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        節(jié)段橋梁設計與施工的關鍵問題

        2011-12-30 03:39:44
        中國新技術新產品 2011年5期
        關鍵詞:橋梁結構施工

        趙 逵

        (黑龍江省公路勘察設計院,黑龍江 哈爾濱 150001)

        引言

        節(jié)段橋梁施工技術具有對環(huán)境交通影響小、對施工的地理位置要求低、施工工期短等優(yōu)點,可基本實現(xiàn)無支架化施工,不影響現(xiàn)有交通,特別適合于對環(huán)境要求極高的城市橋梁的施工。本文就節(jié)段橋梁在設計方面存在的問題及具體施工方法進行了簡要的探討。

        1 節(jié)段橋梁預制拼裝法

        首先,可以大幅度的縮短工期。與現(xiàn)澆箱梁相比,在進行下部結構施工的同時即可進行節(jié)段的預制。如果采用工廠化預制與混凝土低溫蒸汽養(yǎng)護技術,每一節(jié)段的生產周期可縮短到1天。另外,由于采用了新型的特種架橋機設備進行節(jié)段的逐跨拼裝,一跨箱梁的架設時間約為7天,大大縮短了施工周期。

        其次,減小對環(huán)境的影響。節(jié)段拼裝時占用的地面道路較少,施工過程中對地面交通與行人的干擾也較小,特別適合城市范圍內的高架橋梁施工,除采取必要的安全措施外,可保持原有的交通運行,提高了文明施工程度。

        再次,節(jié)段預制拼裝工藝可保證橋梁的線型美觀。由于預制時采用密貼鑲合匹配澆筑法,而且整根梁的每個節(jié)段由同一套模板澆筑而成,保證了梁體的線型一致。

        節(jié)段預制拼裝工藝目前還存在一些局限性,減少這些局限因素應是今是改進和提高的目標。

        設備一次性投入大。施工中涉及的主要設備包括預制模板、小平車、架橋機等,工廠化的預制模板包括能夠自動脫模的內、側模和自動找平的底模,這些都需要由專業(yè)的制造工廠進行設計、制造。

        另外,通用性較差。在節(jié)段預制拼裝施工中,模板系統(tǒng)和架橋機是一筆極大的投資,只有達到一定的工程量,才能達到一次攤銷的目的。因為,每套模板是針對本次施工節(jié)段的長度和橫斷面,如果在以后的施工中運用該項工藝,就需對模板和架橋機進行重新改造。

        其次,架橋機對縱坡、線性都有一定的限制條件,當橋梁的設計參數(shù)不滿足要求時,將不能采用此項施工工藝。

        2 節(jié)段橋梁懸拼拼裝法

        節(jié)段橋梁的施工方法很多,但就城市橋梁而言,懸臂拼裝法是具競爭力的方案,即主梁在預制場地分段預制,留好預應力孔道,下部結構施工完成后,把梁段運到工地拼裝,同時張拉所需的鋼束。整個過程的結構體系為先是懸臂結構,合龍后形成連續(xù)體系。節(jié)段橋梁的分段長度可根據結構的受力要求及施工機具靈活劃分。

        設計方面,可采用高標號混凝土,預應力體系可多種多樣,計算機的使用已使橋梁的結構分析及撓度控制十分簡便。與滿堂支架法相比,結構由簡支到連續(xù),存在結構體系轉換問題,預應力及徐變引起的次內力已不容忽視。鋼束既可布置在腹板內,也可布置在頂?shù)装鍍?,結構自重大大降低,跨越能力增強。

        施工方面,可以節(jié)省大量的支架、型鋼和模板,混凝土質量可以得到保證。對城市橋梁而言,不必用掛籃進行張拉鋼束等作業(yè),只需簡單的移動支架即可。節(jié)段的預制可與下部構造同時進行,一方面大大加快了施工進度,另一方面可減少徐變帶來的負面影響,充分發(fā)揮力筋的高強性能。節(jié)段的安裝可充分利用機械化設備,安排在車流量較小的時段進行,對交通影響較小。

        但是,節(jié)段式橋梁的技術要求較高,影響結構的因素較多,施工控制也很嚴格,對小跨度橋梁由于梁高較低,無工作面張拉連續(xù)力筋,不適宜采用節(jié)段橋梁。

