上海軌道交通11號線二段高架線路先張法預應力u形梁設計

上海軌道交通11號線二段高架線路先張法預應力u形梁設計

1高架u形梁上海軌道交通11號線位于浦東龍陽路站至滴水湖港新城站。該鐵路線路為浦東龍陽路站至臨港新城站。線路長約58.962km,其中地下線路長約為13.741km,高架線路長約45.221km,設11座車站。其中地下站2座,高架站9座。最大站間距10.601km,最小站間距2.699km。該工程高架線路使用U形梁,主要標準跨度為25m、27m、30m和35m這4種。工程采用大噸位先張工藝,是國內(nèi)首條引進法國的城市軌道交通先張法預應力橋梁。每片30m梁先張預應力總噸位約1700t,這不僅對梁體應力、應變控制提出了較高要求,而且在應力損失控制上要求的輔助工藝更高、更先進,同時也對先張制梁墩臺的設計、施工、工裝配置等均提出了更高的質量標準要求。2該項目的內(nèi)部設計2.1預應力先張制梁總體方案構思于法國systa公司提供的產(chǎn)品設計圖紙文獻和相應的技術條件及相關的規(guī)范標準,并結合多年對普通鐵路梁、輕軌PC梁、磁懸浮軌道梁以及高速客專線箱梁等預制結構件的工藝經(jīng)驗和現(xiàn)場預制、運輸、架設梁的成熟工藝措施及創(chuàng)新理念。預應力先張法U梁制作采用“一串三,長線法”先張工藝方案,以減少設備工裝投入,減少先張臺座數(shù)量節(jié)約成本和占地面積。全線配備6條生產(chǎn)線、18套模板的“長線法”先張制梁臺座;三條并排生產(chǎn)線為一組,共兩組分別設于制梁區(qū)兩端,便于兩個施工隊平行施工(圖1)。2.2允許控制應力損失的情況(1)制梁臺座的設計必須滿足大噸位的預應力先張所產(chǎn)生的偏心應力,要求穩(wěn)定性和應變、形變在允許控制范圍內(nèi)。(2)“長線法”施工需解決伸長值過大而一般千斤頂行程不夠需反復倒頂?shù)膯栴},以及放張回縮量過大超出千斤頂回縮工作行程。(3)長線法施工應力損失的控制。(4)保證單端4個千斤頂及牽引螺桿的受力均衡和同步性。2.3先張后拔裝置應用(1)設計采用整體式制梁臺座,由張拉端、錨固端和中間臺體組成,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土整體澆筑。(2)鋼絞線錨固在反力墻前的鋼制張拉橫梁,通過4個傳力桿穿過反力墻上預留的孔洞,在反力墻后利用4臺600t穿心式千斤頂整體張拉,張拉過程中控制張拉行程同步。鋼制張拉橫梁控制最大撓度為1.5mm。(3)張拉端和錨固端的張拉反力支座采用墻式反力支座的形式,截面為2000mm×6500mm。其優(yōu)點是整體性好,抗扭性能好,傳力桿受力均衡,對控制鋼絞線的應力均勻性很有利。由現(xiàn)澆整體式的中間臺體平衡兩端的張拉水平力;張拉水平力對臺座的彎矩,由張拉端或錨固端兩側的預制混凝土方樁產(chǎn)生的上拔力和下壓力形成的力偶來平衡,抗傾覆的安全系數(shù)不小于1.5。同時應將一端的3個張拉端連成整體,以互相借力,提高安全儲備。(4)臺體由于張拉力產(chǎn)生的壓力可能產(chǎn)生平面外失穩(wěn),所以沿臺體間距6m處設置抗拔樁,為臺體提供平面外支點以減少平面外計算長度。(5)通過調整截面,控制臺體的壓應力小于4.0MPa,從而使臺體的計算彈性壓縮量為9.0mm,實際工況考慮臺體下土體提供的摩擦力及樁的抗剪作用,壓縮量將小于9.0mm,即能滿足彈性壓縮不大于10mm的工藝要求。(6)制梁區(qū)采用預制鋼筋混凝土方樁,按抗拔樁設計,考慮在工程結束后拔除,以滿足復耕的需要。其結構布置圖2所示。2.4單束鋼絞線張拉+放張(1)張拉方式“長線法”預應力先張施工就是在一條先張生產(chǎn)臺座上同時對2片或2片以上的梁進行“串聯(lián)式”預應力先張施工,然后進行混凝土澆注、養(yǎng)護、脫模及同時放張的生產(chǎn)方式。施加應力的方式有傳統(tǒng)頂推式和穿心“牽引式”兩種。