浅谈8#墩挂篮施工.docx
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浅谈8#墩挂篮施工.docx
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浅谈8#墩挂篮施工
浅谈东营黄河公路大桥主桥8#墩挂篮施工
【摘要】东营黄河公路大桥主桥上部结构采用116+200+220+200+116m预应力砼刚构--连续结合梁,箱梁采用菱形挂篮施工,并按各种工况模拟挂篮的受力进行现场试验,获得了大量的有关受力和实际刚度计算参数,作为施工控制参数。
同时在施工工艺方面也积累了成功的经验。
【关键词】东营黄河公路大桥主桥悬灌梁菱形挂篮试压与施工
1工程概况
东营黄河公路大桥是黄河最下游的一座特大桥,主桥上部结构采用116+200+220+200+116m预应力砼刚构--连续结合梁。
箱梁断面设计底板宽6.0m,顶板宽12.8m,线型为1.6次抛物线。
8#墩顶0#块根部高度为11.0m,悬灌梁段1`~21`a(21`b)梁高由10.56~4.00m变化。
每次悬臂浇注长度分别为:
1`~4`块梁段长度3.0m,其中1`块砼体积68m3;5`~11`(a)(11`b)梁段长度3.5m,其中5块砼体积69.7m3;12`a(12`b)~21`a(21`b)梁段长度4.5m,12`a(12`b)块砼体积61.2m3。
全桥箱梁采用8套16个挂篮悬臂施工,因8#(11#)墩与9#(10#)墩梁段的重量不同,所以采用了两种不同设计承载力的挂篮构造形式,现对8#墩挂篮的施工作一浅谈。
2挂篮的结构形式和主要特点
挂篮作为一种移动支架,其结构形式多种多样。
经过对三角形挂篮、弓弦式挂篮、滑动斜拉式挂篮、菱形挂篮综合比较,该桥选用了菱形挂篮。
2.1菱形挂篮的主要特点
2.1.1菱形挂篮外形美观,结构简单,杆件受力明确,计算简便;
2.1.2作业面开阔,便于梁段钢筋及预应力材料的吊装、安装以及砼浇注时的进料作业;
2.1.3利用主桁架的前后支座,使桁架在轨道上走行,无需平衡重,操作方便,移动灵活、平稳。
内外模、底模随挂篮一次移动到位,缩短了挂篮的移动时间;
2.1.4菱形挂篮的自重较轻,节省材料。
2.2挂篮设计主要性能参数
2.2.1适应最大梁段重:
2000KN;
2.2.2适应最大梁段长:
4.5m;
2.2.3梁高的变化范围:
11.0—4.0m;
2.2.4走行方式:
无平衡重走行;
2.2.5篮设计的荷载组合方式:
组合Ⅰ:
梁段重量+挂篮自重+人群荷载、施工荷载等+动力附加荷载
组合Ⅱ:
梁段重量+挂篮自重+人群荷载、施工荷载等+砼偏载
组合Ⅲ:
梁段重量+挂篮自重+风载
组合Ⅳ:
梁段重量+挂篮自重+人群荷载、施工荷载等
组合Ⅴ:
挂篮自重+冲击附加荷载+风载等
以上荷载组合并考虑1.2的不均匀系数;荷载组合Ⅰ--Ⅲ用于主桁承重系统强度和稳定性计算;荷载组合Ⅳ用于刚度计算;荷载组合Ⅴ用于挂篮走行验算。
2.3挂篮结构
2.3.1菱形主构架是挂篮的主要承重结构,由两片主桁架、横联、门架及顶横梁组成,桁架的间距与腹板的竖向预应力钢筋位置相对应。
各杆件间通过高强螺栓联结,主桁架采用Q235钢材加工。
2.3.2底模前吊带:
前吊带的作用是将底模架、梁体砼、施工荷载的重量传递至主桁架上。
底模架吊带采用δ=32mm厚度的16Mn钢,内外侧模的前吊杆受力较小,采用精轧螺纹钢制作。
每组吊带通过放置在顶横梁上的2个LQ32千斤顶调节底模标高。
