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        高速鐵路大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無(wú)砟軌道施工技術(shù)

        2020-03-22 03:55:42趙云飛員利軍楊少龍陳海劉偉石永剛趙偉強(qiáng)
        中國(guó)鐵路 2020年6期
        關(guān)鍵詞:線(xiàn)形斜拉橋鋼梁

        趙云飛, 員利軍, 楊少龍, 陳海, 劉偉, 石永剛, 趙偉強(qiáng)

        (1. 中鐵三局集團(tuán)橋隧工程有限公司,四川成都 610000;2. 京福鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)安徽有限責(zé)任公司,安徽合肥 230001)

        0 引言

        隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的迅速發(fā)展,乘客對(duì)交通舒適性的追求日益提高,為進(jìn)一步提高我國(guó)高鐵的建設(shè)質(zhì)量,王平等[1]對(duì)高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)理論研究發(fā)展進(jìn)行論述,對(duì)比提出不同軌道結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。陳登玉[2]采用揭板試驗(yàn)方法,研究在CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土澆筑過(guò)程中,施工工藝與混凝土配合比對(duì)工程質(zhì)量的影響。林松紅等[3]通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用與理論計(jì)算相結(jié)合的方法,得出不同軌道結(jié)構(gòu)在高速鐵路大跨度斜拉橋的應(yīng)用特點(diǎn)及其適用性。高軍[4]通過(guò)建立有限元模型方法,考慮各種工況進(jìn)行計(jì)算,得出時(shí)速350 km 高速鐵路斜拉橋計(jì)算要考慮的各項(xiàng)要素,解答了二期恒載、溫度荷載、風(fēng)荷載及活荷載等對(duì)斜拉橋線(xiàn)形影響。

        由此可知,關(guān)于高速鐵路大跨度斜拉橋以及CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的研究,眾多學(xué)者進(jìn)行了探討,理論與實(shí)踐成果較為豐富,但在高速鐵路建設(shè)中,大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無(wú)砟軌道鋪設(shè)技術(shù)尚為空缺。在此,以商合杭高鐵裕溪河特大橋?yàn)楸尘?,?duì)高速鐵路大跨度斜拉橋無(wú)砟軌道施工技術(shù)開(kāi)展研究與實(shí)踐。

        1 工程概況

        新建商合杭高鐵為設(shè)計(jì)時(shí)速350 km 的雙線(xiàn)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn),裕溪河特大橋位于安徽省馬鞍山市含山縣與蕪湖市鳩江區(qū)境內(nèi),主橋采用(60+120+324+120+60)m 雙塔鋼箱桁梁斜拉橋,全長(zhǎng)686 m,主橋平面曲線(xiàn)位于直線(xiàn)上,縱坡為“人”字形,坡度為1.6‰,軌道形式為CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道,斜拉橋無(wú)砟軌道起訖里程為DK487+112.145—DK487+926.645,長(zhǎng)度814.5 m(含主橋及兩端各2 孔簡(jiǎn)支箱梁)。斜拉橋支座采用單向滑動(dòng)支座與縱向滑動(dòng)支座,屬于半漂浮體系。

        斜拉橋無(wú)砟軌道主要結(jié)構(gòu)層包括混凝土墊層、混凝土底座、自密實(shí)混凝土、CRTSⅢ型軌道板和橋面防水層以及其他橋面附屬結(jié)構(gòu),鋼梁與兩邊簡(jiǎn)支梁通過(guò)伸縮調(diào)節(jié)器連接。

        2 工程重難點(diǎn)

        裕溪河特大橋?yàn)榇罂缍蠕撓滂炝盒崩瓨颍瑯蛄褐ё繛榭v向支座和多向支座,主橋?qū)侔肫◇w系。橋梁在溫度和風(fēng)荷載作用下,位移和變形較大且復(fù)雜。本工程重難點(diǎn)如下:

        (1)該橋在溫度和風(fēng)荷載作用下,變形較大且復(fù)雜,研究主橋在風(fēng)和溫度影響下的橫向位移和變形的規(guī)律是重點(diǎn),也是難點(diǎn)。

        (2)施工精度和測(cè)量技術(shù)要求高,現(xiàn)場(chǎng)在不同時(shí)段和環(huán)境下鋼箱梁變形大,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制難度大。

        (3)有效施工時(shí)間短,施工測(cè)量只能在良好天氣下的夜間進(jìn)行,且每次施工前必須對(duì)CPⅢ控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)平差,導(dǎo)致有效施工時(shí)間短。

        (4)在斜拉橋無(wú)砟軌道施工項(xiàng)目中,裕溪河特大橋首次采用橋軌一體化溫度調(diào)節(jié)伸縮裝置,并結(jié)合采用多項(xiàng)新技術(shù)、新工藝。過(guò)程中監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)、計(jì)算工序復(fù)雜,對(duì)工序的銜接要求高,是項(xiàng)目把控的重點(diǎn)之一。

