廖高征 何磊祖 唐雙美
摘要:文章對連續(xù)剛構(gòu)橋梁中跨合龍段施工過程的配重進行了研究,優(yōu)化了傳統(tǒng)的合龍段施工工藝,并采用智能配重系統(tǒng)對合龍段施工的加載與卸載平衡進行精確控制,使總卸載誤差降到0.28 kN,可為后續(xù)相關(guān)合龍段施工提供借鑒。
關(guān)鍵詞:合龍段;智能配重;平衡;中央控制器
中圖分類號:U445.4A170555
0引言
隨著我國高速公路路網(wǎng)建設(shè)的飛速發(fā)展,不可避免要通過修建橋梁來穿越深谷河流。目前標準化要求越來越高,橋梁的施工質(zhì)量也不斷提升,無論是對連續(xù)剛構(gòu)橋還是其他橋梁,合龍段施工質(zhì)量尤為重要,是橋梁建設(shè)成敗的重要標志[1]。而合龍段施工時兩端配重的控制是影響合龍段澆筑質(zhì)量的關(guān)鍵因素。合龍段施工通常在兩端進行配重,減少混凝土澆筑時的撓度變形,保持T構(gòu)兩端的不平衡彎矩小于主墩頂臨時固結(jié)所能提供的不平衡彎矩[2]。傳統(tǒng)的合龍段施工通常采用合龍段兩側(cè)梁體分別堆載沙袋、水箱或混凝土預制塊等方式配重,這些配重方式往往作業(yè)工序繁瑣、功效低下,在卸載過程中無法保證勻速且對稱地減少兩側(cè)平衡重量,使合龍段施工質(zhì)量得不到很好保障。
因此,本文以黑水河特大橋主橋的合龍段施工為研究背景,采用智能化的工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的合龍段施工工藝,其中,對智能配重的施工工藝、技術(shù)原理進行研究尤為重要。
1工程概況
黑水河特大橋位于大新縣雷平鎮(zhèn)哈蘭村西側(cè)350 m處,該橋設(shè)計橋面單幅寬度為12.75 m。該橋橋型為38 m×30 m預應力混凝土連續(xù)T梁+(80+150+80)m預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁。
黑水河特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為單箱室截面,共有4個邊跨現(xiàn)澆段,4個邊跨合龍段,2個中跨合龍段,頂寬12.75 m,翼板長3 m,底寬6.75 m。中跨合龍段高為3.30 m,采用C55混凝土,單個中跨合龍段長2.00 m,體積為23.00 m3,重60 t。
2施工設(shè)計思路
2.1技術(shù)原理
中跨合龍段施工采用智能配重裝置進行加載、卸載平衡控制,其原理為澆筑的混凝土重量由合龍段底模承載,底模將壓力傳至吊架豎桿,再傳至安裝在吊架豎桿與錨固螺栓間的壓力傳感器,進行壓力數(shù)值記錄;壓力傳感器將檢測壓力值轉(zhuǎn)換成電信號傳遞給中央控制器;中央控制器接收到加載電信號后,根據(jù)接收到的壓力大小同步控制電磁閥及水泵開關(guān),進行配重的卸載。介質(zhì)水通過水管流出后,由電磁流量計實時記錄流速和累計流量值,轉(zhuǎn)換成電信號再重新反饋至中央控制器,通過中央控制器的計算程序檢驗澆筑混凝土量和泄水重量,實現(xiàn)加載與卸載的平衡。
2.2中跨合龍施工智能配重設(shè)備選擇分析
根據(jù)前述的技術(shù)原理,對整個智能配重系統(tǒng)進行設(shè)計及各設(shè)備的選型,具體內(nèi)容如下。
2.2.1卸載系統(tǒng)的設(shè)計
中跨合龍段澆筑時,根據(jù)設(shè)計圖紙要求須在兩懸臂端各配重30 t,計劃兩懸臂端各放置兩個水箱(15 t/個);整個系統(tǒng)按水箱數(shù)量分為四個控制單元,每個水箱為一個控制單元,配一個水泵、一個電磁流量計、一個自動開關(guān);每個吊桿上安裝一個稱重模塊用于計量澆筑混凝土的重量;整個系統(tǒng)由一個中央處理器進行控制,如圖1所示。
2.2.2水泵的選擇
中跨合龍段中跨澆筑時,采用一臺地泵進行施工。根據(jù)懸臂現(xiàn)澆段施工經(jīng)驗,地泵輸送混凝土速度為4 m3/h;拌和站平均出料速度為30 m3/h,配有6輛混凝土運輸車可隨時調(diào)配,拌和站距施工現(xiàn)場1.8 km,換算為現(xiàn)場供料速度為10 min/車(8 m3/車)。如表1所示。
