節(jié)段橋梁設(shè)計存在的問題及其施工方法

丁 銳 趙紅濤

摘 要:相對于現(xiàn)澆橋梁,節(jié)段橋梁已廣泛應(yīng)用于PC連續(xù)梁、剛架、斜拉橋及拱橋的建設(shè),我國在設(shè)計和施工方面也取得了不少經(jīng)驗。本文就懸臂拼裝法施工的節(jié)段橋梁在城市橋梁中的應(yīng)用作出初步分析和探討。

關(guān)鍵詞:連續(xù)梁橋;節(jié)段橋梁;預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu);懸臂拼裝架橋

隨著經(jīng)濟不斷的發(fā)展,城市高架、輕軌等橋梁施工逐漸成為我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主要內(nèi)容。在這種前提下,引進國外先進的施工技術(shù)、加快施工速度、減少對環(huán)境和交通的影響、提高文明施工水平,成為橋梁施工中的一個主要課題。

節(jié)段橋梁施工技術(shù)具有對環(huán)境交通影響小、對施工的地理位置要求低、施工工期短等優(yōu)點,可基本實現(xiàn)無支架化施工,不影響現(xiàn)有交通,特別適合于對環(huán)境要求極高的城市橋梁的施工。

1 節(jié)段橋梁預(yù)制拼裝法的主要特點

首先,可以大幅度的縮短工期。與現(xiàn)澆箱梁相比,在進行下部結(jié)構(gòu)施工的同時即可進行節(jié)段的預(yù)制。如果采用工廠化預(yù)制與混凝土低溫蒸汽養(yǎng)護技術(shù),每一節(jié)段的生產(chǎn)周期可縮短到1天。另外,由于采用了新型的特種架橋機設(shè)備進行節(jié)段的逐跨拼裝,一跨箱梁的架設(shè)時間約為7天,大大縮短了施工周期。

其次,減小對環(huán)境的影響。節(jié)段拼裝時占用的地面道路較少,施工過程中對地面交通與行人的干擾也較小,特別適合城市范圍內(nèi)的高架橋梁施工,除采取必要的安全措施外,可保持原有的交通運行,提高了文明施工程度。

再次,節(jié)段預(yù)制拼裝工藝可保證橋梁的線型美觀。由于預(yù)制時采用密貼鑲合匹配澆筑法,而且整根梁的每個節(jié)段由同一套模板澆筑而成,保證了梁體的線型一致。

節(jié)段預(yù)制拼裝工藝目前還存在一些局限性,減少這些局限因素應(yīng)是今是改進和提高的目標。

設(shè)備一次性投入大。施工中涉及的主要設(shè)備包括預(yù)制模板、小平車、架橋機等,工廠化的預(yù)制模板包括能夠自動脫模的內(nèi)、側(cè)模和自動找平的底模,這些都需要由專業(yè)的制造工廠進行設(shè)計、制造。

另外,通用性較差。在節(jié)段預(yù)制拼裝施工中,模板系統(tǒng)和架橋機是一筆極大的投資,只有達到一定的工程量,才能達到一次攤銷的目的。因為,每套模板是針對本次施工節(jié)段的長度和橫斷面,如果在以后的施工中運用該項工藝,就需對模板和架橋機進行重新改造。

其次,架橋機對縱坡、線性都有一定的限制條件,當(dāng)橋梁的設(shè)計參數(shù)不滿足要求時,將不能采用此項施工工藝。

2 懸拼橋梁的設(shè)計和施工特點

節(jié)段橋梁的施工方法很多,但就城市橋梁而言,懸臂拼裝法是具競爭力的方案,即主梁在預(yù)制場地分段預(yù)制,留好預(yù)應(yīng)力孔道,下部結(jié)構(gòu)施工完成后,把梁段運到工地拼裝,同時張拉所需的鋼束。整個過程的結(jié)構(gòu)體系為先是懸臂結(jié)構(gòu),合龍后形成連續(xù)體系。節(jié)段橋梁的分段長度可根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力要求及施工機具靈活劃分。

設(shè)計方面,可采用高標號混凝土,預(yù)應(yīng)力體系可多種多樣,計算機的使用已使橋梁的結(jié)構(gòu)分析及撓度控制十分簡便。與滿堂支架法相比,結(jié)構(gòu)由簡支到連續(xù),存在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換問題,預(yù)應(yīng)力及徐變引起的次內(nèi)力已不容忽視。鋼束既可布置在腹板內(nèi),也可布置在頂?shù)装鍍?nèi),結(jié)構(gòu)自重大大降低,跨越能力增強。

施工方面,可以節(jié)省大量的支架、型鋼和模板,混凝土質(zhì)量可以得到保證。對城市橋梁而言,不必用掛籃進行張拉鋼束等作業(yè),只需簡單的移動支架即可。節(jié)段的預(yù)制可與下部構(gòu)造同時進行,一方面大大加快了施工進度,另一方面可減少徐變帶來的負面影響,充分發(fā)揮力筋的高強性能。節(jié)段的安裝可充分利用機械化設(shè)備,安排在車流量較小的時段進行,對交通影響較小。

但是,節(jié)段式橋梁的技術(shù)要求較高,影響結(jié)構(gòu)的因素較多,施工控制也很嚴格,對小跨度橋梁由于梁高較低,無工作面張拉連續(xù)力筋,不適宜采用節(jié)段橋梁。

