納晴高速某特大橋托架預壓施工技術

納晴高速某特大橋托架預壓施工技術

摘要:托架是剛構橋0號塊施工時的重要臨時措施，對托架預壓進行監(jiān)控是0號塊施工質(zhì)量的重要保證，進而為主梁線形提供基礎性保障。本文以納晴高速某特大橋0#梁段托架施工技術為例，通過有限元建模對托架受力進行分析，驗證托架設計是否能滿足強度、剛度及穩(wěn)定性要求，為指導剛構橋托架施工提供理論支持，并通過對剛構橋0#塊采用墩頂設置反力架并通過墩頂預植的精軋螺紋錨固鋼棒、錨墊板、雙拼錨固螺母鎖緊抱死，之后油泵加壓提供動力的千斤頂頂升反力架，從而反向對托架等效施加荷載進行預壓，托架預壓能更好驗證托架的穩(wěn)定性、剛度、強度及焊接質(zhì)量，確保施工安全。該方式有效的驗證了托架的安全性，節(jié)約的施工成本得到了建設單位以及相鄰標段施工單位的高度評價，并得以在項目全線范圍內(nèi)大力推廣應用。[1]Keys:托架預壓;高墩;連續(xù)剛構;反力架1、工程概況某特大橋上部結構為：5×40mT梁+（81+150+81）預應力混凝土連續(xù)剛構+16×40mT梁橋橋梁全長1167.6m。墩大橋主墩為6、7號，6號墩墩柱高度為78m、7號墩墩柱高度為108m。全橋共計4個0號梁段結構形式設計相同。0號段結構尺寸為：長度13m、頂板寬12.8m，底板寬6.5m，懸臂長度3.15m。翼緣板端部厚20cm,根部厚90cm。箱梁根部梁高（梁高均以裸箱梁橫向中心箱梁頂面到箱梁底面的距離計）為9.2m、底板厚度為1.2m、腹板厚度為0.9m。結合主墩墩柱及0號段構造尺寸，某特大橋0號墩托架搭設方案為：在主墩接近封頂前，主墩兩端0.5m包邊混凝土位置預留1.4m不澆筑封頂，作為0號墩托架主承重梁的安裝平臺。預留平臺位置安放高20cm砂箱，單個0號段設置8個砂箱。在砂箱上安裝15m雙I56a工字鋼鋼箱作為托架的主承重梁；橫向安裝15mI45a工字鋼為分配梁，懸挑段分配梁間距為0.45m，主墩間分配梁間距0.65m。在分配梁上鋪10×10cm木方，間距30cm，上設楔形骨架，以15mm復合竹膠板作為0號墩底板模板。于翼緣投影處分配梁上設I20a工字鋼過梁，用于0號段翼緣板支架搭設，過梁間距為0.9m。翼緣板支架搭設采用盤扣式鋼管支架，支架立桿間距0.6×0.6m，在保證支架底與支架頂均有橫桿的前提下，其余橫桿步距以1.5m為主，接近支架頂端時可根據(jù)實際情況調(diào)整橫桿布局考慮到0＃塊高度較高，故分兩次進行澆筑，第一次澆筑底板和部分腹板，澆筑高度4.5m，第二次澆筑剩余腹板及頂板。[2]2、托架有限元分析本次托架計算采用Midas/Civil有限元計算軟件，建立托架有限元模型，分兩次澆筑施工步驟，對托架進行受力及穩(wěn)定分析，計算結果用于優(yōu)化施工方案及指導現(xiàn)場施工。荷載及材料性能取值采用極限狀態(tài)設計法，強度驗算采用承載能力極限狀態(tài)，剛度驗算采用正常使用極限狀態(tài)。表2-1材料參數(shù)項目型號材料強度設計值(MPa)Ix(cm4)A(cm2)容重(kg/m3)抗拉壓彎抗剪承重梁I56aQ235205120656001357850分配梁I45a32241102.4過梁I20a237035.6懸挑段底板厚度為1~1.6m，腹板厚度為0.9~1.3m；墩間底板厚度1.2m，腹板厚度為0.9m，以線性荷載計算；墩頂箱體重量由墩柱承擔，故不參與計算。