底模后吊带:
后吊带的作用是将底模架荷载的一部分传递至已成的箱梁底板上。
采用δ=36mm厚度的16Mn钢加工而成,吊带穿过箱梁底板和底模架的销座联结。
上端放置2个LQ32千斤顶通过扁担梁调整底模。
2.3.3模板:
主要由底模、外侧模、内模、外端模等几部分组成
(1)底模:
采用墩身施工用的大块定型钢模,刚性好、平整度高;
(2)外侧模:
外侧模的下部设置5块高度为1.75m的活动模板,随着梁体高度的逐步减少,将活动模板逐块卸落,在梁体翼缘板部位设置一块整体固定模板,一直使用到合拢段,外侧模板用桁架辅助固定。
整个外侧模的重量支撑在外侧模走行梁上,走行梁的前端悬吊在主构架的顶横梁上,后端悬吊在已成梁段的翼缘板上(在浇注顶板时预留孔),后吊架上设有滚动轮用于外侧模和走行梁一起随着主桁架前移;
(3)内模:
由内模架、组合钢模、横竖龙骨、调整丝杠及内模走行梁组成。
内模架走行梁前端吊在主桁架上,后端吊在已浇的梁段上(顶板预留孔),内模架可沿走行梁滑行,内外模板之间用拉杆紧固,内部设有顶撑。
(4)端模:
梁端封头模板采用厚度5mm的钢板加工制作分块而成。
2.3.4走行系统:
在两片主桁架下的箱梁顶面(竖向预应力钢筋)的位置铺设两根用工字钢加工成的Ⅱ字形钢轨。
轨道锚固在箱梁竖向精轧螺纹钢上。
主桁架的前端设有前支座,后支座用反扣轮沿轨道滚动,不需要加平衡重。
2.3.5锚固系统:
挂篮的锚固系统是指在悬灌梁作业时,用精轧螺纹钢和后锚扁担把挂篮主桁架的后支座锚固在轨道上,最终使后锚力全部由箱梁腹板上的精轧螺纹钢承受。
2.4挂篮加工要求
2.4.1挂篮的各部件之间采用高强度螺栓连接,安装时采用计力扳手;
2.4.2吊带、销座等重要受力部位,焊接后按相关规范要求进行探伤或张拉试验;
2.4.3边加工边拼装组合,保证挂篮的加工精度,严禁在工地上随意切割,以防对挂篮的强度造成不良的影响;
2.4.4严格检查挂篮加工用的原材料,必须出示产品质保书和相关的检验证明材料。
3挂篮拼装
3.1主桁架的拼装
主桁在平整的地面进行拼装。
拼装时由采用用扭矩扳手(扭矩扳手要进行测定扭矩与螺栓预拉力对应关系)严格控制螺栓的扭矩。
保证各螺栓受力均匀,对于同一节点上螺栓按照先中央后四周的顺序,初拧、复拧、终拧三个步骤进行,保证连接的质量。
3.2轨道及后锚系统的安装。
用连接器将竖向精轧螺纹接长,然后用精轧螺纹钢的锚具将后锚系统锚固在走行轨道上,同时注意两条走行轨道因桥面横坡的存在而要将其找平。
3.3用25T吊车配合塔吊将拼好的主桁运至施工完毕的0#块上,并将其锚固于轨道上,两片主桁锚固后,连接横向连接系,最后连接顶横梁。
3.4底模架和外侧模的拼装
一般底模架和内外侧模在施工0#块的过程中在其支架上已经安装完毕,在挂篮的主桁拼装完以后,通过内外侧的走行梁将其与主桁架架连接为一个整体后拖拉到位。
4挂篮试压
4.1试压的目的
为检验实际的承载力,确定施工最不利条件下挂篮的安全可靠性,使用前必须进行试压,以消除自身非弹性变形;测定弹性变形关系曲线,为线型控制提供重要的数据。
试压主要取得的数据为:
顶横梁的挠度弹性变形曲线;通过百分表测得的后锚点、前支点和顶横梁的水平及竖向位移量;通过应变片测得的主桁在最重梁段下的节点板和主构件的应力;通过偏载试验测得挂篮的横向刚度和稳定性等数据。
4.2试压方法
4.2.1试压方法的选择
底模架结构简单,受力明确,通过建立正确的力学模型,即可较为准确的计算出底模架、底模架前后横梁、后吊带及后锚点的受力和变形。