根據(jù)以上信息得到混凝土澆筑速度為4.0 m3/h?;炷林亓堪?.6 t/m3計算,換算成水的卸載速度為10.6 m3/h。合龍段混凝土澆筑施工時,考慮到加載位置的不均勻性,選擇的水泵最小抽水速度為10.6 m3/h。為提高電磁流量計的精度,選擇DN50的水泵(進出水口直徑為5 cm)。
2.2.3壓力傳感器的選擇
吊架通過吊桿懸掛于兩懸臂端混凝土上,橋面上部的吊桿上先安裝壓力傳感器,再安裝固定螺帽,使荷載先通過吊桿傳遞給壓力傳感器,再傳遞給懸臂端。
合龍段施工時主要荷載由混凝土荷載、吊架模板自重及施工荷載組成,利用Midas Civil軟件建模進行有限元分析,得到腹板位置的吊桿反力最大為10.6 t,故壓力傳感器的最大量程選擇10.6×1.2=12.72 t,如圖2所示。
2.3中跨合龍施工智能配重設(shè)備的檢驗
根據(jù)前述確定的設(shè)備需進行試驗檢測。隨機抽取3個壓力傳感器,逐個將壓力傳感器放置在室內(nèi)壓力機上進行加壓檢測,在加壓過程中大致按預計荷載的0、25%、50%、75%、100%五個節(jié)點進行記錄,用壓力設(shè)備施加的壓力值與壓力傳感器檢測的數(shù)值進行比較,具體見表2和圖3。
由表2和圖3可知,第一組測試最大偏差為0.03 kN,第二組測試最大偏差為0.02 kN,第三組測試最大偏差為0.02 kN,均小于允許偏差0.05 kN,檢測結(jié)果滿足施工要求,表明該批壓力傳感器可用于現(xiàn)場施工。
電磁流量計的作用是對卸載的介質(zhì)(水)進行計量,電磁流量計的準確性是保證加載、卸載平衡的關(guān)鍵因素。對電磁流量計檢測時,采用在不同流速下,對標準體積的介質(zhì)(水)進行計量,具體是將標準體積的介質(zhì)(水)采用不同的流速通過該設(shè)備,將電磁流量計顯示的數(shù)值與標準體積數(shù)值進行比較,每個流速下進行了3次測量。通過試驗得到的具體數(shù)據(jù)如表3所示。
因總荷載的偏差要求控制在200.00 kg以內(nèi),對澆筑60.00 t混凝土進行測算,將混凝土地泵的泵送速度4.00 m3/h換算成介質(zhì)(水)的卸載速度10.40 m3/h,整個智能配重系統(tǒng)共4個水箱,可同時進行卸載作業(yè),所以在澆筑混凝土的過程中,介質(zhì)(水)的卸載速度為2.60~10.40 m3/h。由表3數(shù)據(jù)及圖4可知,在18.11 m3/h流速下,平均示值誤差為0.34%;在4.57 m3/h流速下,平均示值誤差為0.08%;由內(nèi)插法計算在10.40 m3/h流速時,平均示值誤差為0.19%,被測體積與標準體積相差不大。合龍段總荷載為60.00 t,按最大誤差0.19%計算,澆筑完整個合龍段的荷載偏差為114.00 kg,在可接受范圍內(nèi)。
3應用及優(yōu)化
設(shè)備選型完成并在室內(nèi)檢驗合格后,為了保證該系統(tǒng)能適應施工現(xiàn)場,需在現(xiàn)場進行實際的實施驗證,以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不足,并對其進行優(yōu)化。
3.1智能配重系統(tǒng)在現(xiàn)場的實施(圖5)
3.1.1施工準備
施工前整理場地,達到標準化施工要求,安裝吊架及模板。
3.1.2安裝壓力傳感器
在安裝吊架時,將壓力傳感器(稱重模塊)同步安裝在吊架的吊桿上,通過實時檢測精軋螺紋鋼吊桿的承載力,用于采集混凝土澆筑時的荷載數(shù)據(jù)信息,并傳遞給中央控制器。
3.1.3放置水箱
將4個水箱對稱放置在合龍段的兩側(cè)。每個水箱直徑為2.8 m,高度為2.5 m。水箱上部設(shè)有進水口,下部設(shè)有出水口。
3.1.4安裝水箱開關(guān)、水泵及電磁流量計
將水箱、蝶閥(水箱自動控制開關(guān))、水泵和電磁流量計按順序用50 mm鋼水管、法蘭盤及螺栓連接。主要部位功能如下:
(1)蝶閥:作為水箱的開關(guān),在管道上主要起切斷和節(jié)流作用。
(2)水泵:在必要時對水的泄出起到加壓、增大流速的作用。
(3)電磁流量計:實時記錄泄水的流速和累計水流量,且必須安裝在水泵下游。
