可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行

1、可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的研究與應(yīng)用目 錄一、技術(shù)背景2二、創(chuàng)新點(diǎn)8三、國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的對(duì)比17四、推廣應(yīng)用前景及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益18可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的研究與應(yīng)用一、技術(shù)背景隨著城市建設(shè)的發(fā)展，大量的橋梁正在建設(shè)，而橋梁支撐架在施工過程中出現(xiàn)崩塌的重大安全事故時(shí)有發(fā)生，無論是城市建設(shè)管理部門，還是施工、監(jiān)理單位均承擔(dān)巨大的安全和社會(huì)責(zé)任，尤其是已出現(xiàn)的類似重大安全事故，有的是進(jìn)行了加載試驗(yàn)，但為什么依然會(huì)出現(xiàn)大量的橋梁施工腳手架崩塌的重大安全事故呢？目前國(guó)內(nèi)外的橋梁加載的方法均為砂包加載或用水袋加載，砂包加載和水袋加載均存在加載計(jì)量不準(zhǔn)確的問題，易導(dǎo)致加載量

2、小于設(shè)計(jì)的應(yīng)加載量。另一方面，砂包加載時(shí)如遇下雨、砂包中含大量的空隙，吸水后又會(huì)導(dǎo)致加載量超過設(shè)計(jì)要求，曾出現(xiàn)過因?yàn)橄掠甓股鞍畬?dǎo)致加載超量導(dǎo)致腳手架垮塌的事故。 某橋梁在加載試驗(yàn)過程中支撐架發(fā)生垮塌某橋梁在澆筑砼過程中腳手架發(fā)生垮塌事故 某橋梁在澆筑砼過程中橋梁支撐架（腳手架）發(fā)生垮塌事故砂袋對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的實(shí)景（加載量計(jì)量不準(zhǔn)確）砂袋對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載噸位試驗(yàn)的實(shí)景砂袋對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的實(shí)景（砂袋和鋼筋混合加載，計(jì)量不準(zhǔn)確） 砂袋對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的實(shí)景 （噸袋的吊帶易斷裂，不安全）用吊車稱砂袋的實(shí)景 砂袋對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的實(shí)景 （因占道夜間施工、安全

3、隱患大、工期長(zhǎng)）在武漢市二環(huán)線漢口段（江漢二橋-建設(shè)大道）和金橋大道工程中，橋梁支撐架盡管是一個(gè)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，相對(duì)于永久結(jié)構(gòu)，從設(shè)計(jì)、施工及試驗(yàn)方法并沒有引起廣泛的重視，加載試驗(yàn)不規(guī)范、計(jì)量不準(zhǔn)確，但卻事關(guān)人民的生命安全和城市的和諧建設(shè)。橋梁支撐架的垮塌安全事故屢見不鮮，這表明要從新技術(shù)、新工藝和管理的新思路等方面著手，經(jīng)分析研究，提出了“可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的研究”，并已申請(qǐng)了五項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利和兩項(xiàng)實(shí)用新型專利，該方法可減少建橋梁支撐架的垮塌事故、減少人員傷亡、減少安全事故的發(fā)生，又可以在城市市政建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)了不占道不影響交通，實(shí)現(xiàn)了加載試驗(yàn)規(guī)范化和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)，預(yù)

4、制構(gòu)件重復(fù)使用率高，且適用范圍廣，還可用樁基的靜載荷試驗(yàn)。符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保的政策，體現(xiàn)了資源節(jié)約、環(huán)境友好以及和諧建設(shè)。在不受雨天影響全天候作業(yè)、不占道不影響交通、節(jié)能和環(huán)保（構(gòu)件長(zhǎng)期周轉(zhuǎn)）等方面均有了本質(zhì)的提高。形成地方和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),本方法大大提高了橋梁支撐架預(yù)壓試驗(yàn)的可靠性和安全性，是橋梁安全建設(shè)的重要保證,安全性能好。該可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的研究與應(yīng)用技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平二、創(chuàng)新點(diǎn)經(jīng)分析研究，提出了“可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的研究”，并已申請(qǐng)了五項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利和兩項(xiàng)實(shí)用新型專利，該方法可減少建橋梁支撐架的垮塌事故、減少人員傷亡、減少安全事

5、故的發(fā)生，又可以在城市市政建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)了不占道不影響交通，實(shí)現(xiàn)了加載試驗(yàn)規(guī)范化和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)，預(yù)制構(gòu)件重復(fù)使用率高，且適用范圍廣，還可用樁基的靜載荷試驗(yàn)。符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保的政策，體現(xiàn)了資源節(jié)約、環(huán)境友好以及和諧建設(shè)。本研究大大提高了橋梁支撐架預(yù)壓試驗(yàn)的可靠性和安全性，是橋梁安全建設(shè)的重要保證。1、可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架加載的有限元分析：華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院采用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架的加載過程進(jìn)行數(shù)值模擬，明確其受力狀況和結(jié)構(gòu)變形規(guī)律，研究?jī)?nèi)容主要包括以下兩個(gè)方面：一是預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)轿缓髽蛄褐渭艿撵o力數(shù)值計(jì)算，二是預(yù)制構(gòu)

