崖門大橋主梁牽索掛籃施工模擬計算

1、崖門大橋主梁牽索掛籃施工模擬計算 12橋梁建設(shè)2003年第1 期文章編號:1003-4722(2003)01-0012-04 蘇成1,陳太聰1,韓大建1,鄧江2 (1.華南理工大學(xué)土木工程系,廣東廣州510640; 2.廣東冠粵路橋,廣東廣州510600) 摘要:準確細致的施工過程仿真計算是大跨度混凝土斜拉橋施工監(jiān)控的關(guān)鍵問題之一,它可以為大橋各階段的施工監(jiān)控提供理論依據(jù)。根據(jù)崖門大橋主梁施工工藝的特點,建立了牽索掛籃施工模擬計算的流程,并對牽索方案的選擇以及主梁立模標(biāo)高的確定等問題進行了探討。在此基礎(chǔ)上,給出了崖門大橋主梁的施工流程及其計算結(jié)果。 關(guān)鍵詞:斜拉橋;預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu);掛籃;橋梁

2、架設(shè);結(jié)構(gòu)分析 中圖分類號文獻標(biāo)識碼:A SimulationCalculationforConstructionwithGuyed TravelerforMainGirderofYamenBridge SUCheng1,CHENTai2cong1,HANDa2jian1,DENGJiang2 (1.DepartmentofCivilEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China; 2.GuangdongGuanyueRoadandBridgeCo.,Ltd.,Guangzhou510600,China) A

3、bstract:Thecorrectandcarefulsimulationcalculationforconstructionprocessisoneoftheim2portantconcernsforconstructioncontroloflong2spanconcretecable2stayedbridgesandcanprovidetheoreticbasesfortheconstructioncontrolatvariousstagesofthebridges.Inthispaper,accordingtotheconstructiontechniquefeaturesofthem

4、aingirderofYamenBridge,theprocessofconstructionwiththeguyedtravelerisestablishedandtheissuesregardingtheselectionoftheguyconstructionschemesanddeterminationoftheelevationofthegirderformworkarediscussed,andtheconstructionprocessandcalculationresultsofYamenBridgearepresentedaswell. Keywords:cable2stay

5、edbridge;prestressedconcretestructure,traveler,bridgeerection,struc2turalanalysis 1工程概況267t。 崖門大橋是廣東省西部沿海高速公路新會段的 一座特大型橋梁,跨徑組合為(50+115+338+115 +50)m,主橋全長668m,是一座雙塔單索面預(yù)應(yīng) 力混凝土斜拉橋。主梁為單箱五室預(yù)應(yīng)力混凝土箱 梁,共有100個標(biāo)準節(jié)段,每節(jié)段長6m,寬26.8m, 高。每節(jié)段混凝土平均方量為106.3m3,重主梁除0號塊及邊墩現(xiàn)澆段在支架上澆筑外,其余節(jié)段均采用牽索掛籃懸澆方法施工。主梁施工所采用的掛籃為下承式掛籃,前支點

6、利用斜拉索牽拉,中支點和后支點則分別錨固在已澆梁段上,全橋共有4套掛籃。每套掛籃由底盤、止推裝置、牽索系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和移機系統(tǒng)5部分組成,單套總重180收稿日期:2002-10-11 作者簡介:蘇成(1968-),男,副教授,1990年畢業(yè)于華南理工大學(xué)工程力學(xué)系工程力學(xué)專業(yè),工學(xué)學(xué)士,1993年畢業(yè)于華南理工大學(xué)土木工程系結(jié)構(gòu)力學(xué)專業(yè),工學(xué)碩士,1997年畢業(yè)于華南理工大學(xué)土木工程系結(jié)構(gòu)工程專業(yè),工學(xué)博士。 ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 江13 t(包括模板、附屬掛籃重量)。

