陜西預(yù)應(yīng)力技術(shù)在大橋高墩托架預(yù)壓中的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在大橋高墩托架預(yù)壓中的應(yīng)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(gòu)橋型，橋梁的施工多采用掛籃懸臂澆筑法，同時考慮設(shè)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(shè)支架來進(jìn)行0號梁段的施工，但當(dāng)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(jìn)行0號梁段的施工。為檢驗(yàn)托架在施工工況下的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，并消除托架的非彈性變形，施工前應(yīng)對托架進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。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?yàn)槔榻B了預(yù)應(yīng)力技術(shù)在該高墩托架預(yù)壓中的應(yīng)用。1、工程簡介X特大橋，主橋部分設(shè)計(jì)為112m＋200m＋112m連續(xù)剛構(gòu)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(jì)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(jī)械設(shè)備及車輛均無法進(jìn)入。2、托架的設(shè)計(jì)及安裝針對該特大橋的工程特點(diǎn)，0號梁段的托架設(shè)計(jì)采用預(yù)埋牛腿焊接型鋼結(jié)構(gòu)。2.1、托架構(gòu)造設(shè)計(jì)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(shè)置在0號梁懸臂部分，1組設(shè)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(cè)桁梁距墩身外邊緣50cm。桁梁組三片桁梁間設(shè)2道橫聯(lián)，以加強(qiáng)穩(wěn)定性，在桁梁頂部節(jié)點(diǎn)處安裝楔鐵，在楔鐵上安放I32b橫墊梁，中間3個節(jié)點(diǎn)用雙I32b組焊件做橫墊梁，兩邊2個節(jié)點(diǎn)用單I32b做橫墊梁。橫墊梁上鋪設(shè)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(yù)埋上牛腿2個，下牛腿2個。預(yù)埋件結(jié)構(gòu)為水平桿(2根[6槽鋼加斜向鋼筋，10φ20二級鋼筋)，預(yù)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(jié)構(gòu)。2.2、托架安裝托架總體施工順序?yàn)椋合劝惭b預(yù)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(diào)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(nèi)，連接桁梁橫聯(lián)，完成托架主桁的安裝。然后，在桁梁節(jié)點(diǎn)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(shè)縱墊梁，其上安放底模。3、預(yù)加載方案及技術(shù)要點(diǎn)3.1、預(yù)加載目的0號梁段托架是0號梁段施工的主要承重構(gòu)件，為檢驗(yàn)托架設(shè)計(jì)能否滿足施工的要求，需對托架預(yù)壓，檢驗(yàn)支架強(qiáng)度及穩(wěn)定性，同時，由于托架問各構(gòu)件存在間隙，通過對托架的預(yù)壓，消除托架各構(gòu)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(yù)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(yù)壓法”或“注水預(yù)壓法”極為耗時費(fèi)力，操作難度大。為此，對X特大橋0號梁段托架的預(yù)壓采用“預(yù)應(yīng)力等效荷載法”進(jìn)行。該預(yù)壓方法的主要原理是通過在承臺上預(yù)埋鋼絞線束，利用千斤頂在托架上施加應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)對托架預(yù)壓的目的。3.3、預(yù)壓方案3.3.1、托架加載節(jié)點(diǎn)編號0號塊托架的預(yù)壓需對3個桁梁組的9片桁梁上的27個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加載，對37個觀測點(diǎn)進(jìn)行預(yù)壓觀測。各節(jié)點(diǎn)及觀測點(diǎn)編號如圖2所示。3.3.2、加載標(biāo)準(zhǔn)施工工況下，荷載分布如圖3所示。應(yīng)用SAP2000程序計(jì)算，可得在荷載作用下托架桁梁的各節(jié)點(diǎn)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(diǎn)預(yù)壓加載標(biāo)準(zhǔn)值見表2。3.3.3、托架預(yù)加載實(shí)施及卸載0號梁段托架預(yù)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(diǎn)進(jìn)行了張拉，對37個觀測點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)壓觀測。預(yù)壓分3個部分進(jìn)行：⑴、中桁梁組(1～10、6，～1O，點(diǎn))；⑵、大里程懸臂部分桁梁組(2O～23、22，～23，點(diǎn))；⑶、小里程懸臂部分桁梁組(16～19、18，～19，點(diǎn))。