6、件運(yùn)輸過程中橋梁支撐架的動(dòng)力數(shù)值計(jì)算。通過采用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架的加載過程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了橋梁支撐架靜動(dòng)力力學(xué)特征，著重對(duì)比分析了支撐架桿件靜動(dòng)力響應(yīng)峰值之間的差別，得到了以下結(jié)論：（1）小車運(yùn)行速度越大，小車動(dòng)力荷載在支撐架桿件中產(chǎn)生的軸力的波動(dòng)越劇烈。計(jì)算結(jié)果還表明：隨著小車運(yùn)行速度的增長(zhǎng)，動(dòng)力響應(yīng)放大系數(shù)呈非線性增長(zhǎng)，小車運(yùn)行速度越大，動(dòng)力響應(yīng)放大系數(shù)增長(zhǎng)越快。（2）計(jì)算結(jié)果表明，從整體上看，隨著加載的進(jìn)行，堆放在支撐架上的預(yù)制塊不斷增多，而小車動(dòng)荷載卻基本不變（小車動(dòng)荷載只與正在運(yùn)送的預(yù)制塊的數(shù)量及分布情況相關(guān)，與已經(jīng)運(yùn)送就位的預(yù)制塊數(shù)量無關(guān)

7、）。相應(yīng)地，小車動(dòng)荷載所占總荷載（靜+動(dòng)）的比重降低。因此，隨著加載的進(jìn)行，典型部位支撐架桿件靜動(dòng)力響應(yīng)峰值之間的相對(duì)差值逐步降低。（3）小車動(dòng)荷載主要對(duì)其正下方桿件的軸力影響較大，小車動(dòng)荷載所到之處，其下方桿件軸力波動(dòng)較為劇烈；隨著小車的前行，桿件軸力波動(dòng)劇烈的位置也隨之前移。（4）一般而言，支撐架桿件軸力靜動(dòng)力響應(yīng)峰值相差不超過10%，應(yīng)該說小車動(dòng)荷載對(duì)橋梁支撐架的影響并不是特別突出。在實(shí)際的橋梁支撐架設(shè)計(jì)分析中，可在靜力分析的基礎(chǔ)上，考慮一個(gè)10%左右的動(dòng)力效應(yīng)放大系數(shù)。2、加載材料的創(chuàng)新：砂包預(yù)制構(gòu)件，尤其是可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件，預(yù)制構(gòu)件作為加載物，實(shí)現(xiàn)了加載材料的多樣化；根據(jù)箱形梁各部位

8、荷載大小的不同，預(yù)制構(gòu)件可選擇不同高度并進(jìn)行分層，預(yù)制構(gòu)件分層預(yù)壓，模擬實(shí)際荷載效果好；實(shí)現(xiàn)了加載量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)化并準(zhǔn)確模擬荷載分層分級(jí)加載；加載預(yù)制構(gòu)件不受下雨影響，安全性能好。3、 加載物水平運(yùn)輸方式的創(chuàng)新：在橋梁一端依靠小型吊車將預(yù)制構(gòu)件吊上軌道預(yù)制構(gòu)件在軌道上行走（水平運(yùn)輸不需吊車）。砂包加載時(shí)每吊1噸，預(yù)制構(gòu)件每吊3噸，時(shí)間縮短60%。預(yù)制構(gòu)件比重大，尺寸規(guī)范，堆放占地小，且運(yùn)輸簡(jiǎn)捷快速，可大大縮短預(yù)壓周期?？梢苿?dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的實(shí)景 可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的實(shí)景可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的實(shí)景4、節(jié)能環(huán)保方面的創(chuàng)新：在橋梁一端（施工

9、區(qū)域內(nèi)）依靠小型吊車將預(yù)制構(gòu)件吊上軌道，實(shí)現(xiàn)了不占道不影響交通，有利于和諧建設(shè)；預(yù)制構(gòu)件可長(zhǎng)期使用，應(yīng)用范圍廣，還可用于樁基礎(chǔ)的靜載荷試驗(yàn)；符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)、資源節(jié)約、環(huán)境友好的政策，是一種安全、綠色和環(huán)保型的加載試驗(yàn)方法。5、橋梁支撐架預(yù)壓加載試驗(yàn)的規(guī)范化：計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)化和荷載模擬的準(zhǔn)確化，形成了企業(yè)級(jí)工法，提高了橋梁支撐架預(yù)壓加載試驗(yàn)的可靠性和安全性，減少橋梁支撐架（腳手架）垮塌安全事故。1）橋梁支撐架加載大小，加載量是橋梁鋼筋砼結(jié)構(gòu)自重的1.2倍，如下圖一、圖二 “標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面橋梁鋼筋砼結(jié)構(gòu)自重線性荷載分布圖”所示。實(shí)際加載的荷載為圖中標(biāo)明的荷載乘以1.2 系數(shù)，荷載值較大，一般為15

