷載是6000kN,而卡車的制動(dòng)荷載只有300kN。就阿維尼翁高架橋而言,還必須考慮抗震的有關(guān)規(guī)定。阿維尼翁高架橋主橋部分通過(guò)鉸分成兩部分。為減少橋墩頂部的水平作用力,設(shè)有2個(gè)固定墩(圖1)。為使位移最小,且滿足應(yīng)力的要求,規(guī)定了固定墩的形狀。變形(由溫度、收縮、徐變引起)決定結(jié)構(gòu)尺寸,因此,兩橋墩間的固定構(gòu)造將產(chǎn)生巨大影響。為平衡長(zhǎng)期變形產(chǎn)生的水平作用力,在懸臂梁間,用千斤頂預(yù)先施加水平力來(lái)減少上述長(zhǎng)期的作用力。3.3預(yù)應(yīng)力筋用量支點(diǎn)上的高跨比為1∶12,跨中部的高跨比為1∶20。公路橋的預(yù)應(yīng)力筋用量一般為50kg/m3,預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力水平為8MPa,而阿維尼翁高架橋的預(yù)應(yīng)力筋用量為75kg/m3,預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力水平為12MPa。3.4合直劑的荷載下面的荷載產(chǎn)生徐變應(yīng)變:(1)懸臂施工;(2)橋面荷載(道碴等);(3)跨中部千斤頂產(chǎn)生的水平作用力;(4)高水平的預(yù)應(yīng)力。這些荷載對(duì)徐變應(yīng)變影響很大。施工初期,作了混凝土試驗(yàn),其中主要包括高精度的收縮及徐變?cè)囼?yàn)。4施工期間4.1主梁節(jié)段設(shè)計(jì)整個(gè)工程中制作了838個(gè)主梁預(yù)制節(jié)段(圖3)。制作方法為短線密接灌筑法,制作場(chǎng)配備了5臺(tái)設(shè)備。墩頂節(jié)段、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段是一天各制作1個(gè)節(jié)段,轉(zhuǎn)向塊部分的節(jié)段是兩天制作1個(gè)節(jié)段。主梁節(jié)段制作采用白水泥。這是由于阿維尼翁有許多處石灰質(zhì)的斷層巖,為了與周邊環(huán)境及色彩協(xié)調(diào),將白水泥和砂反復(fù)調(diào)制,進(jìn)行色彩測(cè)試之后才決定的。大規(guī)模的建筑物給人印象深刻,因此,設(shè)計(jì)、施工都必須考慮環(huán)境及色彩。4.2梁預(yù)制節(jié)段懸臂、提升機(jī)及鋼管支撐式結(jié)構(gòu)的施工懸臂施工采用的架橋機(jī)設(shè)備重約900t,長(zhǎng)約230m。高架橋的架設(shè)實(shí)行24小時(shí)3班倒。架設(shè)初期,只在白天施工,后受工程制約,水上部分施工改為24小時(shí)工作。24小時(shí)工作制下的節(jié)段架設(shè)速度為8段/d。主梁預(yù)制節(jié)段最重的為120t,采用前后有駕駛席的專用拖車,從貯梁場(chǎng)將節(jié)段拖到架橋機(jī)下。這種專用拖車配有千斤頂頂升、落下裝置。先用龍門(mén)吊機(jī)從貯梁場(chǎng)將預(yù)制節(jié)段吊運(yùn)到支架上,然后讓拖車進(jìn)入支架下。通過(guò)提升機(jī)(圖4)再將預(yù)制節(jié)段和專用拖車一塊提升到主梁上。墩頂部分,為減輕重量,由2塊預(yù)制節(jié)段構(gòu)成,并采用鋼管支撐式結(jié)構(gòu)(圖5),以提高施工性能。鋼管支撐結(jié)構(gòu)比通常的實(shí)心橫梁,應(yīng)力流向明確,還大大減輕了重量,可作為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考。預(yù)制節(jié)段懸臂施工必須注意預(yù)拱度管理。該橋在第1個(gè)預(yù)制節(jié)段下設(shè)置了臨時(shí)千斤頂,到最大懸臂時(shí)進(jìn)行兩次撓度調(diào)整。由于采用這種方法,主橋20個(gè)橋墩上的懸臂節(jié)段合攏時(shí)都沒(méi)有出現(xiàn)偏移。4.3非主流橋mistra阿維尼翁高架橋所在的法國(guó)南部是法國(guó)地震高發(fā)地區(qū)。橋梁設(shè)計(jì)水平地震力系數(shù)為0.15,約為日本的一半。在法國(guó),大部分地區(qū)均不考慮地震因素。此外,阿維尼翁一年大約有100天刮名為米斯特拉爾(Mistral)的季風(fēng)?？