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        橋梁預(yù)制拼裝蓋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工研究

        2021-12-09 11:31:25范滿蘭李燕華
        運輸經(jīng)理世界 2021年15期
        關(guān)鍵詞:蓋梁高架張拉

        文/范滿蘭、李燕華

        1 前言

        高架橋梁是現(xiàn)階段應(yīng)用于城市橋梁建設(shè)的主要類型,在高架橋梁的建設(shè)中,傳統(tǒng)的施工方式并不利于下部橋梁的質(zhì)量和穩(wěn)定性建設(shè)。而利用預(yù)制拼裝技術(shù)對橋梁的蓋梁結(jié)構(gòu)施工,能夠通過提高橋梁的受力性能來優(yōu)化橋梁的建設(shè)。

        2 常見的橋梁蓋梁結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝方案

        2.1 預(yù)制拼裝施工的應(yīng)用優(yōu)勢

        高架橋梁能夠應(yīng)對現(xiàn)階段大多數(shù)復(fù)雜的城市交通環(huán)境,蓋梁作為連接橋梁上部與承接下部的荷載,在保證橋梁質(zhì)量和穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要的作用?,F(xiàn)階段,我國用于橋梁蓋梁結(jié)構(gòu)的施工方法以裝配式施工為主,而裝配式施工技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在預(yù)制拼裝上。

        與原有的現(xiàn)場施工方式相比,預(yù)制拼裝的施工方式不僅能夠有效減少施工對現(xiàn)場交通造成的影響,而且還能夠在降低人員施工成本的同時,減少因高空作業(yè)導(dǎo)致的安全隱患。高架橋梁是現(xiàn)階段常用于城市橋梁工程建設(shè)的主要類型,在對高架橋梁的預(yù)制結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼裝時,主要采用整體、分兩節(jié)、分三節(jié)等方案進(jìn)行具體施工[1]。

        2.2 整體預(yù)制吊裝

        應(yīng)用于高架橋梁的預(yù)制結(jié)構(gòu)施工方案,都是以大部分高架橋梁的27m 標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為前提的,對于特殊情況需要加寬橋面的情況,主要采用的是門架式的蓋梁結(jié)構(gòu)。整體預(yù)制吊裝方案的主線標(biāo)準(zhǔn)蓋梁吊重能夠達(dá)到240t,這種預(yù)制吊裝方案應(yīng)用吊車一次性實現(xiàn)蓋梁的吊裝,減少了現(xiàn)場臨時搭建支承消耗的時間和成本,但由于其需要對吊裝的構(gòu)件選擇特殊的線路運輸,再加上蓋梁整體結(jié)構(gòu)的吊重較高,對吊裝設(shè)備的要求也比較高,因此在實際應(yīng)用中尚有一定的限制和困難。

        2.3 分兩節(jié)預(yù)制安裝

        分兩節(jié)預(yù)制安裝方案,主要是將整體的蓋梁結(jié)構(gòu)分為兩個預(yù)制吊裝階段和一個后澆帶,通過降低施工的實際難度提高一次性施工的成功率。整個高架橋梁工程需要應(yīng)用多個蓋梁結(jié)構(gòu),在將蓋梁結(jié)構(gòu)分階段預(yù)制時,每兩節(jié)之間的現(xiàn)澆段以1.5m 的預(yù)留距離為最佳。在實際安裝時,通過在蓋梁外側(cè)的端部設(shè)置臨時支承,保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;在兩節(jié)蓋梁結(jié)構(gòu)完成安裝后,再進(jìn)行現(xiàn)澆段以及預(yù)應(yīng)力的張拉施工。

        2.4 分三節(jié)預(yù)制安裝

        分三節(jié)預(yù)制安裝方案是最能體現(xiàn)裝配式施工以及預(yù)制拼裝施工特點和優(yōu)勢的安裝方案,這種安裝方案主要是通過將整體的蓋梁結(jié)構(gòu)劃分為三個預(yù)制吊裝節(jié)段以及兩道拼接縫,將每節(jié)蓋梁的重量控制在150t 之內(nèi),進(jìn)而保證預(yù)制安裝的質(zhì)量和穩(wěn)定性。另外,在拼接縫和節(jié)段的蓋梁拼接面應(yīng)用環(huán)氧膠,以牛腿式進(jìn)行垂直接縫,能夠有效降低安裝的施工難度,加快施工進(jìn)度[2]。