        (5)受鋼箱梁上部桁架影響,無(wú)砟軌道施工空間狹小,加之主跨在裕溪河上方,軌道板及自密實(shí)混凝土只能通過(guò)主橋兩端吊裝上橋,采用線(xiàn)間運(yùn)輸物流組織方案,施工工效低。

        因此,研究橋梁變形和位移的規(guī)律,實(shí)現(xiàn)無(wú)砟軌道施工中線(xiàn)形控制與橋梁變形相適應(yīng)是保證軌道結(jié)構(gòu)高平順性、高穩(wěn)定性及高可靠性的重要基礎(chǔ)。

        3 施工方案

        3.1 總體施工方案

        在無(wú)砟軌道施工前,通過(guò)Midas及ANSYS等有限元軟件對(duì)橋體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析,通過(guò)計(jì)算得到斜拉橋在無(wú)砟軌道施工過(guò)程中各工況下的線(xiàn)形變化及規(guī)律,并采用水袋壓重的方式對(duì)橋體進(jìn)行預(yù)加載,以保證理論值與實(shí)際值的統(tǒng)一(見(jiàn)圖1)。

        圖1 水袋預(yù)壓

        由于該橋?yàn)榘肫◇w系,在二期恒載及風(fēng)荷載等外界因素影響下,橋面標(biāo)高處于波動(dòng)狀態(tài),所以橋面埋設(shè)的CPⅢ控制網(wǎng)成果也在隨之變化。為解決這一難題,對(duì)CPⅢ控制網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,做到隨用隨測(cè),即每次進(jìn)行測(cè)量工作前,先對(duì)CPⅢ控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)校核,以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。與此同時(shí),利用全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方式對(duì)橋面線(xiàn)形變化進(jìn)行監(jiān)控,將理論變化值與實(shí)際變化值進(jìn)行擬合分析,用數(shù)據(jù)指導(dǎo)無(wú)砟軌道施工[5]。為減少環(huán)境因素對(duì)橋梁線(xiàn)形的不利影響,通過(guò)試驗(yàn)方法,確定無(wú)砟軌道施工必須在溫度梯度不大于3 ℃、風(fēng)速小于5 m/s的特定環(huán)境下進(jìn)行。

        3.2 鋼梁墊層施工

        裕溪河特大橋斜拉橋防護(hù)墻內(nèi)側(cè)設(shè)置厚度153 mm稀釋混凝土墊層,根據(jù)軌道板位置每隔4.23~6.00 m 設(shè)置1 道伸縮縫,分段長(zhǎng)度與軌道板同步[6],伸縮縫寬20 mm,采用硅酮膠填充。

        墊層混凝土設(shè)2層HPB300φ10@100 mm鋼筋網(wǎng)片,并按梅花形間隔40 cm 設(shè)置架立鋼筋,鋼筋保護(hù)層為30 mm(見(jiàn)圖2)。混凝土墊層與鋼梁面之間采取栓釘連接,栓釘間距600 mm。

        混凝土墊層施工順序?yàn)椋合葷仓啥舜芜吙缫约斑吙纾? 次成型),再澆筑中跨。混凝土上橋采用汽車(chē)泵輸送,中跨河道上方采用地泵接力的方式進(jìn)行運(yùn)輸。

        圖2 鋼梁混凝土墊層鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)

        3.3 底座施工

        底座為現(xiàn)澆分塊式結(jié)構(gòu)[7],混凝土強(qiáng)度C40,配置雙層鋼筋網(wǎng)片。鋼梁范圍底座板采用預(yù)埋鋼筋與橋面連接,簡(jiǎn)支箱梁范圍采用植筋方式與橋面連接。

        鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器區(qū)軌枕埋入式無(wú)砟軌道底座板長(zhǎng)度、寬度與道床板的長(zhǎng)度、寬度相同。CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道簡(jiǎn)支梁范圍每塊軌道板對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度設(shè)置單元底座板,相鄰底座板間設(shè)置寬度50 mm 伸縮縫,較軌道板每側(cè)寬20 cm。底座板之間不填充。底座板兩側(cè)與梁面墊層縱向間采用有機(jī)硅酮嵌縫材料密封,密封材料20 mm(深)×15 mm(寬),其性能滿(mǎn)足Q/CR 601—2017《鐵路無(wú)砟軌道嵌縫材料》的相關(guān)規(guī)定。每塊底座板上設(shè)置2個(gè)限位凹槽,用于道床板下限位凸臺(tái)的鑲嵌。底座板表面設(shè)置6%的橫向排水坡,變坡點(diǎn)位于自密實(shí)混凝土層邊緣往軌道中心線(xiàn)方向5 cm處?;炷恋鬃┕ひ?jiàn)圖3。

        圖3 混凝土底座施工

        底座板混凝土的澆筑順序與混凝土墊層一致,同樣是從兩端到中間,使用汽車(chē)泵與地泵接力的方式運(yùn)輸混凝土上橋。與常規(guī)底座板施工不同的是,斜拉橋底座板施工需要抵消混凝土墊層施工中所產(chǎn)生的誤差,所以底座板厚度以及設(shè)計(jì)標(biāo)高需要等墊層施工完成后橋面標(biāo)高趨于穩(wěn)定的情況下方能確定[8-9],在混凝土澆筑過(guò)程中,不僅要對(duì)底座板厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量,而且還要測(cè)量其標(biāo)高,以便更好地控制施工質(zhì)量。

