高墩大跨度獨(dú)塔斜拉橋主橋設(shè)計(jì)

高墩大跨度獨(dú)塔斜拉橋主橋設(shè)計(jì)

一、斜拉橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)這座橋是一座傾斜的橋，全長(zhǎng)365米，橋面寬21.5米。主橋?yàn)楠?dú)塔單索面斜拉橋,剛構(gòu)體系,墩塔梁固結(jié),斜拉索采用扇形索面,拉索布置在箱梁2.5m的中央分隔帶內(nèi),縱向成扇形布置,橫向在同一平面內(nèi),主跨14組斜拉索,索距8.5m,邊跨14組斜拉索,索距8.5m和4.25m。每組由兩根索組成。主跨145m,邊跨100m,邊跨帶30m延伸跨,主跨帶3×30m延伸跨。斜拉橋主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),采用C50混凝土,封閉箱形斷面,梁高2.6m。頂寬21.5m,底寬8m,外側(cè)為斜腹板,單箱三室,箱梁內(nèi)設(shè)內(nèi)橫梁。主梁內(nèi)配置縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力,其中縱向及豎向預(yù)應(yīng)力筋主要是精軋螺紋鋼筋(d=32mm,fpk=930MPa,Ep=2.0×105MPa),豎向采用單端張拉,縱向采用兩端張拉,設(shè)計(jì)張拉力為67.0噸,橫向預(yù)應(yīng)力筋為鋼絞線(d=15.2mm,fpk=1860MPa,Ep=1.95×105MPa)。斜拉橋主塔為獨(dú)柱式C50混凝土結(jié)構(gòu),塔身自箱梁頂面向上高66.65m,上塔柱為660cm×400cm長(zhǎng)方形,四周設(shè)20cm×20cm導(dǎo)角,為斜拉索錨固區(qū),下塔柱在縱橋向漸變成人字形,橋塔內(nèi)部設(shè)置人孔。主塔預(yù)應(yīng)力筋為精軋螺紋鋼(d=32mm,fpk=930MPa,Ep=2.0×105MPa),采用單端張拉,設(shè)計(jì)張拉力為63.57噸。二、精鉻鋼的制造1.錨具、夾具與連接器精軋螺紋鋼檢驗(yàn)套用《國(guó)際精軋螺紋鋼標(biāo)準(zhǔn)》,YGM型墊板檢驗(yàn)套用《預(yù)應(yīng)力錨具、夾具、連接器標(biāo)準(zhǔn)》,施工技術(shù)規(guī)范套用《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000)。該橋選用由鞍山市鞍鋼新軋有限公司生產(chǎn)的φ32精軋螺紋鋼,經(jīng)檢驗(yàn)完全符合國(guó)際930級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。YGM型墊板合格率為100%。2.ygm型錨具1)材料。精軋螺紋鋼(d=32mm,fpk=930MPa,Ep=2.0×105MPa);YGM型錨具(包括張拉端和錨固端);φ45鐵皮管。2)設(shè)備。YG-70型穿心式千斤頂4套;2YBZ2-80型高壓電動(dòng)油泵4套;泥漿攪拌機(jī)1臺(tái),泥漿泵1臺(tái)。3.預(yù)應(yīng)力的張拉和伸長(zhǎng)精軋螺紋鋼的施工順序:(1)預(yù)應(yīng)力材料的下料及制作嚴(yán)格按照規(guī)范要求對(duì)進(jìn)場(chǎng)的材料進(jìn)行外觀、外觀尺寸、機(jī)械性能及硬度檢驗(yàn)。精軋螺紋鋼下料長(zhǎng)度包括錨下長(zhǎng)度、張拉端及固定端的工作長(zhǎng)度。錨下長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)要求下料,張拉端露出錨具長(zhǎng)度大于或等于6倍螺距,取10cm;固定端露出錨具長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)要求,如果設(shè)計(jì)無(wú)要求,必須露出錨具長(zhǎng)度大于或等于精軋螺紋鋼外徑,取3.6cm。下料時(shí),必須用電動(dòng)砂輪機(jī)切割精軋螺紋鋼,嚴(yán)禁采用電焊或氧割,同時(shí)用砂輪或銼刀對(duì)切口進(jìn)行修整。(2)預(yù)應(yīng)力筋的安裝(3)砼澆筑振搗時(shí)應(yīng)注意砼振搗棒不得碰觸預(yù)埋波紋管,并派專人觀察管道有無(wú)蠕動(dòng)。發(fā)現(xiàn)異常,及時(shí)修整。砼澆筑完后,對(duì)管道進(jìn)行檢查、通水、通氣。若發(fā)現(xiàn)進(jìn)漿或其它原因造成管道堵塞,應(yīng)及時(shí)處理,以免影響以后預(yù)應(yīng)力的施加。