(1)傳統(tǒng)頂推式方案每條臺座配置600t級臺座式千斤頂8臺,張拉行程200mm;鋼橫梁兩套,另搭配一定數(shù)量的配套油泵。用于錨固鋼絞線的鋼橫梁放在張拉臺座兩端承力墩臺外側,千斤頂設在承力墩臺與鋼橫梁間,張拉原理由千斤頂推動鋼橫梁張拉鋼絞線(圖4)。該方案主要用于預應力鋼絞線的同步整體預拉,同時也可用于對預應力鋼絞線初張拉后的整體繃直,初張拉后用小頂單束多次完成終張應力。優(yōu)點:張拉工裝設備簡單;先張臺座的墩臺不預留孔洞,精度要求低,鋼橫梁位置可根據(jù)模板任意調節(jié),安裝便捷。缺點:千斤頂允許工作行程較短,不適宜長線臺座施工鋼絞線伸長值大的生產(chǎn)線,不便于倒頂二次行程張拉,持荷階段時期靠在伸縮油缸外加入墊板承力以使千斤頂卸載;墊板壓縮量較大,應力損失明顯;必須和單束小千斤頂配合施工;行程不宜過長,放張時不能完全卸載完應力需靠小頂單束卸載,對梁體質量造成隱患,安全穩(wěn)定性差;鋼橫梁受力跨度增大大,剛度要求高。(2)“牽引式”方案即一條生產(chǎn)線采用8臺600t級穿心式千斤頂,每臺工作行程300mm,分設張拉臺座兩端,每端4臺。鋼絞線錨固鋼橫梁設置于張拉承力墩臺內(nèi)側,千斤頂與鋼橫梁的鏈接通過XZ—L140/7000的牽引鋼棒穿過承力墩預留孔鏈接。張拉原理由4臺穿心式千斤頂牽引鋼橫梁張拉鋼絞線形式達到工藝要求?！盃恳健毕葟埛桨副容^適合長線臺座先張工藝(圖5、圖6)。該工藝簡單,千斤頂通過牽引螺桿串聯(lián)固定,安全穩(wěn)定性好;尤其錨固鎖定鋼橫梁是通過千斤頂與墩臺間的鋼棒高強螺母進行對牽引螺桿固定,千斤頂可卸載,不需外加墊板支撐承力,如圖7所示。優(yōu)點:千斤頂允許工作行程較長,非常適宜長線臺座施工尤其針對鋼絞線伸長值大的生產(chǎn)線,便于倒頂二次行程張拉,持荷階段時期直接擰緊自鎖螺帽,以使千斤頂卸載;操作簡便,應力損失小,便于控制;大噸位作用力下穩(wěn)定性好安全性好;放張卸載方便,一次到位,便于操作;配備同步控制系統(tǒng)可經(jīng)過單束初調后整體張拉到設計應力,應力控制精度高。缺點:張拉工裝設備要求較高,先張臺座的墩臺預留孔洞,施工精度要求高,鋼橫梁位置必須在設計時尺寸預留計算準確,并在進行臺座施工時保證其位置和底模相對位置的準確性,臨建施工較復雜。本工程綜合考慮到各種因素選擇了“牽引式”張拉方案。3預測損失控制3.1預應力損失控制(1)應采用高標號混凝土澆注張拉臺座,且合理選用配合比,以減小臺座的徐變和彈性變形量。(2)在鋼橫梁設計時應合理地增加截面尺寸,以增加鋼橫梁的剛度增強抗彎能力,并按設計規(guī)范控制鋼橫梁跨中受力繞度值在2mm內(nèi)。(3)在張拉時應進行適當持荷靜停,以延長持荷時間,應力損失后應進行補張,以減少夾片、橫梁變形以及鋼絞線的松弛引起的應力損失。(4)要實測牽引傳力桿的形變量和持續(xù)時間,必要時采用超張拉方式提高應力,以保證錨下應力。(5)施工環(huán)境溫差引起的應力損失已在設計范圍,現(xiàn)場施工時控制最大溫差不超過45℃,滿足不了施工工藝要求時,上報設計重新調整張拉應力。(6)張拉分2個階段配備工作子站同步控制系統(tǒng),單根初調,整體張拉,應力和伸長位移同步控制。要采用油壓傳感器實時控制應力。(7)應選用高強度低松弛預應力鋼絞線,以減少松弛應力損失。3.2引入均方根、同步控制體系3.2.1心與油缸合力中心的坐標點由于U型梁結構原因,鋼絞線穿束呈現(xiàn)出不對稱,此種情況會影響到每個油缸張拉力,所以需根據(jù)結構圖驗算鋼絞線合力中心與油缸合力中心的坐標點(圖8)。(1)鋼絞線合力中心坐標點按以下公式計算:由于每根鋼絞線的張拉力一致,所以得出:(2)油缸合力中心坐標點按以下公式計算:假設每臺油缸的張拉力一致,可以得出:(3)計算結論:由上述計算過程可以得出,鋼絞線合力中心與油缸合力中心基本重合,即張拉臺座上的牽引用千斤頂油缸輸出力可以控制為一致。