根據(jù)施工工況下桁梁各節(jié)點(diǎn)支反力及加載時平衡的需要，每個節(jié)點(diǎn)各設(shè)2根(或4根)ASTM1860級φj15.24鋼絞線，分別對稱布置在桁梁的兩側(cè)，每根鋼絞線配置1臺YDC240Q千斤頂進(jìn)行預(yù)壓張拉。限于千斤頂數(shù)量，在實(shí)施預(yù)壓時，對每個節(jié)點(diǎn)依次逐一進(jìn)行，為防止桁梁偏載，各節(jié)點(diǎn)加載均分級進(jìn)行，各分級加載力均以荷載作用下各節(jié)點(diǎn)支反力F(i)為標(biāo)準(zhǔn)，最大加載值為(i)，總體預(yù)壓順序如下。⑴、中桁梁組：1～5號節(jié)點(diǎn)50％F(i)→6～1O號節(jié)點(diǎn)12％F(i)→6，～1O，號節(jié)點(diǎn)12％F(i)→1～5號節(jié)點(diǎn)100％F(i)→6～1O號節(jié)點(diǎn)50％F(i)→6，～1O，號節(jié)點(diǎn)50％F(i)→6～1O號節(jié)點(diǎn)100％F(i)→6，～1O，號節(jié)點(diǎn)100％F(i)→1～5號節(jié)點(diǎn)120％F(i)→6～1O號節(jié)點(diǎn)120％F(i)→6，～1O，號節(jié)點(diǎn)120％F(i)⑵、大里程懸臂部分桁梁組：2O～21號節(jié)點(diǎn)50％F(i)→22～23節(jié)點(diǎn)8％F(i)→22，～23，節(jié)點(diǎn)8％F(i)→2O～21號節(jié)點(diǎn)100％F(i)→22～23節(jié)點(diǎn)50％F(i)→22，～23，節(jié)點(diǎn)50％F(i)→22～23號節(jié)點(diǎn)100％F(i)→22，～23，節(jié)點(diǎn)100％F(i)→20～21號節(jié)點(diǎn)120％F(i)→22～23節(jié)點(diǎn)120％F(i)→22，～23，節(jié)點(diǎn)120％F(i)。⑶、小里程懸臂部分桁梁組：16～17號節(jié)點(diǎn)50％F(i)→l8～l9節(jié)點(diǎn)8％F(i)→18，～19，節(jié)點(diǎn)8％F(i)→16～17號節(jié)點(diǎn)100％F(i)→18～19節(jié)點(diǎn)50％F(i)→18，～19，節(jié)點(diǎn)50％F(i)→18～19號節(jié)點(diǎn)100％F(i)→18，～19，節(jié)點(diǎn)100％F(i)→l6～17號節(jié)點(diǎn)120％F(i)→18～19節(jié)點(diǎn)120％F(i)→18，～19，節(jié)點(diǎn)12O％F(i)。卸載順序依照加載順序反向進(jìn)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(jìn)行觀測。3.3.4、預(yù)壓施工技術(shù)要點(diǎn)⑴、預(yù)壓前，應(yīng)仔細(xì)檢查桁梁與牛腿預(yù)埋鋼板間的焊接質(zhì)量；⑵、對預(yù)壓使用的各個張拉千斤頂進(jìn)行校核及標(biāo)定，并保證在標(biāo)定有效期內(nèi)；⑶、應(yīng)注意提高各觀測點(diǎn)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(zhǔn)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(yán)格遵守節(jié)點(diǎn)加載順序，加載過程中，加強(qiáng)觀察，防止桁梁在預(yù)壓過程中因?yàn)槠d而失穩(wěn)；⑸、在各級荷載施加后，應(yīng)持荷1～2min后再進(jìn)行高程觀測；⑹、注意安全技術(shù)措施，加強(qiáng)現(xiàn)場安全防護(hù)。3.4、預(yù)壓結(jié)果及受力分析(見表3)表3預(yù)壓結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)預(yù)壓結(jié)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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)為箱形結(jié)構(gòu)，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(diǎn)的預(yù)應(yīng)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(shí)際的結(jié)果。以本橋托架為例，墩間托架理論計(jì)算撓度值4.7mm，預(yù)壓得到的變形值5mm，澆筑完混凝土后實(shí)測托架沉降為6mm，考慮一定的測量誤差，預(yù)壓結(jié)果與實(shí)際情況是比較接近的。4、結(jié)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(jié)構(gòu)混凝土的施工，而對高墩托架的預(yù)壓則是檢驗(yàn)托架強(qiáng)度、剛度等最直觀有效的手段。本橋主墩最高96.15m，采用的“預(yù)應(yīng)力等效加載法”以預(yù)應(yīng)力為載體，利用預(yù)埋在承臺中的鋼絞線束，實(shí)現(xiàn)對托架的預(yù)壓，相比較“堆積材料加載法”等預(yù)壓方法有一下優(yōu)點(diǎn)：⑴、有效縮短工期。利用千斤頂張拉預(yù)應(yīng)力筋的方法來模擬澆筑混凝土?xí)r的工況，可以在較短的時間內(nèi)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(yùn)和堆碼工作，以本橋?yàn)槔?，自鋼絞線下料開始計(jì)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(yù)應(yīng)力加載，除