10、.5kN/36.8kN/即 1.55t/3.68t/。 圖一 圖二 預(yù)制構(gòu)件布置圖 2）橋梁兩邊的預(yù)制構(gòu)件由吊車直接吊放到位，不設(shè)軌道。所有構(gòu)件按構(gòu)件布置圖擺放，有9條軌道，均對(duì)稱布置如下圖二，鐵軌必須擺放在縱肋100×100的木方上，承受鐵軌、龍門吊、構(gòu)件、運(yùn)輸行走荷載，即使不安裝軌道，構(gòu)件之間（橫向）也要預(yù)留250mm軌道尺寸，否則會(huì)造成超載，因?yàn)闃?gòu)件荷載已包含預(yù)留軌道部分的荷載；3）構(gòu)件縱列之間預(yù)留軌道尺寸250mm;2000mm長(zhǎng)構(gòu)件橫列擺放時(shí)，不能壓在每塊間的軌道連接件上；1000mm長(zhǎng)和1200mm長(zhǎng)的（沿軌道縱向）構(gòu)件沿縱向每2塊緊貼擺放，且不能壓在軌道連接件上見軌道連

11、接件布置圖三。4）、試驗(yàn)加載構(gòu)件分兩層疊加放置,分級(jí)加載，所有的預(yù)制構(gòu)件上都標(biāo)有長(zhǎng)×寬×高的尺寸和塊體噸位標(biāo)識(shí)。序號(hào)規(guī)格（長(zhǎng)×寬×高）mm軌距mm塊數(shù)噸位t門形吊11200×1250×850（H）150075×23.175二臺(tái)×222000×1250×350（H）150045×22.1875二臺(tái)×232000×1500×350（H）175045×22.625二臺(tái)×241000×1750×725（H）200090

12、15;23.17二臺(tái)×252000×1750×325（H）200045×22.825二臺(tái)×2預(yù)制構(gòu)件規(guī)格、塊數(shù)、噸位清單5）、所有預(yù)制構(gòu)件下部四邊采用63角鋼護(hù)角，角鋼下表面和側(cè)面分別與砼底面平和砼側(cè)表面平，板底部鋼筋和角鋼焊接。預(yù)制構(gòu)件標(biāo)號(hào)為C30。產(chǎn)品質(zhì)量要達(dá)到規(guī)范要求。圖四 預(yù)制構(gòu)件配筋圖6）、整個(gè)腳手架和支撐搭設(shè)要嚴(yán)格按照國(guó)家建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程JGJ130-2001執(zhí)行。7）預(yù)制構(gòu)件安裝工藝:(1)先在箱梁模板上安放加載用模板（可以采用舊模板）；(2)在加載用模板上按構(gòu)件布置示意圖尺寸安裝軌道，用60mm寬連接件和卡具

13、固定軌道，軌道端部設(shè)置雙車檔；(3)每2條軌道上安放2臺(tái)小型門形吊，龍門吊安裝有剎車，間隔一軌道布設(shè)；(4)采用25t噸汽車吊將預(yù)制構(gòu)件吊運(yùn)到軌道間擺放，由門形吊進(jìn)行水平運(yùn)輸；(5)預(yù)制構(gòu)件都是由2塊疊加放置，首先吊放第一層構(gòu)件，然后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果滿足要求后再加載第二層構(gòu)件；(6)全部加載完畢后進(jìn)行檢測(cè)；(7)待試驗(yàn)檢測(cè)完畢，進(jìn)行卸載，先卸載第二層，待第二層全部卸載完畢再卸載第一層； 6、對(duì)加寬段做預(yù)壓試驗(yàn)時(shí)，由于吊車無法在側(cè)邊站位，且無法將加載物吊送到位，即無法使用砂袋及鋼材預(yù)壓，鋪設(shè)軌道的可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件預(yù)壓法的優(yōu)勢(shì)更加明顯。在取得創(chuàng)新的同時(shí)申請(qǐng)了七項(xiàng)國(guó)家專利(其中發(fā)明五項(xiàng),實(shí)用新型二項(xiàng)（1