但主桁架属空间结构,受力较为复杂,特别是主桁节点板、顶横梁及主桁锚固点处的受力复杂,变形及内力难以准确的分析,为此试压试验应主要测试主桁架的受力和变形。
4.2.2加载方式的选择
悬灌梁段自重较大,且重量主要分布在两侧的腹板位置,若采用一般的砂袋或水箱的方法加载,需要堆筑的砂袋较高,且堆筑砂袋或水箱加载方法与实际受力形式不同,最后传递到挂篮前吊带和吊杆的力也与箱梁施工加载过程不一样,这样测量出的挂篮主桁架的内力和变形也就存在较大的偏差。
综合比较类似桥梁的挂篮试压方式,为尽量使试压加载过程和实际施工过程挂篮受力状态吻合,我们选择用施加预应力加载方式进行试压。
4.3试压用主要机械设备
YCW60B千斤顶4台、油泵4台、35T吊车一台、高精度水准仪1台、应变片80个、百分表6个。
4.4试压梁段的选择与挂篮吊带荷载的计算
4.4.1梁段的选择
砼容重γ=27.3KN/m3
则第1`梁段(3m长、68m3砼)W3=27.3×68=1856.4KN
第5`梁段(3.5m长、69.7m3砼)W3.5=27.3×69.7=1902.8KN
第12`梁段(4.5m长、60.4m3砼)W4.5=27.3×60.4=1648.9KN
挂篮荷载:
560KN(不包括位于梁段上部分:
主横联、后锚及行走系统);
人群荷载:
按30人、22.5KN,施工荷载取100KN;
不均匀系数:
R=1.2
根据以上的受力模型计算单桁前点受力结果如下:
浇注第1`梁段时:
P1=843.9KN,P2=522.2KN(主桁前点受力)
浇注第5`梁段时:
P1=813.6KN,P2=608.1KN(主桁前点受力)
浇注第12`梁段时:
P1=649.1KN,P2=632.9KN(主桁前点受力)
试压时选主桁前支点受力最大的第5`梁段
4.4.2挂篮加载的计算
通过计算5`梁段施工时挂篮吊带及锚点的受力如下(具体的吊带位置见后附图一):
底模架前吊带
(1)、(3)(靠外侧的)受力为:
60.2KN;
底模架前吊带
(2)、(4)(靠内侧的)受力为:
282.7KN;
外侧模前吊杆受力为:
119.2KN;
内侧模前吊杆受力为:
67.8KN;
因千斤顶油表读数分级的限制,考虑到加载的精度,我们在加载时将外侧模前吊杆的力与底模架外侧前吊带的力进行了合并,将内模前吊杆的力与底模架内侧前吊带的力进行了合并;并根据合力矩定理重新对张拉千斤顶的位置进行了变动,保证力的最终效果不变。
重新分配后加载千斤顶的力分别为179.4kN,350.6kN,507.961kN,179.4kN。
考虑1.3的安全系数后,4个千斤顶的总预压力为:
233.22kN,455.78KN,455.78KN,233.22KN。
四个张拉千斤顶的位置见附图一
4.5试压挂篮主桁布置图
挂篮在0#块上进行试压由于前支点受力较大,使挂篮前支点位于0#块中间隔板位置(具体见试压图一)。
4.6梁段砼抗裂性检算
本项主要是检查在前支点局部受力的情况下,箱梁砼的局部承载力和箱梁断面的正截面应力的安全系数,通过《结构力学》和《结构设计原理》的知识可以进行计算,经过检算应其局部应力和正截面弯曲应力小于砼(C55号砼)的容许应力,此处不再赘述。
4.7加载试压
4.7.1预应力筋的安装
通过上垫梁用位于腹板上的四排精轧螺纹钢将下垫梁牢固的锚固在箱梁顶板上,然后通过连接器将从下垫梁处引出的精轧螺纹钢固定在挂篮顶横梁上的张拉千斤顶上。
(具体见下附图一)。
4.7.2观测点布置
(1)变形观测点布置
