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跨既有线连续梁“零”号块预应力三角托架施工工法.doc

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既有 连续 预应力 三角 托架 施工
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跨既有线连续梁“零”号块预应力三角托架施工工法中铁十一局集团第一工程有限公司李晓波 陈林生 曾国升1 前言石武客专跨合武特大桥是石武客运专线的重难点工程之一,该桥主跨跨麻汉铁路连续梁施工安全风险高、工期要求紧。中铁十一局通过研制连续梁“零”号块预应力三角托架施工工艺,实现了高墩连续梁“零”号块安全、快速施工,技术先进,取得了显著的经济社会效益和环保节能效益。经查新,该工艺新颖,2012 年 6 月《跨既有线连续梁“零”号块预应力三角托架施工技术》通过了科技成果评审,总体技术达到了国内领先水平。为便于推广应用,我们将该施工技术进行总结、整理、形成本工法。2 工法特点2.0.1 节省材料。预应力三角托架施工时,墩身内只需要预留穿精轧螺纹钢的孔和把精轧螺纹钢连成整体的钢板,这大大减少了预埋件的数量,节省了材料。2.0.2 有效保护成品。施工完毕后,墩身内预埋件可拆卸,不存在预埋件的切割,不损伤墩身混凝土。2.0.3 降低成本。预应力三角托架的杆件全部采用高强螺栓进行拼装,运输及拆卸非常方便,可循环利用多次,提高了托架的利用率,降低了工程成本。2.0.4 安全性能高。预应力三角托架受力非常好,力学结构非常合理,安全性能非常高,由于各个节点均采用高强螺栓进行连接,加强了三角托架的整体性。2.0.5 施工方法简单,施工环境限制小,不干扰既有线行车。3 适用范围本工法适用于所有的公路、铁路、市政等工程连续梁高墩“零”号块的施工。尤其适用于因场地限制不能采用钢管支架方法施工零号块的工程。4 工艺原理桥墩施工时在桥墩顶部根据计算好的三角托架的位置,用直径 50mm 的钢管进行预留孔设置,并把定位钢板按设计位置预埋到墩身内,在预埋钢板下部预埋“U”型螺栓,用来安装“П” 型加强小牛腿。墩身施工完毕后,将“П” 型小牛腿用螺栓安装到预埋的“U” 型螺栓上,同时将精轧螺纹钢穿入预留的孔内,将三角托架在地面上拼装好,单片整体吊装到预定位置,用螺帽固定在精轧螺纹钢上。待所有的三角托架全部吊装完毕,并全部用螺栓固定后,采用 YC60B 型千斤顶进行单端张拉,张拉力在 10t,张拉完毕上紧螺帽,可以松千斤顶。此时预应力三角托架整体安装完毕,然后用型钢对每边 6 片托架进行整体可靠连接,确保三角托架整理受力。见图 4。5 施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程见图 5.1。5.2 操作要点5.2.1 预应力三角托架的设计原理根据连续梁“零”号块的长度和宽度来确定托架的平面尺寸和预应力精轧螺纹钢的根数。本三角托架应用在跨麻汉铁路连续梁“零”号块施工中。连续梁设计为(48+80+48)m 单箱单室、变高度、变截面预应力混凝土连续梁结构,其中“零”号块长 12m,中支点处梁高 6.65m,梁底宽 6.7m,顶宽 12.0m。1图 4 预应力三角托架布置原理图1.在三角托架设计时应综合考虑:“零”号块自重、模板及施工机具、堆载及人员等的重量,由于湖北省不处于风区和雪区,风荷载和雪荷载影响可不考虑。在设计时要考虑到型钢在各种荷载作用下的应力、应变,精轧螺纹钢的抗剪、抗拉是否超过容许应力,高强度螺栓的抗剪强度是否在容许范围,通过一系列计算得出所用的材料类型及具体数量,便于制作预应力三角托架并进行组装。2.计算时考虑 1.2 倍的荷载增大系数。3.综合考虑三角托架的稳定问题。5.2.2 “零”号块预应力三角托架计算过程1.所用的材料计算参数三角支架比重按 7.850 ,弹性3/mt模量取 210GPa。全部采用 Q235 钢材,容许轴向应力 ,容许弯MPa15][曲应力 ,容许剪应力w40。材料应力提高系数按a9][《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ 041-2000)可取 1.3,但实际计算未提高。2.