3.2.2分油閥分配調節(jié)方案在預應力施工過程中為保證鋼橫梁上84根預應力筋受力均衡,必須保證4臺千斤頂位移同步,輸出應力一致。為保證一致應采用一臺油泵同時供4臺頂?shù)挠蛪阂钥烧{分油閥分配的調節(jié)方式來滿足同步性方案。針對該工程我們采用電腦自動化應力、應變同步控制系統(tǒng)以保證其同步性。(1)通過同步工作子站向張拉液壓裝置供熱同步張拉設備由1臺電腦同步張拉控制器、1個電動泵站、1個同步工作子站、4個拉線式位移傳感器、4個壓力傳感器及4個張拉液壓裝置組成及4根拉桿等組成。泵站通過同步工作子站向張拉液壓裝置供油;4個位移傳感器和4個壓力傳感器信號通過同步工作子站反饋至同步張拉控制器,同步張拉控制器通過通訊總線發(fā)送指令給同步工作子站,經(jīng)由同步工作子站執(zhí)行實現(xiàn)對同步張拉控制。(2)拉油缸與同步子站的連接先將8臺張拉液壓油缸對稱地安裝在于兩個承力墩臺上;然后將拉桿穿過承力墩臺,兩端分別用鎖緊螺母與鋼絞線錨固橫梁和張拉油缸的活塞桿端固定,并在張拉油缸支撐橋中間放置一個螺母用于拉伸后的鎖緊;再分別將兩臺同步子站與電動泵站放置于兩個承力墩臺上,用液壓軟管連接各個油缸、同步子站和電動泵站。在每個油缸處應設置一個拉繩式位移傳感器,與拉桿桿端連接;最后要選擇同步張拉控制器的擺放位置,并進行布置接通所有電源開啟同步張拉控制器電源,泵站工作狀態(tài)指示燈要顯示正常。(3)調整鋼絞線張拉位置張拉前,先將固定端一側的張拉油缸活塞桿伸出;然后鎖緊該側的拉桿中間螺母,并調整張拉端的鋼絞線錨固橫梁、拉桿的進出位置,使之基本適合張拉工作、拉桿留有足夠的鎖緊余地;最后在張拉同步控制器上設置油缸面積、張拉行程等系統(tǒng)參數(shù)。(4)拉深準備此功能是專為消除預應力筋彎曲、張拉裝置、拉桿和預應力筋之間松緊程度不一致而設置。每次張拉之前都必須執(zhí)行這一步以消除間隙。(5)拉伸及張拉力控制界面在張拉伸長量和張拉力參數(shù)設置后,張拉端的張拉油缸運動會根據(jù)位移傳感器的反饋進行同步控制調節(jié)。當張拉油缸伸出,預應力筋被拉伸達到設定目標值;當所有張拉裝置停頓并處于液壓鎖定狀態(tài);應鎖緊上下橫梁之間的拉桿螺母,同時并測量預應力筋的拉伸長度,并根據(jù)需要決定是否要重新拉伸,當然也可根據(jù)流程圖操作(圖10)。再次拉伸前,應縮回張拉裝置的活塞桿并鎖緊活塞桿的拉桿螺母,按下張拉按鈕后張拉油缸再次伸出直到達到設定目標值。第三次張拉與前兩次不同的是在此界面中,以張拉力為控制參數(shù),適用于第二階段的拉伸,可以很精確地控制張拉力(圖11)。在參數(shù)設定界面中可以輸入一些檢查點,內(nèi)容包括伸長量和張拉力的對應關系。同步張拉控制器會根據(jù)這些數(shù)值做插值計算,一旦發(fā)現(xiàn)當前數(shù)值與要求不符時,立即停止工作并發(fā)出警告。警告需經(jīng)確認后方可解除。(6)活性缸預張拉至中間螺釘脫空橋應將同步張拉控制器連接同步工作子站,并開啟兩臺電動泵。具體做法為:先將油缸預張拉到設定值,直至中間螺母脫離支撐橋底面;然后將所有拉桿的中間螺母旋離承力墩臺支撐面300mm處,最后按下放張按鈕,梁臺兩端所有的張拉裝置油缸緩慢同步泄壓(圖12)。(7)張拉動作自動停止同步張拉控制器有兩種控制模式,第一種張拉力為控制值、張拉位移量為監(jiān)控值;第二種是張拉位移量為控制值、張拉力為監(jiān)控值。在前一種模式狀態(tài)下,當總的張拉力達到設定目標后張拉動作自動停止,此種方法可以精確控制張拉的預應力,達到設計的效果;在后一種模式狀態(tài)下,當張拉行程達到設定目標后張拉動作自動停止。本工程通過該方案解決了單端千斤頂和牽引螺桿的受力均衡以及同步性,已達到了施加預應力的準確性和高效性,真正實現(xiàn)了預應力“雙控”。4需解決的問題該“牽引式”先張方案是國內(nèi)首創(chuàng),其有效地解