7、2牽索掛籃施工方法 牽索掛籃現(xiàn)澆工法1,2是目前大跨度混凝土斜拉橋主梁施工常用的方法。該法的主要構(gòu)思是在主梁節(jié)段施工過程中利用當(dāng)前節(jié)段的斜拉索充當(dāng)掛籃的前支點牽索,從而與掛籃的中支點和后支點錨固裝置(即掛籃與已澆梁段的連接構(gòu)造)一道組成掛籃的約束系統(tǒng),見圖1。具體做法是在斜拉索的下端與掛籃前端之間設(shè)置一工具拉桿,該拉桿在混凝土達到強度并施加預(yù)應(yīng)力后即可卸除 。 一節(jié)段的施工模擬計算中,應(yīng)包括掛籃前移就位、分次張拉牽索和澆筑混凝土、體系轉(zhuǎn)換及牽索終拉等環(huán)節(jié)。圖2給出了模擬斜拉橋牽索掛籃施工的增量計算過程(只示意半邊結(jié)構(gòu))。圖中G0為掛籃重量(含模板系統(tǒng)重量等);Gi(i=1,2,n)為主梁第 i

8、節(jié)段混凝土重量;Gn和Gn分別為第n節(jié)段施工 1 2 時第1次和第2次澆筑的混凝土重量,G1n+G2n=Gn;Tn-1和Tn分別為第(n-1)節(jié)段和第n節(jié)段的施工索力;Tjn(j=1,2,7)為第n節(jié)段第j步 j 施工時的索力增量,Tjn=Tn;n(j=1,2,7)為第n節(jié)段第j步施工時主梁前端的撓度增量,以向上為正。主梁牽索掛籃施工模擬計算的結(jié)果可用于牽索方案的確定、主梁立模標(biāo)高的確定以及提供各個施工階段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形理論值。 4牽索方案的確定 圖1牽索掛籃示意 與普通掛籃施工工藝(即掛籃僅在中支點和后 支點與已澆梁段相連接的方法)相比,牽索掛籃施工方法具有如下優(yōu)點:在主梁每一節(jié)段混凝土澆

9、筑過程中,通過分次張拉牽索,及時把澆筑的混凝土重量傳遞到塔柱上,從而大大降低了已澆梁段的負彎矩及其提供給掛籃的豎向反力,同時使正在施工節(jié)段前端的位移變化量控制在較小的范圍之內(nèi),保證了結(jié)構(gòu)和施工的安全;由于掛籃多了一個前支點約束,使得掛籃的整體剛度有所提高,從而可以使掛籃做得輕巧一些,減少用鋼量,節(jié)省造價。但牽索掛籃施工方法也引出了一些新的問題,具體表現(xiàn)在:在掛籃的中支點或后支點處必須設(shè)置水平止推裝置,用以抵消牽索傳來的水平分力;主梁當(dāng)前施工節(jié)段混凝土達到強度并施加預(yù)應(yīng)力后,牽索要與掛籃脫開并作用到梁體上,即存在一個體系轉(zhuǎn)換的過程,增加了一定的施工難度;由于主梁每一節(jié)段的施工工序較多,且存在牽索

10、方案的比選問題,因此也增加了監(jiān)控單位施工模擬計算的難度。本文主要結(jié)合崖門大橋主梁的施工就上述第個問題展開討論。 3牽索掛籃施工模擬計算 主梁節(jié)段施工牽索方案的內(nèi)容包括:牽索次數(shù)、 分階段混凝土澆筑量、體系轉(zhuǎn)換前牽索的拉力值等。為了制定合理的牽索方案,應(yīng)綜合考慮以下有關(guān)因素:牽索的次數(shù)不宜太多也不宜太少,多了會增加施工難度,少了可能又達不到牽索掛籃施工的效果,牽索次數(shù)一般為24次;已澆梁段(尤其是離懸臂端48個節(jié)段的主梁)的應(yīng)力應(yīng)控制在安全的范圍之內(nèi),不允許出現(xiàn)過大的拉壓應(yīng)力;主梁與掛籃的連接部位安全,掛籃的水平支反力和豎向支反力不能超過設(shè)計允許的范圍;主梁前端撓度變化值不宜太大,宜控制在20c

11、m以內(nèi);混凝土初凝后掛籃本身變形較小。5主梁立模標(biāo)高的確定 以圖2所示的牽索方案為例說明主梁立模標(biāo)高的確定問題。假定第n節(jié)段施工完畢時主梁前端標(biāo)高為Hn,則該節(jié)段的立模標(biāo)高H0n為: 7 Hn=Hn- j=2 jn (1) 由上式可見,主梁立模標(biāo)高的確定是與掛籃剛度和牽索方案密切相關(guān)的,采用不同的掛籃剛度或牽索方案會導(dǎo)致不同的主梁立模標(biāo)高。此外,在確 1 定H0n時不能把掛籃前移就位時前端撓度值n包括在內(nèi),為此,在確定立模標(biāo)高時要求掛籃的受力和 1 變形明確,以便準確分離n。6各個施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的確定 由于在牽索掛籃施工過程中存在掛籃與已澆梁 體及牽索之間的相互作用問題,因此,為了準確