预应力三角托架总体受力计算1)荷载取值0 号块总重 670t,考虑到模板及施工机具、堆载及人员等的重量后: )(8042.167t0 号块顺桥长 12m,在一侧支架上的长度为 4.1m,按均布考虑 0 号块自重(偏安全) 。每侧共 6 片三角支架,考虑到腹板位置受力较大,按 4 片承载考虑,则每片三角支架上的荷载为:)(7412.8t厂内制作三角托架厂内制作小牛腿零号块墩身上预留孔在预留孔的下方预埋“U”型螺栓墩身预留孔内穿精轧螺纹钢小牛腿安装在“ U”型螺栓上吊装三角托架千斤顶单端张拉精轧螺纹钢用小型钢将三角托架辅助连接在三角托架上支立零号块模板墩身砼浇筑图 5.1 连续梁零号块预应力三角托架施工工艺流程图22)模型建立用 ANSYS 计算三角支架的受力情况,单元为 BEAM189,三角支架的截面为双槽 32a。计算模型如图 5.2.2 所示。3.计算结果运用严格的受力分析得到的计算结果如下:1)三角支架的最大竖向位移为 6mm;2)三角支架的最大拉应力为90MPa,最大压应力为 103MPa;3)最大轴力为 85.1t ;4)上支点的水平反力为拉69t ,竖向反力 56t;5)下支点的水平反力为压69t ,竖向反力 50t。由计算结果可知,杆件的受力均小于容许应力,满足规范要求。若用安全系数表示则可达到:。3.2710/44.三角托架各部位连接计算1)三角架螺栓连接螺栓采用精制螺栓,螺杆直径 30mm,槽 32a 腹板厚度 8mm。一个螺栓的抗剪能力: kNNbv 6.39042一个螺栓的承压能力: c153最大轴力发生在 ADE 杆为 85.1t,需要螺栓数量为 个,为安全考虑4.13./8k实际为 24 个。ABC 杆的拉力为 69t,需要的螺栓数量为: 个,实际采用 128069个。2)精轧螺纹钢根数计算水平拉力为 69t ,每个支点上的精轧螺纹钢根据构造选用 4 根 φ32(HRB400) ,其强度足够。3)角焊缝计算在 C 处的角焊缝为焊高 16mm,长度为 320mm 的 4 条角焊缝,受到的拉力为 69t。焊缝抗拉能力为: >69t,满足要求。t5.1934320167. 5.2.3 预应力三角托架施工顺序1.“零”号块施工预应力三角托架整体由以下几部分构成:①上水平杆②斜杆③内撑杆④加强小牛腿⑤精轧螺纹钢⑥节点板⑦高强螺栓等组成。2.预应力三角托架施工顺序1)首先根据设计好的每片三角托架的位置,在墩身上对穿精轧螺纹钢预留孔进行定位,定位时要考虑立模的空间位置。在施工最后一节墩身时,用直径 50mm 钢管进行预留孔设置。同时要预埋好托架下部加强小牛腿的“U” 型螺栓。2)按预应力三角托架设计图对所有的杆件进行场内制作并预拼装,有误差位置进行调整。3)预拼装合格后用汽车托运到现场。4)墩身全部施工完毕后,将精轧螺纹钢穿入到预先预留好的孔内。5)安装加强小牛腿。6)由于在施工连续梁时,现场安装有塔吊,所以用塔吊对单片三角托架进行吊装(也可用汽车吊进行吊装) 。共有 12 片三角托架,吊装时要人工进行配合,先将三角托架吊装到位后放在加强小牛腿上,然后将精轧螺纹钢穿入到三角托架设计好的孔内,拧上螺帽。7)用 YC60B 型千斤顶进行单端张拉,张拉力控制在 10t,张拉完毕拧紧螺帽,松千斤顶。图 5.2.2 三角支架计算模型38)用型钢将单边 6 片三角托架进行辅助连接,确保整体受力不变形。9)在三角托架上面铺分配梁型钢,立零号块模板。5.3 施工注意事项5.3.1 在预应力三角托架加工前要进行详细的理论计算,对每个杆件的受力都要考虑全面。5.3.2 厂内制作时要确保每个杆件的精度,确保整体拼装时误差控制在规范允许范围内。5.3.3 墩身上预留孔及“U”型螺栓的位置要精确定位,确保三角托架受力在一个平面内。5.3.4 整体拼装完后,要检查每个高强螺栓是否施拧到位。5.3.5 同一个节点处,精轧螺纹钢的张拉力要一致。5.4 劳动力组织按单墩预应力三角托架施工进行人员配置,劳动力组织见表 5.4。表 5.4 劳动力组织表序号 工种 人数 备注1 吊装工 2 吊装三角托架、小牛腿等2 厂内焊工 8 焊接小牛腿及部分杆件3 高强螺栓工 4 施拧高强螺栓4 张拉工 4 对精轧螺纹钢进行张拉6 材料与设备6.1 主要材料本预应力三角托架主要材料为:ABC 杆、ADE 杆、BD 杆、CD 杆采用 32a[钢,填板、缀板采用 10mm 厚钢板,辅助连接型钢采用 20aI 字钢,加强小牛腿及墩身预埋件采用 10mm 厚、20mm 厚、30mm 厚钢板,节点板采用 16mm 厚钢板,连接两侧三角托架采用 φ32mm精轧螺纹钢,预埋“U”型螺栓采用 φ20mm圆钢。