荷載分布關于墩柱中線對稱分布。表2-2荷載參數(shù)工況荷載名稱作用位置單位荷載值分項系數(shù)第一次澆筑底板懸挑投影kN/m226~41.61.2墩間31.21.2楔形骨架、模板底板投影位置0.71.2腹板懸挑投影85.31.2墩間85.81.2人群機具荷載均布2.51.4澆筑及振搗荷載均布21.4托架自重軟件自動計算（1.05倍）1.2第二次澆筑翼緣橫橋向0~2.3m2.3~3.15kN/m25.2~1313~23.41.2人群機具荷載均布kN/m22.51.4澆筑及振搗荷載均布kN/m221.4支架自重軟件自動計算1.2上表分項系數(shù)為承載能力極限狀態(tài)，正常使用極限狀態(tài)分項系數(shù)均為1。0#梁段立面圖Midas/Civil托架建模表2-3托架模型應力計算結果部位工況組合應力剪應力承重梁第一次澆筑111.357.8第二次澆筑44.531.4分配梁第一次澆筑120.237.9第二次澆筑71.519.4過梁第一次澆筑37.913.5第二次澆筑6427.2許用應力205120結論均滿足規(guī)范要求由上表可得，第一次澆筑最大組合應力出現(xiàn)于墩中分配梁中心處，其值為120.3Mpa＜[σ]=205MPa；第二次澆筑最大組合應力出現(xiàn)于過梁與分配梁搭接處，其值為71.5Mpa＜[σ]=205MPa。最大組合應力值均小于強度設計值，滿足規(guī)范要求。由上表可得，第一次澆筑最大剪應力出現(xiàn)于分配梁于承重梁搭接處，其值為57.8Mpa＜[τ]=120MPa；第二次澆筑最大剪應力出現(xiàn)于分配梁于承重梁搭接處，其值為31.4Mpa＜[τ]=120MPa。最大組合應力值均小于強度設計值，滿足規(guī)范要求。表2-4托架模型變形量計算結果部位工況模型最大變形量允許變形量承重梁第一次澆筑4.914.0第二次澆筑4.27.9分配梁第一次澆筑15.417.0第二次澆筑19.320.4結論均滿足規(guī)范要求由上表計算可知，第一次澆筑最大Z向變形出現(xiàn)于分配梁跨中，其值為15.4mm＜[v]=l/400=6800mm/400=17.0mm，承重梁最大Z向變形為4.9mm＜[v]=5600mm/400=14.0mm。第二次澆筑最大Z向變形出現(xiàn)于分配梁端部，其值為19.3mm＜[v]=2l/400=2x4080mm/400=20.4mm（懸臂l為懸臂長度的兩倍），過梁最大Z向變形為(16.0-11.8)=4.2mm＜[v]=l/400=3175/400=7.9mm，滿足設計要求。3、托架預壓監(jiān)測技術進行剛構橋預壓的主要目的是驗證托架的穩(wěn)定性、剛度、強度及焊接質(zhì)量，確保施工安全；測量托架的彈性變形指導梁體標高控制，并檢驗理論計算結果與實測結果是否一致；通過托架預壓措施模擬箱梁荷載情況，測量托架變形情況，確保梁體不因托架變形而產(chǎn)生開裂；消除托架非彈性變形，保證箱梁的線形。托架預壓實際荷載從底?！v向分配梁→橫向分配梁→托架→墩身過程，預壓荷載取值混凝土重、調(diào)坡支架荷載、模板（外模、內(nèi)模）荷載、振搗產(chǎn)生的荷載、施工人員、機具荷載。監(jiān)測人員采用精密水準儀對各個觀測點進行變形觀測，且采用同一儀器、同一測量人員進行觀測。通過對其托架進行監(jiān)測可知，托架加載至120%時最大彈性變