在顶横梁吊点位置用油漆标注点位,每加载一级荷载用高精度的水准仪进行倒尺测量主横梁的挠度变化,上横梁挠度的测点布置在吊带和吊杆的位置,对应张拉千斤顶的位置共设置4个挠度测点。
用百分表测量主桁和挂篮前后支点的水平和竖向位移;测量结果记录至附表中。
(2)应力及锚固点受力观测点的布置
在主桁的中间及距离节点板的位置大于1.0m处布置应变片,测量杆件的应力,应变片的具体位置见附图二。
4.7.3加载顺序
采用YCW60B千斤顶对称依次分级张拉,施加力时要使吊带同步同等级的受力进行。
4.7.3变形及应力观测
为准确的测出挂篮的弹性变形曲线,加载以计算力的10%晋级进行加载,每级张拉完成10-20min后观测其变形,并记入设计的相应表格。
当张拉达到设计荷载后,保持荷载2~3天,在此期间,每天观测3次变形量(早晨,中午,晚上)并记入表格中。
4.7.4卸载
卸载按20%分级完成,每次观测回弹量,直至卸载完成。
5.偏载试验
最不利因素下的偏载计算取值模型:
5.1注砼时左右侧腹板的浇注高度差值1.5m,砼的重量100.3KN;
5.2人群荷载按15人偏载计算,为0.7KN;
5.3风力按强风6级,风速10.8—13.8m/s,风力为190.44Pa;
5.4挂篮计算时按双片桁架结构,挂篮的体型系数经过计算取为0.86;
5.5计算后横向风力的偏载取值为3.4KN;
5.6砼浇注时,单侧对模板的冲击力及砼振捣对模板的水平力为:
5.0KN;
综上结果计算偏载为:
109.6KN,占砼重量的5.7%;
5、号梁段偏载按110KN对挂篮加载,测量挂篮的横向刚度和稳定性。
同样放置压力盒测量后锚点的实际受力。
6.挂篮底模架非弹性变形的检测
在对挂篮主桁进行应力和变形试验的过后,对挂篮底模架的非弹性变形也进行测定。
测定的主要方法为:
将底模架安装就位以后,检查挂篮吊带和吊杆的连接情况,以及挂篮锚固点的固定情况后,开始对挂篮的底模架采用堆积砂袋的方法加载试压。
试压前在底模架的前后端各设置两个变形观测点,并对初始变形进行观测,然后开始逐级加载。
每加载10袋(重量12t)测量变形一次。
卸载时也逐级进行,并测量相应的变形值,最后根据试压的结果推算出挂篮底模架的非弹性变形值。
7.8#墩挂篮试压测试结果
7.8.1挠度测试结果
(1)正载测试结果如下表
(2)偏载
加载时,左右偏载按10%计算
7.8.2应变测试结果
(1)正载:
(2)偏载
加载时,左右偏载按10%计算;
8#墩挂篮预压应变测试结果记录(偏载)
7.8.3挂篮实验结果分析
(1)挂篮的弹性变形
为较为准确的测量挂篮的弹性变形曲线,对8#墩的挂篮进行了三次试压,每次试压为挂篮主桁最不利设计梁段重量的1.3倍,充分的消除了挂篮的非弹性变形后,取第三次的变形曲线为挂篮的弹性变形曲线。
从试压的结果分析,弹性变形曲线较为合理,可以作为箱梁线形控制的一项取值参数。
(2)应变测试结果
工况一正载:
8#墩挂篮的最大的拉应变在BD杆上为707κε,拉应力为144.9MPa;最大的压应变在CD杆上为-893κε,拉应力为183.1MPa;
工况二偏载:
8#墩挂篮的最大的拉应变在BD杆上为700κε,拉应力为143.5MPa;最大的压应变在CD杆上为-887κε,拉应力为181.8MPa;
8.挂篮施工及安全注意措施
8.1挂篮的使用及调整
挂篮在每个阶段施工程序为:
挂篮前移就位→底模及外侧模的调整就位→绑扎底板钢筋→绑扎腹板钢筋→安放腹板预应力管道→绑扎顶板钢筋,安放顶板横向预应力管道→砼浇注→砼养护及预应力穿束→预应力张拉→挂篮前移,以下阐述挂篮的主要操作要领:
