陜西預應力技術在大橋高墩托架預壓中的應用

預應力技術在大橋高墩托架預壓中的應用高速公路跨越山丘或峽谷時，經(jīng)常選用高墩連續(xù)剛構橋型，橋梁的施工多采用掛籃懸臂澆筑法，同時考慮設支架或托架澆筑主梁0號梁段，為后繼掛籃的拼裝及施工提供平臺。橋墩較低時，可以采用搭設支架來進行0號梁段的施工，但當橋墩高度大于30m時，受支架材料的限制，支架承受荷載后的非彈性變形較大，因此常采用各類托架來進行0號梁段的施工。為檢驗托架在施工工況下的強度、剛度、穩(wěn)定性，并消除托架的非彈性變形，施工前應對托架進行預壓試驗。但在高墩大跨度的橋梁中，由于0號梁段重量較大，采用通常的“堆積材料加載法”工作量較大，需另覓他途。本文以X特大橋為例，介紹了預應力技術在該高墩托架預壓中的應用。1、工程簡介X特大橋，主橋部分設計為112m＋200m＋112m連續(xù)剛構橋，最大墩高96m，全橋共4個0號梁段，單個0號梁段混凝土方量661.5m，重量約計1653t。該橋跨越深谷，橋址處地形起伏較大，受施工便道的制約，大型機械設備及車輛均無法進入。2、托架的設計及安裝針對該特大橋的工程特點，0號梁段的托架設計采用預埋牛腿焊接型鋼結構。2.1、托架構造設計每個0號塊托架共有9片桁梁，分別組合為3個桁梁組，2組分別設置在0號梁懸臂部分，1組設置在墩身之間。每個桁梁組有3片桁梁，均沿橫橋向布置，中心間距260cm，外側桁梁距墩身外邊緣50cm。桁梁組三片桁梁間設2道橫聯(lián)，以加強穩(wěn)定性，在桁梁頂部節(jié)點處安裝楔鐵，在楔鐵上安放I32b橫墊梁，中間3個節(jié)點用雙I32b組焊件做橫墊梁，兩邊2個節(jié)點用單I32b做橫墊梁。橫墊梁上鋪設方木(中間)和I20b工字鋼(兩邊)做分配梁，其上安放底模。每片桁梁各預埋上牛腿2個，下牛腿2個。預埋件結構為水平桿(2根[6槽鋼加斜向鋼筋，10φ20二級鋼筋)，預埋板上焊接抗剪鋼板。箱粱0號塊托架總體布置見圖l。托架各部件均采用Q235鋼材，組焊結構。2.2、托架安裝托架總體施工順序為：先安裝預埋部分，然后焊接連接板，再連接桁梁。連接板焊接完畢后，用塔吊將單片桁梁起吊至托架規(guī)定位置，再用螺栓和連接板連接為一體，將桁梁上頂面調平后，緊固。依次連接完3片桁梁后，檢查3片桁梁頂面高程，保證基本在一個水平面內，連接桁梁橫聯(lián)，完成托架主桁的安裝。然后，在桁梁節(jié)點處安裝楔鐵，用定制U型螺栓固定，在楔鐵上安放I32b橫墊梁，橫墊梁上鋪設縱墊梁，其上安放底模。3、預加載方案及技術要點3.1、預加載目的0號梁段托架是0號梁段施工的主要承重構件，為檢驗托架設計能否滿足施工的要求，需對托架預壓，檢驗支架強度及穩(wěn)定性，同時，由于托架問各構件存在間隙，通過對托架的預壓，消除托架各構件間非彈性形變，測出支架的彈性形變值并為施工立模提供數(shù)據(jù)。3.2、預壓原理由于橋位處地形起伏較大，場地狹小，且主梁0號梁段位于距地面約96m的高空中，采用常規(guī)的“堆積材料預壓法”或“注水預壓法”極為耗時費力，操作難度大。為此，對X特大橋0號梁段托架的預壓采用“預應力等效荷載法”進行。該預壓方法的主要原理是通過在承臺上預埋鋼絞線束，利用千斤頂在托架上施加應力來實現(xiàn)對托架預壓的目的。3.3、預壓方案3.3.1、托架加載節(jié)點編號0號塊托架的預壓需對3個桁梁組的9片桁梁上的27個節(jié)點進行加載，對37個觀測點進行預壓觀測。各節(jié)點及觀測點編號如圖2所示。3.3.2、加載標準施工工況下，荷載分布如圖3所示。應用SAP2000程序計算，可得在荷載作用下托架桁梁的各節(jié)點支反力，見表1。為模擬在澆筑0號節(jié)段混凝土施工時工況下的荷載，并考慮1.2的安全系數(shù)，托架各節(jié)點預壓加載標準值見表2。3.3.3、托架預加載實施及卸載0號梁段托架預壓于2005年11月12日8：00開始，于12日13：20完成，共對托架3個桁梁組的9片桁梁上的27個節(jié)點進行了張拉，對37個觀測點進行了預壓觀測。預壓分3個部分進行：⑴、中桁梁組(1～10、6，～1O，點)；⑵、大里程懸臂部分桁梁組(2O～23、22，～23，點)；⑶、小里程懸臂部分桁梁組(16～19、18，～19，點)。