6.2 主要设备见表 6.2。表 6.2 主要设备序号 设备名称 单位 数量 使用部位1 YC60B 型千斤顶 台 4 张拉精轧螺纹钢2 电焊机 台 4 焊接小牛腿3 扭矩扳手 把 6 施拧高强螺栓4 塔吊(或吊车) 台 1 吊装三角托架及小牛腿等7 质量控制7.0.1 原材料控制,在制作三角托架前要确保原材料合格;7.0.2 经校正后各种变形公差不得超过《铁路钢桥制造规范》TB10212-1999 规定的容许值;7.0.3 焊条选用 Q235 钢母材采用 E43 焊条,Q345 钢母材采用 E60 焊条;7.0.4 焊后进行探伤检查,合格后方可使用。如有对接焊缝应进行全面探伤检验;7.0.5 所有栓孔均采用钻孔,不容许现场冲孔,销孔及销轴要严格按设计制作;7.0.6 三角托架试拼合格后,构件表面涂红丹一度,橘黄色漆两度;7.0.7 三角托架在拼装完成后要进行预压,以消除非弹性变形,测试弹性变形量。8 安全措施8.0.1 检查所有的高强螺栓是否施拧到位,并要有检查记录。8.0.2 加强高空作业安全防护,高空作业人员必须系安全带,所有临边部位均要按照国标要求设置高度不小于 1.2m 的围护栏杆并挂网防护,所有作业人员要佩戴安全帽。8.0.3 检查塔吊设备工状况,塔吊操作人员必须持有操作证书。8.0.4 预压用的沙袋重量必须按要求配置,且不得超出塔吊允许吊装重量。8.0.5 吊装操作人员与现场指挥人员携带配套的对讲机,专机专线,方便统一指挥。8.0.6 吊装人员在施工现场必须携带安全帽,非施工人员不得进入施工现场。48.0.7 预压时必须两侧对称加载或卸载,两端加载不平衡重量不得超过 10 t。8.0.8 吊装、卸载施工时,安全员必须在现场进行监督巡查,发现异常情况时要及时停止加载预压,查明原因后方可继续进行。9 环保措施9.0.1 施工过程中遵守国家和地方有关施工现场环境保护管理规定。定期组织参建人员学习环保和节能减排方面的法律法规,提高参建人员的环保和节能意识。9.0.2 施工场地平整畅通,排水系统良好。材料、机具堆放整齐,严格用地管理,场地内的管线严格按设计和安全规定架设,并严加管理,杜绝乱搭乱接等。9.0.3 做好设备的保养维修,做好污水排放工作。9.0.4 在整个施工过程中生产、生活设施均按环保要求布设,并接受当地政府及有关部门的监督,采取的安全、保卫、环境保护和水土保持措施,上报业主和监理工程师及有关部门,并对其提出的要求进行整改。9.0.5 及时清除现场施工垃圾。施工完毕后,组织施工人员清理施工现场剩余的材料和废弃物,并依据建设方的要求,将废弃物运至指定位置。9.0.6 施工人员撤离生活居住区后,对场地进行平整清扫,尽量恢复原貌,不得有任何遗留物。10 效益分析本工法与传统的托架施工方法相比,具有实用性强、施工方便、施工环境限制小、安全可靠、成本材料需求少,施工周期短的特点,达到前期投入少,见效快,受益时间长得目的。通过采用此工法石武客专跨合武特大桥跨麻汉铁路连续梁零号块施工工期提前 15 天,并且由于此预应力三角托架是采用高强螺栓进行拼装,周转次数增加,可以循环利用,直接成本节约 50 余万元。该工法在实施过程中,施工控制措施到位,无安全、质量事故发生,得到业主和监理认可,并组织相关施工单位进行观摩学习,并在监理、业主组织的检查中多次获得好名次。11 应用实例实例 1:2009 年 11 月,该工法成功运用于石武客专跨合武特大桥跨麻汉铁路48m+80m+48m 连续梁零号块施工,通过运用本工法,使得该连续梁的施工工期提前 15 天完成,直接成本节约 50 余万元。创造了很好的社会效益和经济效益。实例 2:2010 年 3 月,该工法成功运用于石武客专滠口特大桥跨滠水西支 32m+48m+32m连续梁零号块施工,确保了连续梁的合龙工期,节省了支架费用约 15 万元,受到业主和监理的高度评价。该工法具有实用性强、施工方便、施工环境限制小、安全可靠、成本材料需求少,施工周期短的特点,为今后公路、铁路、市政等工程连续梁高墩零号块的施工提供了新的思路,为连续梁零号块三角托架施工积累了宝贵的经验。
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