12、計算分階段牽索過程中以及主梁節(jié)段施工末結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形,必須把掛籃也放到計算模型中去,并精確模擬其剛度及其與主梁、牽索的連接。此外,在主梁每 采用增量有限元法模擬崖門大橋主梁施工流 ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 14橋梁建設(shè)2003年第1 期 圖2牽索掛籃施工模擬計算過程示意 程,可以獲得各個施工階段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形理論 值(增量值與累計值),包括主梁撓度、塔頂位移、索力、主梁和墩塔內(nèi)力等。結(jié)合這些計算值與施工過程的有關(guān)實測值,即可進行參數(shù)識別與施工調(diào)整。7崖門大橋主梁施工流程

13、及其計算結(jié)果 別見表1和表2。限于篇幅,這里僅給出主梁前5 節(jié)段的撓度改變量。在計算中發(fā)現(xiàn):牽索的第1次張拉力不宜太大,否則會導(dǎo)致梁根下緣出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力(前幾個節(jié)段施工時尤其要注意該點,因為此時梁根軸力并不大);體系轉(zhuǎn)換前牽索的拉力值必須控制好,否則節(jié)段施工末主梁前端標(biāo)高就會出現(xiàn)偏差;隨著主梁懸臂段的伸長,主梁前端位移變化量也明顯增大,邊跨過輔墩以后,中跨主梁前端位移變化值大于邊跨。 根據(jù)各節(jié)段施工模擬計算的結(jié)果,可形成各節(jié)段施工控制通知單,通知單上包括施工流程及各施工工況下前5節(jié)段的主梁標(biāo)高與索力,據(jù)此即可在節(jié)段施工過程中不斷跟蹤主梁標(biāo)高、索力的改變,并與通知單上數(shù)據(jù)進行對比,及時發(fā)現(xiàn)問題

14、并作處理。 通過對不同牽索方案的比選,選定崖門大橋主梁施工時的牽索方案為:掛籃前移就位并綁扎鋼筋后第1次牽索,牽索力為施工索力的25%30%;澆筑50%混凝土后第2次牽索;全部混 凝土澆筑完畢后第3次牽索,使索力達到施工索力的50%;混凝土達到強度并施加三向預(yù)應(yīng)力后,牽索與掛籃松開,并終拉至預(yù)定的施工索力。 第10節(jié)段和第22節(jié)段的施工模擬計算結(jié)果分 ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 江 表1第10節(jié)段施工模擬計算結(jié)果 施工流程掛籃前移就位 上鋼筋,第1次牽索澆50%混凝土第2次牽

15、索澆50%混凝土第3次牽索 體系轉(zhuǎn)換牽索終拉合計 /% 施工索力 15 前5節(jié)段撓度變化/mm 邊跨 中跨 塔頂偏位/mm 注:表中數(shù)據(jù)均為增量值,其中撓度以向上為正,塔頂偏位以指向中跨跨中方向為正;索力中S表示邊跨,M表示中跨,下同。 表2第22節(jié)段施工模擬計算結(jié)果 施工流程掛籃前移就位 上鋼筋,第1次牽索澆50%混凝土第2次牽索澆50%混凝土第3次牽索 體系轉(zhuǎn)換牽索終拉合計 /% 施工索力 前5節(jié)段撓度變化/mm 邊跨 中跨 塔頂偏位/mm 注:表中數(shù)據(jù)均為增量值,其中撓度以向上為正,塔頂偏位以指向中跨跨中方向為正。 8結(jié)語 文中針對崖門大橋主梁牽索掛籃施工工藝的特點,介紹了相應(yīng)的施工模擬計算流程,并對牽索方案與主梁立模標(biāo)高的確定等問題進行探討,得出了一些有益的經(jīng)驗與結(jié)論。事實上,施工模擬計算是施工