根據(jù)施工工況下桁梁各節(jié)點支反力及加載時平衡的需要，每個節(jié)點各設2根(或4根)ASTM1860級φj15.24鋼絞線，分別對稱布置在桁梁的兩側，每根鋼絞線配置1臺YDC240Q千斤頂進行預壓張拉。限于千斤頂數(shù)量，在實施預壓時，對每個節(jié)點依次逐一進行，為防止桁梁偏載，各節(jié)點加載均分級進行，各分級加載力均以荷載作用下各節(jié)點支反力F(i)為標準，最大加載值為(i)，總體預壓順序如下。⑴、中桁梁組：1～5號節(jié)點50％F(i)→6～1O號節(jié)點12％F(i)→6，～1O，號節(jié)點12％F(i)→1～5號節(jié)點100％F(i)→6～1O號節(jié)點50％F(i)→6，～1O，號節(jié)點50％F(i)→6～1O號節(jié)點100％F(i)→6，～1O，號節(jié)點100％F(i)→1～5號節(jié)點120％F(i)→6～1O號節(jié)點120％F(i)→6，～1O，號節(jié)點120％F(i)⑵、大里程懸臂部分桁梁組：2O～21號節(jié)點50％F(i)→22～23節(jié)點8％F(i)→22，～23，節(jié)點8％F(i)→2O～21號節(jié)點100％F(i)→22～23節(jié)點50％F(i)→22，～23，節(jié)點50％F(i)→22～23號節(jié)點100％F(i)→22，～23，節(jié)點100％F(i)→20～21號節(jié)點120％F(i)→22～23節(jié)點120％F(i)→22，～23，節(jié)點120％F(i)。⑶、小里程懸臂部分桁梁組：16～17號節(jié)點50％F(i)→l8～l9節(jié)點8％F(i)→18，～19，節(jié)點8％F(i)→16～17號節(jié)點100％F(i)→18～19節(jié)點50％F(i)→18，～19，節(jié)點50％F(i)→18～19號節(jié)點100％F(i)→18，～19，節(jié)點100％F(i)→l6～17號節(jié)點120％F(i)→18～19節(jié)點120％F(i)→18，～19，節(jié)點12O％F(i)。卸載順序依照加載順序反向進行，分級卸載。觀測分別在張拉前、50％F(i)、100％F(i)、最大加載值F(i)、卸載后進行觀測。3.3.4、預壓施工技術要點⑴、預壓前，應仔細檢查桁梁與牛腿預埋鋼板間的焊接質量；⑵、對預壓使用的各個張拉千斤頂進行校核及標定，并保證在標定有效期內；⑶、應注意提高各觀測點初始高程、加載過程中及卸載后的測量精度，至少配備2臺以上水準儀及測量人員，盡量消除由儀器或人員而引起的測量誤差；⑷、嚴格遵守節(jié)點加載順序，加載過程中，加強觀察，防止桁梁在預壓過程中因為偏載而失穩(wěn)；⑸、在各級荷載施加后，應持荷1～2min后再進行高程觀測；⑹、注意安全技術措施，加強現(xiàn)場安全防護。3.4、預壓結果及受力分析(見表3)表3預壓結果數(shù)據(jù)統(tǒng)計預壓結果數(shù)據(jù)表明，1.2倍荷載作用下，0號梁段托架最大彈性變形值δ＝5mm，小于規(guī)范規(guī)定值[δ]＝L／400＝15mm，結構受力及穩(wěn)定性能夠滿足0號梁段施工要求。本橋0號梁段設計為箱形結構，混凝土澆筑過程中，除底板混凝土按均布荷載考慮外，頂板及腹板混凝土重均按集中荷載考慮。從受力分析上而言，采用多節(jié)點的預應力加載法可以更合理地模擬混凝土的澆筑過程，獲得更接近實際的結果。以本橋托架為例，墩間托架理論計算撓度值4.7mm，預壓得到的變形值5mm，澆筑完混凝土后實測托架沉降為6mm，考慮一定的測量誤差，預壓結果與實際情況是比較接近的。4、結束語在30m以上高空中，由于受材料剛度及彈性變形的限制，往往采用各式各樣的托架來代替支架，以完成結構混凝土的施工，而對高墩托架的預壓則是檢驗托架強度、剛度等最直觀有效的手段。本橋主墩最高96.15m，采用的“預應力等效加載法”以預應力為載體，利用預埋在承臺中的鋼絞線束，實現(xiàn)對托架的預壓，相比較“堆積材料加載法”等預壓方法有一下優(yōu)點：⑴、有效縮短工期。利用千斤頂張拉預應力筋的方法來模擬澆筑混凝土時的工況，可以在較短的時間內完成大噸位荷載的施加和卸載，避開了堆積材料加載時繁重的材料吊運和堆碼工作，以本橋為例，自鋼絞線下料開始計算，至卸載完畢，僅用1.5d，大大縮短了施工工期。⑵、降低成本。本橋采用預應力加載，除