        3 橋梁預(yù)制拼裝蓋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工研究

        不同的蓋梁預(yù)制安裝方案是依據(jù)不同的蓋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行的,為了使橋梁蓋梁的安裝質(zhì)量滿足橋梁工程的質(zhì)量要求,在應(yīng)用裝配式施工技術(shù)時,相關(guān)工作人員需要事先對橋梁的蓋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,選擇適宜的預(yù)制拼裝方案。在對橋梁預(yù)制拼裝蓋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工進(jìn)行分析時,主要可以從以下幾個方面來入手:

        3.1 橋梁預(yù)制拼裝蓋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

        蓋梁結(jié)構(gòu)本身在橋梁中起到支承、分布和傳遞上部結(jié)構(gòu)的作用,因此在對蓋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計之前,相關(guān)工作人員首先要明確橋梁工程的主線橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度、橋梁荷載級別、上下部結(jié)構(gòu)組成等內(nèi)容,在了解橋梁工程的大概情況之后,再對橋梁的墩柱進(jìn)行分析,明確橋墩立柱截面尺寸、均高、蓋梁在道路中心線處的高度、橫向順向橋?qū)捯约吧w梁的總體重量。

        蓋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)定性會受到施工后的預(yù)應(yīng)力張拉施工的影響,因此在設(shè)計橋梁蓋梁結(jié)構(gòu)時,工作人員還要考慮到用于橋梁澆筑的混凝土強(qiáng)度等級,并仔細(xì)檢查預(yù)應(yīng)力鋼束的規(guī)格;另外,在蓋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力施工時,需要注意以“對稱張拉、先長束、后短束”的原則進(jìn)行張拉。當(dāng)接縫中的混凝土強(qiáng)度以及彈性模量等數(shù)據(jù)都能夠達(dá)到100%之后,先完成第一批鋼束的張拉,第二次張拉則需要在鋼梁完成架設(shè)之后。

        由于現(xiàn)階段應(yīng)用于橋梁工程的起重機(jī)的最大起吊質(zhì)量大多控制在160t 左右,因此在選擇蓋梁結(jié)構(gòu)的預(yù)制安裝時,大多采用階段劃分的拼裝方案。在完成蓋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工之后,將蓋梁結(jié)構(gòu)以橫向分段的形式在預(yù)制廠進(jìn)行預(yù)制,將預(yù)制結(jié)構(gòu)運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后,大多采用濕接縫的方式來完成蓋梁結(jié)構(gòu)節(jié)段間的連接。

        3.2 有限元模型

        依據(jù)橋梁蓋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理,在對實際的蓋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時,由于受到不同施工現(xiàn)場以及橋梁工程施工要求的影響,在結(jié)構(gòu)的具體數(shù)據(jù)信息方案會存在一定的差別。此外,通常采用有限元模型的方式來對蓋梁結(jié)構(gòu)中混凝土構(gòu)件的受力情況進(jìn)行分析,在這個過程中,為了保證模擬受力情況的真實性,需要在有限元模型中建設(shè)蓋梁、立柱、樁基礎(chǔ)等蓋梁的具體結(jié)構(gòu)組成部分。

        在建設(shè)橋梁蓋梁結(jié)構(gòu)的有限元模型時,最重要的就是在保證遵循《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)的前提下對蓋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。在建模之后,不僅要考慮到加載的永久作用范圍,還要依據(jù)實際的施工順序?qū)δP椭械氖┕すr進(jìn)行合理劃分。應(yīng)用有限元模型的蓋梁結(jié)構(gòu)加載的永久作用,以一期恒載、二期鋪裝荷載以及混凝土的收縮徐變作用為主,實際的施工順序主要以橋梁墩柱施工、蓋梁吊裝、濕接縫施工、張拉鋼束、架設(shè)上部鋼梁、張拉鋼束以及橋面的整體施工為主。

        3.3 結(jié)果分析

        在建立好橋梁蓋梁結(jié)構(gòu)的有限元模型之后,就要對建模的計算結(jié)果進(jìn)行分析,用于橋梁蓋梁結(jié)構(gòu)的計算項目,其主要包括以下幾個方面。

        3.3.1 施工階段應(yīng)力驗算

        施工階段的應(yīng)力驗算,主要體現(xiàn)在從張拉第一批鋼束到整個橋面施工的過程。

        在依據(jù)有限元模型得出正應(yīng)力的計算結(jié)果之后,一方面要依據(jù)公路混凝土設(shè)計規(guī)范中有關(guān)預(yù)應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn),對法向應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算,另一方面也要將計算結(jié)果與得到的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比較,用以保證蓋梁結(jié)構(gòu)在實際施工中能夠滿足質(zhì)量和穩(wěn)定性的要求。