疾飚?dāng)時(shí),風(fēng)速為100km/h(即28m/s)。迄今觀測(cè)到的最大風(fēng)速為198km/h(55m/s)。因此,該橋還要考慮風(fēng)荷載的影響,設(shè)計(jì)風(fēng)速為200km/h(56m/s)。懸臂架設(shè)時(shí),根據(jù)風(fēng)荷載,在墩頂處梁下緣追加了體內(nèi)力筋。4.4鋼筋預(yù)安裝4.4.1連續(xù)力筋組成體外力筋的配置大致可以分為3類(圖6),一類是通過(guò)支點(diǎn)、配置在兩跨間、錨固在支點(diǎn)上橫梁處的由37根15.7mm鋼絞線(FUT37T15S,Pu=10323kN)組成的連續(xù)力筋;另一類是在支點(diǎn)上緣偏轉(zhuǎn)、跨中底板錨塊處錨固的由37根15.7mm鋼絞線(FUT37T15S,Pu=10323kN)組成的頂部力筋;還有一類是通過(guò)3個(gè)支點(diǎn)水平配置、在跨中底板錨塊處錨固的由19根15.7mm鋼絞線(FUT19T15S,Pu=5301kN)組成的連續(xù)力筋。4.4.2大型預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)阿維尼翁高架橋體外力筋采用SEEE工法FUT錨固體系(圖7),具體細(xì)節(jié)見(jiàn)表1。另外,體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋錨固體系采用VSL工法19T15。FUT錨固體系是由GTM公司、SEEE公司(即現(xiàn)在的Ingérop公司)共同開(kāi)發(fā)的,由GTM公司原有的、具有許多實(shí)績(jī)的FUC體系改良而成。英國(guó)塞文河二橋也采用了這種工法。阿維尼翁橋采用了FUT19T15S、27T15S、37T15S等3種。全部體外力筋中約有80%都使用FUT37T15S這種大型預(yù)應(yīng)力筋。FUT37T15S的意思是37根ue001φ15.7mm的超級(jí)鋼絞線構(gòu)成的預(yù)應(yīng)力筋。各種FUT體系見(jiàn)表1。就體外力筋體系而言,重要的是錨具的外型尺寸要盡量小型化。FUT體系就是以錨固部分小型化、經(jīng)濟(jì)有利為目的而開(kāi)發(fā)的。法國(guó)規(guī)格的FUT7T15.7S的公稱截面面積為150mm2、抗拉強(qiáng)度為1860MPa,每根鋼絞線的張拉荷載為279kN。它具有與JIS規(guī)格同等的強(qiáng)度。高架橋錨固采用楔塊錨固鋼絞線,這種FUT錨固體系為:凸形錨頭正好嵌入帶有凹部的異型喇叭形的錨具內(nèi),錨頭的張拉力傳到錨具上,錨具外圍突緣產(chǎn)生的剪力再傳到混凝土上。由于可通過(guò)異型喇叭形突緣將張拉力、支承力傳到混凝土,因此比以前的錨板型錨具,具有可縮小外形尺寸的特征?？紤]到將來(lái)要更換體外力筋,為隔離壓漿材料,在異型喇叭形錨具內(nèi)嵌入塑料板(圖7)。試驗(yàn)證明,采用這種方法,體外力筋的更換比以前的錨具簡(jiǎn)單。另外,異型喇叭形錨具內(nèi)端部使用了防磨損的聚乙烯材料。4.4.3高密度pe管轉(zhuǎn)向阿維尼翁高架橋跨中有4處橫隔板式轉(zhuǎn)向塊。轉(zhuǎn)向塊采用雙重管方式,保持設(shè)定的曲率,并在出口處,將呈喇叭形的鋼彎管埋在轉(zhuǎn)向塊內(nèi),以形成出口部拓寬型的轉(zhuǎn)向(圖8)。高密度PE管穿過(guò)彎曲鋼管形成雙重管方式,彎曲鋼管在節(jié)段制作時(shí)埋入。而且,體外力筋錨具和彎曲鋼管一塊整體配置(圖9)。體外力筋為水泥砂漿壓漿型,高密度PE管通過(guò)懸吊支架設(shè)置,其連接采用煤氣管的連接方式。利用設(shè)在PE管內(nèi)的電熱線,通電熔焊。4.4.4預(yù)應(yīng)力筋的張拉和壓漿在梁上設(shè)置的解卷機(jī)上,安裝鋼絞線卷筒,鋼絞線從穿索機(jī)出來(lái),引入管端后,穿過(guò)梁體,每根鋼絞線都這樣進(jìn)行配置。穿索機(jī)的最大速度為6m/s。另外,鋼絞線的前端及錨具上的導(dǎo)向器都經(jīng)過(guò)精心制作。FUT錨固體系的預(yù)應(yīng)力筋使用FUT專用千斤頂進(jìn)行張拉。千斤頂?shù)陌惭b使用電動(dòng)機(jī),即千斤頂固定在電動(dòng)機(jī)上,使用倒鏈滑車將千斤頂安裝在FUT異型喇叭形錨具上。配備了容易安裝的設(shè)備,利用遙控,軸向移動(dòng)千斤頂。高架橋力筋最長(zhǎng)的約280m,