對(duì)當(dāng)時(shí)無(wú)法處理的管道,應(yīng)編號(hào)記錄,在張拉前處理完畢。(4)預(yù)應(yīng)力筋張拉張拉前必須對(duì)管道進(jìn)行檢查、清理,應(yīng)特別注意張拉端墊板與螺帽之間及排氣孔的清理。對(duì)一些因端面與孔道中心線有偏差的管道,應(yīng)作特別處理。應(yīng)定期對(duì)張拉設(shè)備及液壓系統(tǒng)組成部分進(jìn)行校正檢查(包括千斤頂、油泵、高壓油管和壓力表)。張拉程序:(1)對(duì)每一根管道進(jìn)行手工預(yù)緊,保證YG-70型千斤頂容易對(duì)中;(2)施加10%σcon(σcon為張拉控制應(yīng)力)的初始應(yīng)力,量取初始讀數(shù);(3)施加100%σcon,持壓2~3min,量取最終讀數(shù),結(jié)束。為了保證預(yù)應(yīng)力施加準(zhǔn)確,應(yīng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力伸長(zhǎng)量應(yīng)根據(jù)實(shí)際原材料取值,并經(jīng)常予以調(diào)整。預(yù)應(yīng)力伸長(zhǎng)量的計(jì)算公式:式中:P為預(yù)應(yīng)力張拉端的張拉力(N);k為孔道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù),取0.003;L為從張拉端至計(jì)算截面的長(zhǎng)度(m);Ay為精軋螺紋鋼的截面積,取804.2mm2;Eg為精軋螺紋鋼的彈性模量,取1.97×105MPa。預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時(shí)實(shí)際伸長(zhǎng)量ΔL應(yīng)在建立初始應(yīng)力后量取,量得的伸長(zhǎng)值還應(yīng)加上初始應(yīng)力下的推算值,即:式中:ΔL1為從初始應(yīng)力至最大應(yīng)力之間的實(shí)測(cè)值;ΔL2為初始應(yīng)力下的推算伸長(zhǎng)值,按實(shí)際伸長(zhǎng)值與控制應(yīng)力之間的線性關(guān)系推算。張拉時(shí),油泵開動(dòng)后,應(yīng)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)扳手,直到壓力表指針穩(wěn)定,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。扳手的終擰扭矩確定方法:根據(jù)精軋螺紋鋼的設(shè)計(jì)張拉力,用試驗(yàn)測(cè)定每批精軋螺紋鋼的扭矩系數(shù),再根據(jù)高強(qiáng)度螺栓連接副終擰扭矩值計(jì)算公式算出終擰扭矩,然后用扭力扳手測(cè)定扭力值。公式如下:其中:TC—終擰扭矩值(N·m);PC—施工預(yù)拉力值標(biāo)準(zhǔn)值(kN);D—精軋螺紋鋼公稱直徑(mm);K—扭矩系數(shù);螺母施擰后是否能保證應(yīng)有的設(shè)計(jì)軸力至關(guān)重要,對(duì)欠擰的螺母及時(shí)補(bǔ)擰。由于豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉延伸量較小,測(cè)定油缸行程延伸量的相對(duì)誤差普遍較大,鑒于以上情況,建議不采用此方法,而是在預(yù)應(yīng)力筋上做標(biāo)識(shí),直接量測(cè)預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際伸長(zhǎng)量得出10%~100%σcon預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際伸長(zhǎng)量,進(jìn)而得出10%σcon以下的推算伸長(zhǎng)量。此量測(cè)方法消除了油缸行程,特別是多個(gè)油缸行程量測(cè)產(chǎn)生的誤差,此量測(cè)方法簡(jiǎn)單、實(shí)用,且量測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。(5)管道灌漿使用Ni-250型泥漿攪拌機(jī)拌漿,進(jìn)行稠度測(cè)試后,利用S-2DN3/15型泥漿泵對(duì)管道按編號(hào)自下而上逐條進(jìn)行處理。灌漿前對(duì)所有管道必須進(jìn)行通水和吹氣。三、施工結(jié)束時(shí)1.灌漿、排氣孔、管道無(wú)排氣泥漿具有較好的流動(dòng)度,才能保證豎向壓漿順利進(jìn)行。