        3.3.2 使用階段應(yīng)力驗算

        使用階段的應(yīng)力驗算,主要是為了保證在橋梁工程使用之后蓋梁結(jié)構(gòu)能夠承受的應(yīng)力大小以及是否會對蓋梁結(jié)構(gòu)和橋面的質(zhì)量產(chǎn)生比較嚴(yán)重的影響。在對此階段的應(yīng)力進(jìn)行驗算時,主要需要將有限元模型中蓋梁的正截面法向應(yīng)力、斜截面的主壓應(yīng)力變化結(jié)果提取出來,并依據(jù)相關(guān)的法律法規(guī)文件標(biāo)準(zhǔn),將理論上蓋梁正截面混凝土的壓應(yīng)力以及斜截面混凝土的主壓應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)計算出來。以表1應(yīng)用的蓋梁結(jié)構(gòu)為例,這種蓋梁在使用階段的法向應(yīng)力以15.81MPa 為最大標(biāo)準(zhǔn),在經(jīng)過計算之后可以得知,這一標(biāo)準(zhǔn)比規(guī)范的16.2MPa 要?。贿@種蓋梁的最大斜截面主壓應(yīng)力也以15.81MPa 為標(biāo)準(zhǔn),而規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)是19.44MPa,這也比規(guī)定的范圍要小。因此,依據(jù)有限元模型可以得知,該蓋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計在壓應(yīng)力方面符合實際的蓋梁結(jié)構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)。

        3.3.3 持久狀況抗裂驗算

        在進(jìn)行蓋梁結(jié)構(gòu)的持久狀況抗裂驗算時,需要在有限元模型中結(jié)合蓋梁結(jié)構(gòu)在短期效應(yīng)以及長期效應(yīng)組合的情況下進(jìn)行計算,并依據(jù)計算結(jié)果對混凝土的拉應(yīng)力分別在短期效應(yīng)以及長期效應(yīng)中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算。在進(jìn)行蓋梁結(jié)構(gòu)的持久狀況抗裂驗算時,蓋梁結(jié)構(gòu)能夠符合壓應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)要求,大多是由于蓋梁結(jié)構(gòu)在短期效應(yīng)與長期效應(yīng)的組合下并沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力,而且長期效應(yīng)下也不會出現(xiàn)拉應(yīng)力,因此蓋梁結(jié)構(gòu)大多只需要對短期效應(yīng)中出現(xiàn)的拉應(yīng)力進(jìn)行計算,判斷其是否滿足要求,就可以實現(xiàn)對蓋梁結(jié)構(gòu)持久狀況的計算。

        3.3.4 持久狀況承載能力驗算

        承載能力是橋梁蓋梁結(jié)構(gòu)最需要滿足的性能要求,在進(jìn)行蓋梁結(jié)構(gòu)的持久狀況承載能力驗算時,最主要的是在長期效應(yīng)的條件下,對蓋梁結(jié)構(gòu)的彎矩、剪力效應(yīng)以及抗力進(jìn)行提取和驗算。整個驗算的方法和標(biāo)準(zhǔn),要完全按照公路混凝土的設(shè)計規(guī)范來進(jìn)行,以此滿足實際的橋梁工程設(shè)計要求。

        在對橋梁蓋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工進(jìn)行分析之后可以得知,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)階段應(yīng)用于我國城市橋梁工程的施工類型以高架橋梁為主。基于裝配式施工技術(shù)的要求以及橋面的寬度要求,在對橋梁的蓋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工設(shè)計時,首先需要采用橫向分段的方式來完成蓋梁結(jié)構(gòu)的預(yù)制拼裝,而在選擇實際的預(yù)制安裝方案時,則需要在結(jié)合施工現(xiàn)場的環(huán)境之后,具體選擇分兩節(jié)還是分三節(jié)進(jìn)行預(yù)制安裝;其次,在對蓋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時,應(yīng)用有限元模型能夠?qū)ιw梁結(jié)構(gòu)在施工和使用階段承受的應(yīng)力是否滿足蓋梁結(jié)構(gòu)的承載要求進(jìn)行驗算,這對保證蓋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量具有重要的作用。

        4 結(jié)語

        綜上所述,預(yù)制拼裝的蓋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠有效保證橋梁工程的質(zhì)量和美觀等性能,確保預(yù)制橋墩、蓋梁受力、連接方式以及施工工藝等方面的性能優(yōu)勢,有利于提升橋梁工程預(yù)制拼裝技術(shù)應(yīng)用水平。

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