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      移動模架施工橋梁安全分析

      2013-01-11 06:51:44
      城市道橋與防洪 2013年7期
      關(guān)鍵詞:墩頂模架示意圖

      劉 炎

      (無錫市政設(shè)計研究院有限公司,江蘇無錫 214072)

      1 概述

      移動模架造橋機技術(shù)是當(dāng)今最主要的建橋方法之一。它以鋼桁架或鋼箱梁為主要承重結(jié)構(gòu),是一種自帶模板、利用模架梁支承模板、通過自身動力系統(tǒng)進(jìn)行移位、對混凝土橋梁進(jìn)行逐孔原位現(xiàn)場澆注的先進(jìn)工程設(shè)備。該系統(tǒng)具有周轉(zhuǎn)次數(shù)多,施工周期短,施工安全可靠,現(xiàn)場文明簡潔,不受場地限制,不需要中斷橋下交通等特點,在深溝峽谷、場地狹窄等惡劣條件下施工具有很強的競爭力。

      G045線果子溝大橋山坡展線橋為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁特大橋,橋跨布置為[6×(4×40)+3×40+3×38]m,全長1194 m。橋址處于天山腹地,山嶺重丘區(qū),地形起伏大。經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)對比,該橋采用移動模架技術(shù)施工。其施工步驟如下:

      (1)首先,移動模架安裝完畢后,在中墩和后墩墩頂分別設(shè)置一個提升架,整體提升移動模架到制梁位。由于提升點偏位,以及對孔偏差等的影響,使得墩頂有一定的水平力。

      (2)其次,進(jìn)行上部箱梁澆注。在澆注過程當(dāng)中,理論上對橋墩不會產(chǎn)生水平力。從實際情況分析,在澆注前,僅模架自重作用在千斤頂上;開始澆注后,隨著混凝土的不斷澆注,上部重量逐漸增加,下滑力增大,千斤頂頂面對模架主梁的靜摩擦力也隨之調(diào)整增大。由于混凝土重量增加速度較快,在靜摩擦力調(diào)整時,可能會出現(xiàn)微小滑動,對墩頂產(chǎn)生水平力。另外,澆注過程中泵管的振動也可能造成橋墩的偏位。

      (3)最后,在托架和箱梁的支撐下,移動模架向前平移一孔,進(jìn)行下一個循環(huán)的施工。移動過程中,不斷重復(fù)的頂推力將對墩頂產(chǎn)生水平力。

      由于各施工階段產(chǎn)生的墩頂水平力將影響到下部墩身、樁基的安全問題,所以本文對以下三個施工階段進(jìn)行分析計算:

      (1)移動模架提升;

      (2)上部箱梁澆注;

      (3)移動模架平移。

      2 移動模架提升

      根據(jù)施工單位提供的模架提升方法,提升共分為水平提升和傾斜提升兩個主要步驟(見圖1、圖2)。模架提升過程中,共設(shè)中墩和后墩兩部提升架。后支點的兩個提升吊點在墩中心線兩側(cè),且偏心距離相同,因此僅對中墩(27號墩)進(jìn)行計算。

      圖1 模架水平提升示意圖(單位:m)

      圖2 模架傾斜提升示意圖(單位:m)

      2.1 墩頂偏位計算

      2.1.1 步驟一:水平提升

      墩身縱向剛度為:K1=81310 kN

      墩頂位移:

      27號墩反力:2001+1720=3721(kN)

      當(dāng)模架水平提升到28號墩墩頂時,考慮正負(fù)1 cm的對孔偏差。

      吊索計算長度:L=4.961 m

      墩身縱向剛度:K2=2049 kN/m

      墩頂最小位移:u2=F1/K2=-0.0037(m)

      最大位移:u3=F2/K2=0.0037(m)

      水平提升至墩頂,墩頂?shù)淖钚∥灰茷椋?/p>

      0.0148-0.0037=0.0112(m)

      最大位移為:0.0148+0.0037=0.0185(m)

      2.1.2 步驟二:傾斜提升

      當(dāng)模架水平提升到28號墩墩頂后,28號墩頂模架不動,27號墩頂模架繞28號墩頂處旋轉(zhuǎn),考慮正負(fù)1 cm的對孔道偏差。

      吊索計算長度:L=3.7 m

      墩頂最小位移:u4=F4/K2=0.0049(m)

      最大位移:u5=F5/K2=0.0147(m)

      傾斜提升至27墩頂,墩頂?shù)淖钚∥灰茷椋?/p>

      0.0152 +0.0049=0.0201(m)

      最大位移為:0.0152+0.0147=0.0299(m)

      表1為27號墩計算結(jié)果匯總表。

      表1 27號墩計算結(jié)果匯總表

      2.2 安全性驗算(見表2)

      表2 27號墩安全性驗算表

      由表2可知,在移動模架提升階段,橋墩為小偏心受壓狀態(tài),樁基承載力的安全系數(shù)較大,滿足設(shè)計要求,結(jié)構(gòu)安全。

      3 上部箱梁澆注

      箱梁混凝土一次澆注完成,水平澆筑順序為:先澆筑懸臂端(Y27#墩),由懸臂端開始沿順橋向拆接泵管逐層澆筑混凝土。豎向澆注混凝土順序:底板→腹板、橫隔板→頂板(翼板)。澆注示意圖如圖3所示。