3 節(jié)段橋梁設(shè)計和施工的關(guān)鍵問題

3.1 次內(nèi)力

影響節(jié)段橋梁設(shè)計和施工的關(guān)鍵因素是次內(nèi)力、節(jié)段間的連接、體系轉(zhuǎn)換及高程控制等。節(jié)段橋梁的預(yù)應(yīng)力筋可分懸臂力筋和連續(xù)力筋。結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力主要為預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的次內(nèi)力和徐變次內(nèi)力。懸臂力筋只是產(chǎn)生徐變次內(nèi)力,而不產(chǎn)生彈性次內(nèi)力,連續(xù)力筋則產(chǎn)生彈性次內(nèi)力,當(dāng)有多次體系轉(zhuǎn)換時,也會產(chǎn)生徐變次內(nèi)力。次內(nèi)力(矩)的凈效增加了中間支點處的負彎矩和跨中正彎矩,對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。但次內(nèi)力并非完全不利,連續(xù)結(jié)構(gòu)中,可以把次內(nèi)力有效地使用,從而增加結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。事實上,在懸臂拼裝階段,支點處的負彎矩隨懸臂長度增加逐漸增大,剛合龍時跨中正彎矩很小。正是徐變次內(nèi)力引起內(nèi)力重分配使支點負彎矩減小,而跨中正彎矩增加,隨著時間的增長及其它荷載的加入,結(jié)構(gòu)整體受力趨向合理。預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的次內(nèi)力可用力法或等效荷載法計算。精確計算徐變次內(nèi)力比較困難,與計算過程中的有關(guān)假設(shè)與實際出入較大有關(guān),但不管采用什么方法,即使計算結(jié)果偏差較大,也不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。

設(shè)計中,只要優(yōu)化跨度及鋼束布置,合理安排合龍程序,就可充分利用次內(nèi)力的有利方面。

3.2 預(yù)應(yīng)力鋼束布置

節(jié)段橋梁的配束由懸臂力筋和連續(xù)力筋兩部分組成,懸臂力筋布置在頂板、腹板及上梗肋內(nèi)。頂板內(nèi)鋼束常布置成直線形,直接錨固在節(jié)段拼裝面上,腹板內(nèi)鋼束一般為曲線形狀,使鋼束承擔(dān)部分剪力。但有的大跨度橋梁只在頂板布束而不彎入腹腔板內(nèi),這給施工帶來極大便利。連續(xù)力筋布置在底板內(nèi),在箱內(nèi)底板上留鋸齒塊張拉錨固鋼束。懸臂拼裝的節(jié)段橋梁,鋼束一般布成短束,彎起力筋只有2個彎折點,節(jié)段從預(yù)制到安裝,大部分徐變已發(fā)生,因此預(yù)應(yīng)力損失大大減少,可有效地增大永存預(yù)應(yīng)力,使鋼束的高強性能充分發(fā)揮。

懸臂拼裝階段,梁體需布置大量懸臂束,而體系完成后并不需要那么多鋼束,為避免浪費,往往需設(shè)臨時束。體外預(yù)應(yīng)力體系是一種有效嘗試。由于鋼束布置在箱內(nèi)(箱形梁)可以將截面做得更薄,通過控制張拉力,有效地控制及調(diào)整施工中的撓度和預(yù)拱度。但體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)極限承載能力稍低,如何合理地使用,尚需進一步研究。

3.3 安裝定位及撓度控制

節(jié)段的拼裝常做成企口縫。腹板企口縫用于調(diào)整高程,頂板企口縫可控制節(jié)段的水平位置,使拼裝迅速就位,并能提高結(jié)構(gòu)的抗剪能力。有的在預(yù)制節(jié)段的底板處設(shè)預(yù)埋件,用以固定拼裝時的臨時筋;也有的在腹板拼裝面設(shè)連續(xù)的凹凸榫,頂板上僅留有2個水平半圓形和2個垂直梯形槽口的接榫供安裝定位用。

安裝就位時,宜在拼裝面涂環(huán)氧樹脂,使拼裝面粘接較好。撓度控制往往是設(shè)計和施工的關(guān)鍵問題,所設(shè)的預(yù)拱度必須根據(jù)施工情況及徐變情況作精確分析和計算,并及時調(diào)整,一般可通過張拉力筋或控制力筋張拉力調(diào)整,必要時可用千斤頂調(diào)整,接觸面的接縫間可嵌入較軟金屬(如銅)。城市橋梁由于搭移支架方便,也可在局部布置臨時支架進行調(diào)整。撓度控制不好,不僅影響線形,而且合龍難度較大,必須精心設(shè)計和施工。

3.4 合龍段的設(shè)計和施工

懸臂拼裝的節(jié)段橋梁常在跨中留有1.5～2.0m的合龍段,在主梁標高調(diào)整后將梁連成整體。一般采用現(xiàn)澆或節(jié)段拼裝合龍,現(xiàn)澆比拼裝施工工期長,工序復(fù)雜,但便于調(diào)整,而拼裝對節(jié)段預(yù)制和拼裝的精度要求較高。

采用懸臂拼裝的PC連續(xù)梁,在技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理,機械化程度應(yīng)用高,有利于工廠化生產(chǎn),可滿足業(yè)主對工期和質(zhì)量的要求及日新月異的城市發(fā)展需要,具有較大的優(yōu)越性,而且在同等造價條件下可以增大跨度,節(jié)省下部工程量。懸臂拼裝法也適用于曲線梁。

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