3.1.5安裝中央控制器
將中央控制器放置在水箱的一側(cè),接入電箱,并將所有的壓力傳感器、蝶閥、水泵和電磁流量計的線路接入中央控制器。中央處理器對應水箱設(shè)置四個模塊,根據(jù)各模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù),分別控制每個水箱的卸載設(shè)備,可保證在不均勻澆筑混凝土的過程中達到卸載平衡。中央處理器安裝完后,及時進行調(diào)試。
3.1.6合龍段混凝土澆筑施工
中跨合龍段開始澆筑混凝土,混凝土重量由模板傳給精軋螺紋鋼吊桿承載,中央控制系統(tǒng)讀取吊桿處的壓力傳感器數(shù)據(jù),將混凝土重量增量轉(zhuǎn)化為水箱水量減量,同步傳遞信號至配重系統(tǒng),定量進行開關(guān),實時等質(zhì)量放水。卸載過程中,安排管理人員全程檢查中央控制器及卸載情況。
3.1.7檢查驗收
在澆筑過程進行全程檢查跟蹤,發(fā)現(xiàn)混凝土澆筑完畢后,水箱內(nèi)剩余一定量的水,與理論值有一定的偏差。
3.2偏差分析
經(jīng)查看整個合龍段澆筑的記錄,發(fā)現(xiàn)澆筑完成后的重量未達到設(shè)計值,具體數(shù)據(jù)見表4~6。
經(jīng)查中央控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)及過程記錄的數(shù)據(jù),根據(jù)表4~6分析,得到偏差曲線,見圖6~8,其中圖8中兩條線基本重合,可以看出澆筑完混凝土后,實時重量與累計流量荷載基本一致,說明壓力傳感器所發(fā)送的數(shù)據(jù)與電磁流量計所發(fā)送的數(shù)據(jù)基本匹配,可排除電磁流量計的故障。
根據(jù)表4~6分析,澆筑完混凝土后,尚剩余質(zhì)量為1.17 t的水未排除;根據(jù)排查現(xiàn)場實際情況,得到的結(jié)論是壓力傳感器受力不均勻,需對現(xiàn)場安裝壓力傳感器位置進行處理。為了保證壓力傳感器數(shù)據(jù)的準確性,在壓力傳感器上下各增加一個型鋼墊塊(圖9)。
3.3糾偏后實施
經(jīng)總結(jié)分析,在該橋另外一幅中跨合龍段進行再次實施,整個卸載系統(tǒng)安裝與上述方法一致,但在安裝壓力傳感器前先將接觸面混凝土鑿平,在壓力傳感器上下各安裝一個專用凹形型鋼墊塊,以保證壓力傳感器受力均勻,所測的數(shù)據(jù)準確。
澆筑混凝土過程中全程監(jiān)控中央控制器及卸載情況。
3.4結(jié)果驗證
澆筑完成后對現(xiàn)場水箱卸載情況及中央處理器中的數(shù)據(jù)進行檢查,結(jié)果見表7~9和圖10~12。
根據(jù)表7~9分析,混凝土澆筑完成后,中央控制器統(tǒng)計的總卸載荷載為599.72 kN,與設(shè)計荷載600 kN相差0.28 kN(28 kg),檢查結(jié)果小于設(shè)計偏差范圍(200 kg),滿足施工質(zhì)量要求。該智能配重系統(tǒng)可用于其他橋梁合龍段施工。
4結(jié)語
本文以黑水河特大橋左右幅中跨合龍施工為背景,對智能配重技術(shù)進行研究,認為該技術(shù)的使用有效提高了橋梁合龍段澆筑混凝土時的加載與卸載平衡精度。雖然第一次實施存在一定的偏差,但經(jīng)過總結(jié)分析,及時找出原因并進行糾正,對壓力傳感器模塊優(yōu)化后,在另外一幅中跨合龍段重新實施,取得良好的效果。
本文研究結(jié)果可為后續(xù)相關(guān)橋梁施工提供依據(jù),該智能配重技術(shù)可應用于其他橋梁合龍段施工。
參考文獻
[1]張新志,張永水,朱慈祥,等.預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)中跨合龍段配重方法探討[J].施工技術(shù),2008,37(2):90-92.
[2]張寧軍.客運專線多跨連續(xù)梁合龍段施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2011(7):1-3.
作者簡介:廖高征(1991—),工程師,研究方向:道路與橋梁施工管理。