14、）用于對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載的預(yù)制構(gòu)件 (發(fā)明專利)（2）利用預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載的方法 (發(fā)明專利）（3）手推移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的方法 (發(fā)明專利）（4）牽引行走移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的方 (發(fā)明專利）（5）電動(dòng)門形吊移動(dòng)預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的方法(發(fā)明專利）（6）用于預(yù)制構(gòu)件水平運(yùn)輸?shù)能壍姥b置 (實(shí)用新型）（7）用于對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的門形吊 (實(shí)用新型）三、國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的對(duì)比1橋梁支撐架加載方法對(duì)比橋梁支撐架加載方法對(duì)比表序號(hào)傳統(tǒng)砂袋加載方法可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載方法1計(jì)量不準(zhǔn)確，并且砂易吸水產(chǎn)生超載現(xiàn)象。加載材

15、料砂的吸水率包含自身材料吸水和空隙中含水量，約20%左右，一旦下雨，砂吸水后易導(dǎo)致超載，從而發(fā)生重大安全事故。荷載計(jì)量準(zhǔn)確，不吸水，不受雨天影響，不會(huì)產(chǎn)生超載現(xiàn)象而將支撐架壓垮的安全事故。2砂袋上橋必須采用大型吊車，并在橋兩側(cè)占道（即非施工區(qū)域），預(yù)壓期間將造成交通更加擁堵；夜間作業(yè)效率低，不安全（詳見照片）。鋪設(shè)軌道，其水平運(yùn)輸可自行解決，水平運(yùn)輸不需吊車；也不占道，不影響交通并可隨時(shí)作業(yè)施工3砂袋比重小（1.45t/ m3），吊的鉤數(shù)多并占道施工，工期長(zhǎng)。一跨30米跨的橋梁加載工期15至20天。砼（2.5 t/ m3）比重大，吊的吊鉤大幅減少50%左右，且不占道施工，工期短。一跨30米跨的

16、橋梁加載工期僅為5至6天。4砂袋重復(fù)使用率低，易破損，不符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保的政策，并且砂袋加載需占道，不符合和諧建設(shè)及環(huán)境友好的要求。預(yù)制構(gòu)件重復(fù)使用率高，且適用范圍廣，還可用樁基的靜載荷試驗(yàn)。符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保的政策，并且不占道，體現(xiàn)了資源節(jié)約、環(huán)境友好。四、推廣應(yīng)用前景及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益1、成果應(yīng)用實(shí)施評(píng)價(jià)：1）可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的研究與應(yīng)用效果評(píng)價(jià)：在試驗(yàn)實(shí)施過程中, 可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)?zāi)軌虮ＷC支撐架整體安全、穩(wěn)定的加載。加載試驗(yàn)后對(duì)L9聯(lián)、L14聯(lián)經(jīng)過與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程的實(shí)測(cè)，加載試驗(yàn)在60%荷載時(shí)橋梁支撐架的非彈性變形沉

17、降觀測(cè)平均下沉值為1012，加載試驗(yàn)在120%荷載時(shí)橋梁支撐架的彈性變形沉降觀測(cè)平均下沉值為810，全部荷載加載觀測(cè)24小時(shí)沉降觀測(cè)平均下沉值為46，滿足規(guī)范要求。2）可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的研究與應(yīng)用效果評(píng)價(jià)：實(shí)踐證明可移動(dòng)式預(yù)制構(gòu)件對(duì)橋梁支撐架進(jìn)行加載試驗(yàn)的方法是成功的。且不受雨天影響全天候作業(yè)、不占道不影響交通、節(jié)能和環(huán)保（構(gòu)件長(zhǎng)期周轉(zhuǎn)）等方面均有了本質(zhì)的提高，順利完成了橋梁支撐架加載試驗(yàn)，本方法大大提高了橋梁支撐架預(yù)壓試驗(yàn)的可靠性和安全性，同時(shí)縮短施工工期，每聯(lián)試驗(yàn)由15至22天驟減少到5至6天，是橋梁安全建設(shè)的重要保證,安全性能好, 每聯(lián)節(jié)約成本3萬元，得到業(yè)主、監(jiān)理認(rèn)可。本成果為武漢市二環(huán)線漢口段（江漢二橋-建設(shè)大道）和金橋大道工程中已應(yīng)用了七聯(lián)加載試驗(yàn), 模擬實(shí)際荷載效果好。2、經(jīng)濟(jì)效益：本方法使試驗(yàn)的安全性、試驗(yàn)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)化、荷載模擬的準(zhǔn)確性、節(jié)能和環(huán)保（構(gòu)件長(zhǎng)期周轉(zhuǎn)）、加載效率等方面均有了本質(zhì)的提高?？蓽p少建橋梁支撐架的垮塌事故、減少人員傷亡、減少安全事故的發(fā)生，又可以在城市市政建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)了不占道不影響交通，同時(shí)縮短施工工期,預(yù)制構(gòu)件重復(fù)使用率高，且不受雨天影響全天候作業(yè)、成本卻大幅降