        3.4 隔離層鋪設(shè)

        在伸縮調(diào)節(jié)器范圍內(nèi),沿用傳統(tǒng)4 mm 厚土工布隔離層[10],鋪設(shè)時(shí)將底座清理干凈,鋪設(shè)要求無(wú)褶皺、無(wú)空鼓、無(wú)隆起、無(wú)破損、無(wú)搭接。鋼梁處調(diào)節(jié)器范圍外,采用新型橡膠隔離緩沖墊層,厚14 mm,材質(zhì)為合成橡膠,力學(xué)性能良好,具有減振性能好、耐久性好、不怕水等優(yōu)點(diǎn)。鋪設(shè)時(shí)使用手持射釘槍使其與底座板有效連接,并且使用手持槍進(jìn)行搭接縫合,搭接長(zhǎng)度為10 cm。限位凹槽四周依舊沿用傳統(tǒng)的彈性緩沖墊層,采用魚(yú)珠膠粘接,鋪設(shè)密實(shí)、牢固(見(jiàn)圖4)。

        圖4 彈性緩沖墊層

        3.5 軌道板鋪設(shè)及自密實(shí)混凝土澆筑

        軌道板上橋采用龍門(mén)吊吊裝的方式,從兩側(cè)邊跨起吊,先鋪設(shè)邊跨,后鋪設(shè)中跨。先進(jìn)行軌道板粗鋪,采用機(jī)械吊裝,人工配合輔助鋪設(shè)。粗鋪完成后,待斜拉橋標(biāo)高趨于穩(wěn)定時(shí),計(jì)算自密實(shí)混凝土理論厚度以及軌道板精調(diào)數(shù)據(jù),隨后開(kāi)始軌道板精調(diào)。

        在軌道板精調(diào)完成后,立即進(jìn)行自密實(shí)混凝土灌注,澆筑順序?yàn)橄冗吙?、后中跨,澆筑過(guò)程中需對(duì)軌道板平面位置及標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量(見(jiàn)圖5)。

        圖5 自密實(shí)混凝土澆筑

        3.6 橋面防水施工

        為保證軌道板線(xiàn)形,防水層施工將在軌道板精調(diào)前進(jìn)行,其中防護(hù)墻外側(cè)的防水與底座板同步實(shí)施,防護(hù)墻內(nèi)側(cè)的防水在軌道板精調(diào)前施工。每塊底座板的長(zhǎng)度設(shè)置一段防水層坡度,標(biāo)高一端為最大值,另一端為最小值。先縱向排水,然后沿底座板板縫橫向排出,再穿過(guò)防護(hù)墻上的排水孔,最后通過(guò)鋼梁泄水孔排出。

        4 結(jié)論

        針對(duì)高速鐵路大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無(wú)砟軌道施工項(xiàng)目,從橋面CPⅢ控制、橋體線(xiàn)形監(jiān)測(cè)、無(wú)砟軌道施工工藝等各方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),并成功應(yīng)用于裕溪河特大橋無(wú)砟軌道施工,對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)如下:

        (1)全橋線(xiàn)形監(jiān)測(cè)技術(shù)。對(duì)不同環(huán)境溫度下鋼梁變形值進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)[11],結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)分析鋼梁在不同環(huán)境溫度下的變形規(guī)律,得到橋梁剛度實(shí)際值為理論值的1.042 倍,與理論計(jì)算吻合良好,該數(shù)據(jù)為無(wú)砟軌道施工及試運(yùn)營(yíng)期間的控制提供了理論支持。

        (2)水袋預(yù)加載技術(shù)。在無(wú)砟軌道施工中,首次采用等效荷載預(yù)壓的方法,全面考慮混凝土底座、軌道板、自密實(shí)混凝土等結(jié)構(gòu)層施工前后、施工過(guò)程中的各項(xiàng)活載,以及其他二期恒載作用下的多種工況,選用水袋預(yù)加載的方法,充分發(fā)揮水袋加載節(jié)能環(huán)保、利于控制、方便調(diào)整等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

        (3)斜拉橋CPⅢ控制技術(shù)。斜拉橋線(xiàn)形對(duì)溫度比較敏感,橋面線(xiàn)形受構(gòu)件溫差(如索與梁、索與塔)影響較大,受系統(tǒng)整體升降溫影響相對(duì)較小。為了最大程度地降低線(xiàn)形受結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫差的影響,使實(shí)測(cè)線(xiàn)形與計(jì)算線(xiàn)形相吻合,通過(guò)對(duì)橋面進(jìn)行連續(xù)觀測(cè),找到線(xiàn)形波動(dòng)最小時(shí)刻,確定最佳溫度點(diǎn),方便指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工及CPⅢ控制測(cè)量工作。

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