8.1.1砼浇注时
在砼浇注前,技术负责人对挂篮做一次全面的检查,重点是底模架后支座的锚固及各吊带的联结情况。
砼浇注应注意保持T形悬臂梁段平衡随着梁段的加长,保持平衡也显得尤为重要,T构两端偏载的大小不能超出设计值(根据设计提供的资料,梁体按一端增大5%,另一端不增加;挂篮、施工机具的偏差:
一端为自重的1.2倍,另一端为其自重的0.8倍计算施工);箱梁的同一侧横断面左右侧浇注腹板砼的高度偏差以不大于1.5m为限。
砼应连续浇注,尽量在砼初凝前完成阶段的浇注。
在浇注砼时,应采取调整后吊带的方法,以防止新老砼竖向结合处出现裂缝。
具体做法是:
当浇注完底板和腹板砼后,将后吊带的千斤顶增加初应力,使后锚点和梁体底板顶紧,但要注意若超过砼的初凝时间后就不可在调整千斤顶,防止底板出现裂缝。
8.1.2挂篮的前移
箱梁砼的强度和弹性模量达到90%以上,开始预应力的施工,纵向预应力张拉完毕后即可将挂篮移动。
第一步:
首先将走行轨及锚轨扁担安装到位,用连接器将腹板的竖向精轧螺纹钢接长,并将走行轨锚固;
第二步:
将模板的拉杆解除,使内外模分开,将外侧模全部落在外侧模走行梁上,同时用10t倒链将底模架的后横梁挂在外侧模的走行梁上。
将内模的重量落在内侧模的走行梁上,准备挂篮移动;
第三步:
对主桁架后支座进行转化。
通过两个LQ32千斤顶将主桁架的后支座放松,使后支座的走行支撑板落在走行轨上,然后将锚固后支座的竖向精轧螺纹钢卸落;最后将的模架的后吊带拆除。
第四步:
用两个10t的倒链分别牵引挂篮后前座处,将倒链锚固在竖向精轧螺纹钢上,在走行轨的两侧用粉笔画标线,保持左右同步牵引移动。
8.1.3挂篮的卸落
悬臂箱梁最后一个梁段的砼浇注完毕并张拉压浆完成后便可拆除挂篮,挂篮的拆除根据具体情况,将挂篮倒退在合适的位置进行,拆除时按安装的可逆顺序进行。
挂篮拆除应注意每个T形悬臂两端对称的进行,避免产生较大的不平衡力矩。
8.2挂篮使用注意事项
8.2.1挂篮就位后,根据测量站的交底将标高调整完毕后,应及时的将所有的千斤顶锁死,后锚杆及后锚点处的千斤顶施加一定的初应力;
8.2.2挂篮的安全保护措施:
外侧模走行梁与底模架前后横梁除用精轧螺纹钢悬吊外,在用钢丝绳联结固定,对底模架起到一定的保护作用,施工中严防挂篮坠落事故的发生;
浇注砼前认真的检查后锚点的固定情况,在浇注砼过程中应设专人检查挂篮锚固点及底模架和外模的变形情况,发现问题及时处理;
8.2.3砼的浇注应先从挂篮前端开始,以使挂篮的微小变形大部分实现,从而避免新旧砼间产生裂缝;
8.2.4钢绞线张拉完毕后,松动外侧模,将底模架的前后横梁,用手拉葫芦配合钢丝绳吊装在外侧模走行梁上后,开始拆除后锚点,挂篮准备前移。
移动前应避开大风的天气,移动时左右的走行轨用粉笔按每格5cm做好移动标尺,移动过程中设专人观察挂篮方向及左右是否偏移,如有偏移应立即纠正;
8.2.6移动就位后,将牵引的钢丝绳扣死,同时将支座的后锚点施加一定的预应力;
8.2.7定期的检查前后锚杆(精轧螺纹钢)、连接器的使用安全情况,发现有变形或局部有损坏的及时更换。
9.挂篮使用效果
目前8#墩悬灌梁段已经施工至11#梁段,设计最不利的荷载已经过去,从施工的梁段分析该挂篮变形较小,走行方便,结构合理;经过试压的弹性变形曲线为箱梁线型控制提供合理的数据。
可为同类型的挂篮设计和施工提供的丰富成功数据。
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