        3 節(jié)段橋梁設計和施工的關鍵問題

        3.1 次內力

        影響節(jié)段橋梁設計和施工的關鍵因素是次內力、節(jié)段間的連接、體系轉換及高程控制等。節(jié)段橋梁的預應力筋可分懸臂力筋和連續(xù)力筋。結構的次內力主要為預應力產生的次內力和徐變次內力。懸臂力筋只是產生徐變次內力,而不產生彈性次內力,連續(xù)力筋則產生彈性次內力,當有多次體系轉換時,也會產生徐變次內力。次內力(矩)的凈效增加了中間支點處的負彎矩和跨中正彎矩,對結構產生不利影響。但次內力并非完全不利,連續(xù)結構中,可以把次內力有效地使用,從而增加結構的經濟性。事實上,在懸臂拼裝階段,支點處的負彎矩隨懸臂長度增加逐漸增大,剛合龍時跨中正彎矩很小。正是徐變次內力引起內力重分配使支點負彎矩減小,而跨中正彎矩增加,隨著時間的增長及其它荷載的加入,結構整體受力趨向合理。預應力產生的次內力可用力法或等效荷載法計算。精確計算徐變次內力比較困難,與計算過程中的有關假設與實際出入較大有關,但不管采用什么方法,即使計算結果偏差較大,也不會對結構產生重大影響。

        設計中,只要優(yōu)化跨度及鋼束布置,合理安排合龍程序,就可充分利用次內力的有利方面。

        3.2 預應力鋼束布置

        節(jié)段橋梁的配束由懸臂力筋和連續(xù)力筋兩部分組成,懸臂力筋布置在頂板、腹板及上梗肋內。頂板內鋼束常布置成直線形,直接錨固在節(jié)段拼裝面上,腹板內鋼束一般為曲線形狀,使鋼束承擔部分剪力。但有的大跨度橋梁只在頂板布束而不彎入腹腔板內,這給施工帶來極大便利。連續(xù)力筋布置在底板內,在箱內底板上留鋸齒塊張拉錨固鋼束。懸臂拼裝的節(jié)段橋梁,鋼束一般布成短束,彎起力筋只有2個彎折點,節(jié)段從預制到安裝,大部分徐變已發(fā)生,因此預應力損失大大減少,可有效地增大永存預應力,使鋼束的高強性能充分發(fā)揮。

        懸臂拼裝階段,梁體需布置大量懸臂束,而體系完成后并不需要那么多鋼束,為避免浪費,往往需設臨時束。體外預應力體系是一種有效嘗試。由于鋼束布置在箱內(箱形梁)可以將截面做得更薄,通過控制張拉力,有效地控制及調整施工中的撓度和預拱度。但體外預應力結構極限承載能力稍低,如何合理地使用,尚需進一步研究。

        3.3 安裝定位及撓度控制

        節(jié)段的拼裝常做成企口縫。腹板企口縫用于調整高程,頂板企口縫可控制節(jié)段的水平位置,使拼裝迅速就位,并能提高結構的抗剪能力。有的在預制節(jié)段的底板處設預埋件,用以固定拼裝時的臨時筋;也有的在腹板拼裝面設連續(xù)的凹凸榫,頂板上僅留有2個水平半圓形和2個垂直梯形槽口的接榫供安裝定位用。

        安裝就位時,宜在拼裝面涂環(huán)氧樹脂,使拼裝面粘接較好。撓度控制往往是設計和施工的關鍵問題,所設的預拱度必須根據施工情況及徐變情況作精確分析和計算,并及時調整,一般可通過張拉力筋或控制力筋張拉力調整,必要時可用千斤頂調整,接觸面的接縫間可嵌入較軟金屬(如銅)。城市橋梁由于搭移支架方便,也可在局部布置臨時支架進行調整。撓度控制不好,不僅影響線形,而且合龍難度較大,必須精心設計和施工。

        3.4 合龍段的設計和施工

        懸臂拼裝的節(jié)段橋梁常在跨中留有1.5~2.0m的合龍段,在主梁標高調整后將梁連成整體。一般采用現(xiàn)澆或節(jié)段拼裝合龍,現(xiàn)澆比拼裝施工工期長,工序復雜,但便于調整,而拼裝對節(jié)段預制和拼裝的精度要求較高。

        采用懸臂拼裝的PC連續(xù)梁,在技術上可行、經濟上合理,機械化程度應用高,有利于工廠化生產,可滿足業(yè)主對工期和質量的要求及日新月異的城市發(fā)展需要,具有較大的優(yōu)越性,而且在同等造價條件下可以增大跨度,節(jié)省下部工程量。懸臂拼裝法也適用于曲線梁。

        [1]楊永剛,張玉萍.淺析節(jié)段橋梁的設計與施工【期刊】.價值工程,2010-03-28.

        [2]姜海波.常用節(jié)段橋梁設計與施工方法淺析,山河屯林業(yè)局基建工程處【期刊】.黑龍江科技信息,2009-02-05.

        [3]周廣東.小議節(jié)段橋梁設計存在的問題及其施工方法.龍建路橋股份有限公司【期刊】.科技資訊,2005-09-23.

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