      圖3 右幅箱梁澆注示意圖

      因為曲率半徑比較大,所以不考慮曲線的影響,根據(jù)箱梁澆注示意圖建立分析簡圖如圖4所示。

      圖4 右幅箱梁澆注計算簡圖

      取主梁為脫離體,計算示意圖如圖5所示。在箱梁澆注階段中,整個模架由四個600 t的千斤頂支撐,千斤頂端部為球鉸,因此千斤頂頂面與模架主梁底面的接觸面是傾斜的。

      圖5 主梁受力示意圖

      兩墩受力如圖6所示,其水平力平衡方程如下:

      N1sinθ=f1cosθ

      N2sinθ=f2cosθ

      圖6 墩受力示意圖

      因此,在箱梁澆注階段,由于千斤頂頂面與主梁底的靜摩擦力的支撐,雖然模架有下滑的趨勢,理論上對橋墩不會產(chǎn)生水平力。從實際情況分析,在澆注前,僅模架自重作用在千斤頂上;開始澆注后,隨著混凝土的不斷澆注,上部重量逐漸增加,下滑力增大,千斤頂頂面對模架主梁的靜摩擦力也隨之調(diào)整增大。由于混凝土重量增加速度較快,在靜摩擦力調(diào)整時,可能會出現(xiàn)微小滑動,對墩頂產(chǎn)生水平力。另外,澆注過程中泵管的振動也可能造成橋墩的偏位??紤]到微小下滑力及泵管振動的不確定性,需在箱梁澆注過程中對橋墩的水平位移進(jìn)行觀測。

      4 移動模架平移

      4.1 計算原則

      根據(jù)橋墩和樁基的設(shè)計圖紙,以及移動模架施工的實際情況,計算在模架頂推點位置的極限水平力和用于施工控制的容許水平力。

      極限水平力和容許水平力的計算標(biāo)準(zhǔn)如下:

      (1)橋墩按裂縫寬度控制:極限裂縫寬度為0.2 mm,容許裂縫寬度為0.1 mm。

      (2)樁基按承載能力控制:考慮1.5倍的安全系數(shù),極限承載力為容許承載力的1.5倍。

      (3)模架作用于墩頂?shù)姆戳Π凑帐┕挝凰峁┑摹赌<茏砸七^程中各支點反力大小》考慮。

      (4)由于頂推力通過橋墩兩側(cè)的托架傳遞給橋墩,因此需要考慮扭矩的影響。

      (5)對于山坡上一側(cè)在土中,另一側(cè)露出地面的高承臺樁基,偏安全考慮,按照樁基全部露出地面計算。

      4.2 計算分析

      在移動模架平移過程中,前、中、后三個墩的墩身及樁基的安全均需考慮,由于相似性,以下僅以首次進(jìn)行移動模架施工的26號、27號和28號墩為例進(jìn)行分析。其中,模架支反力參照施工單位提供的《模架自移過程中各支點反力大小》。

      (1)對于后支點28號墩:

      極限狀態(tài)樁基控制,墩頂所承受的最大水平力:F=350.2 kN

      最大水平位移為:159.3 mm

      允許狀態(tài)樁基控制,墩頂所承受的最大水平力:F=254.0 kN

      最大水平位移為:115.5 mm

      (2)對于中支點27號墩:

      極限狀態(tài)樁基控制,墩頂所承受的最大水平力:F=335.6 kN

      最大水平位移為:163.8 mm

      允許狀態(tài)樁基控制,墩頂所承受的最大水平力:F=249.9 kN

      最大水平位移為:122 mm

      (3)對于前支點26號墩:

      極限狀態(tài)墩控制,墩頂所承受的最大水平力:F=367.6 kN

      最大水平位移為:70.9 mm

      允許狀態(tài)墩控制,墩頂所承受的最大水平力:F=280.9 kN

      最大水平位移為:54.2 mm

      其他墩的分析與此類似。由計算結(jié)果可知,大部分墩的允許水平力較大,可以滿足移動模架平移施工的要求;部分高承臺樁基的允許水平力較小,不能滿足要求。因此,為確保移動模架平移的安全施工,建議對允許水平力較小的高承臺樁基進(jìn)行加固處理,以提高其允許水平力,滿足移動模架平移施工要求。

      5 結(jié)語

      本文對移動模架施工過程中進(jìn)行安全分析,結(jié)果表明:

      (1)移動模架提升階段,結(jié)構(gòu)安全。

      (2)箱梁澆筑階段,由于微小下滑力及泵管振動的不確定性,需在箱梁澆注過程中對橋墩的水平位移進(jìn)行監(jiān)測。

      (3)移動模架平移階段,大部分橋墩滿足安全要求,部分高承臺樁基需進(jìn)行加固處理。

      [1]JTGD62-2004,公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

      [2]JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

      [3]黃國斌.移動模架在東海大橋淺灘段現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用[J].世界橋梁,2004,(S1):74-76.

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