為此,在灌漿之前對(duì)水泥漿進(jìn)行大量對(duì)比試驗(yàn),最后選用黃石華新P.O42.5水泥,水灰比為0.35,外摻1.2%FDN-9000型高效減水劑、7%UEA-H系列膨脹劑。既能達(dá)到泌水率不超過(guò)3%、3h后控制在2%之內(nèi)、24h全部被漿面吸收,又能使泥漿的膨脹率控制在5%~3%。能達(dá)到強(qiáng)度要求,滿足施工所需的流動(dòng)度和密實(shí)度要求。灌漿自下向上進(jìn)行,不論張拉端、固定端都必須設(shè)排氣孔。排氣孔的材料采用<20mm塑料硬管,外加配套閥門,以便在灌漿時(shí)形成密封,保證管道飽滿,達(dá)到密實(shí)。張拉端排氣管作為出漿管埋設(shè)時(shí),下料長(zhǎng)度必須高出上墊板50cm以上。通常自下向上進(jìn)行灌漿時(shí),當(dāng)泥漿壓到出漿口后,由于水泥漿的泌水集中于頂端,壓漿完畢后會(huì)在管道最頂端與上墊板之間出現(xiàn)一段空隙,采用二次補(bǔ)灌又很難達(dá)到密實(shí),效果不理想。采取排氣管高出上墊板的方法能避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象。同時(shí),水泥漿稠度控制在14~18s,壓漿泵的操作只能由小壓力慢慢上升,最終加壓到1.5N/mm2,持壓2~3min再關(guān)機(jī)。2.道壁垂直壓力引起的損失(1)預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢,用錨具錨固后,由于錨具、墊板與構(gòu)件三者之間的縫隙被擠緊以及由于鋼筋在錨具內(nèi)的滑移,使鋼筋松動(dòng)內(nèi)縮而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。措施:應(yīng)選用變形小以及使預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)縮小的錨具、夾具,盡量減少墊板塊數(shù)。(2)后張法構(gòu)件采用直線孔道張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí),由于孔道軸線的局部偏差、孔道壁凹凸不平以及鋼筋因自重下垂等原因,將使鋼筋的某些部位貼緊孔道壁而產(chǎn)生磨擦損失;當(dāng)采用曲線孔道張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí),鋼筋會(huì)產(chǎn)生對(duì)孔道壁垂直壓力而引起摩擦損失。措施:(1)對(duì)較長(zhǎng)的構(gòu)件采用兩端張拉,這樣可減少50%的損失;(2)采用超張拉工藝。(3)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,在高應(yīng)力作用下鋼筋長(zhǎng)度保持不變,拉應(yīng)力隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低的現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力松弛,所降低的拉應(yīng)力值即為預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力松弛損失值。措施:采用合理的超張拉工藝和選用應(yīng)力松弛較小鋼筋。(4)混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)會(huì)產(chǎn)生收縮,在預(yù)壓力作用下會(huì)產(chǎn)生徐變?；炷恋氖湛s和徐變將使構(gòu)件長(zhǎng)度縮短,預(yù)應(yīng)力鋼筋也隨之回縮而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。措施:采用超張拉工藝和選用收縮、徐變較小的混凝土。對(duì)于腹板精軋螺紋鋼的工作長(zhǎng)度為2.86m,長(zhǎng)度小,如果鋼筋的回縮值過(guò)大,過(guò)小的預(yù)應(yīng)力損失將會(huì)影響預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固性能,而且不經(jīng)濟(jì)。預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的補(bǔ)償方法:1)每次在8時(shí)前完成一次澆筑。在夏季高溫季節(jié),為降低澆筑溫度,可采取現(xiàn)場(chǎng)水洗骨料的降溫措施,使石子溫度降至30℃以內(nèi)。2)砼澆筑間歇控制?？刂祈鸥鲗訚仓g歇時(shí)間,一般不超過(guò)一周。在該層砼溫度峰值