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1、异型斜跨下承式钢结构悬索拱桥预应力施工技术异型斜跨下承式钢结构悬索拱桥预应力施工技张治国(张家I=I市交通局,河北张家V1075000)摘要:以张家口通泰大桥为背景.介绍斜交曲线下承式钢结构悬索拱桥的预应力施工方法,着重对吊索的安装,张拉和仿真模拟等关键施_T-环节进行阐述.目前,本工程已经建成并通车,预应力施工取得了很好的效果.关键词:下承式;拱桥;悬索;预应力;施工仿真;施工监测中图分类号:U445文献标识码:B文章编号:10024786(2010)08010004DoI:10.3869.issn.10024786.2010.08.011PrestressedConstructionTec
2、hnologyofAllotypeObliqueSpanThroughTypeSteelSuspensionArchBridgeZHANGZhiguo(ZhangjiakouCityCommunicationsBureau,Zhaniakou075000,China)Abstract:TakingZhaniakouTongtaiBridgeasthebackground,theconstructionmethodofobliquecrossCHIVethroughtypesteelsuspensionarchbridgeisintroduced,thekeyconstructionstepss
3、uchastheinstallation,tensionandsimulationofsuspensionbridgearedescribed.Atpresent,theprojeethasbeencompletedandopenedtotraffic.Prestressedconstructionhasachievedgoodresuits.Keywords:throughtype;archbridge;suspendedcable;prestress;constructionsimulation;construetionmonitoring1工程概况通泰大桥位于张家口市区清水河桥北侧,西接
4、太平山隧道,东联东外环高架桥.是张家口市城市快速路北环线建设的关键控制工程.本工程的结构型式为斜交曲线下承式钢结构悬索拱桥.拱圈斜跨主梁,拱圈水平投影与主梁跨中轴线切向夹角为l9.5.主桥为跨径190m的钢箱梁弯桥,弯曲半径为600m.桥面不设纵坡,设置双向2%横坡,主梁跨中设20cm预拱度.拱圈最大矢高为62.118m,拱脚间距为180m,矢跨比为0.3451.主梁为扁平钢箱梁,梁高3m,内设四道中纵腹板.拱圈为单箱室截面,宽7.04m.高3.8m.主梁与拱圈之间由28根吊索相连.吊索采用高强镀锌钢丝成品拉索,索体保护为双层白色PE,强度为1670MPa.设计道路等级为双向六车道城市快速路.
5、行车速度为60km/h:设计载荷为公路I级;设计洪水频率为百年一遇:结构设计基准期为100年:抗震烈度为7度;设计安全等级为一级(参见图1,图2).目前,国外同类型的桥梁仅有2座,分别位于英国和巴西.2结构特点分析本工程结构型式特殊,造型新颖.受力方式比较复杂.本工程的技术特点如下:a)与一般的拱式桥不同,本工程的拱圈与主桥在水平方向上为斜跨关系.拱圈水平投影与主梁跨中轴线切向夹角为19.5.;厂图1通泰大桥效果图b)主梁轴线弯曲半径为600m的圆弧形:c)结构对称性差,受力型式复杂;d)主桥的刚度相对较弱,吊索张拉施工中结构非线性特征十分明显:e)结构体系复杂,整个吊索的张拉过程都需要进行仿
6、真计算,张拉过程中索力的控制难度比较大:f)吊索张拉过程中需要采用可靠的技术手段实时监测钢索的索力和索力的衰减情况,施工过程中!(塑矍墨壅:t845551单位为厘米一复臼/XX,/t/Avf,I,/|/;/A7/.fV:/|,t|J/f/|/t/一一,782610/7R14口|殳计水位784720783433隈干8鲁61O丁啊广一_?-_三【.!卫f篁!.1图2通泰大桥结构图要严格控制索力和结构变形,防止结构在施工期间d)吊索加工无应力长度,吊索空间倾角;出现过大的不对称受力.e)施丁过程中各T况下结构的稳定性分析.对应本桥的技术特点,空间仿真计算的实施成3施工工艺流程为重中之重.空间计算分析
7、采用大型通用有限元程3.1总体施工概述序Ansys,模型以空间杆系有限元为主,由拱肋,本工程为拉索桥,主受力构件为主梁,拱圈及钢主梁,吊索组成的空间杆系用空间梁单元中间联系的拉索.整体施工过程如下:基础一交接BEAM44模拟,桥面板则采用壳单元SHELL63来模墩,临时墩一在工厂加工钢箱梁,拱肋一支架分段拟建模.采用此模型计算可得到在各工况下结构的安装钢箱梁至合龙一支架分段安装拱肋至合龙一安内力及变形等进行施工控制所需数据,以此作为现装吊索一拱肋防腐一拆除拱肋支架一张拉吊索一拆场控制的理论依据.拱桥的稳定性验算较为重要,除临时墩,完成体系转换一调整索力一主梁防腐一利用空间模型对清水河通泰大桥进
8、行稳定性分析能桥面铺装,栏杆等附属设施安装.够确切了解该桥的安全性,从而为施工控制工作顺3.2预应力吊索施工流程利进行提供保证.预应力吊索的施工是本工程施工的关键部分.平面计算分析采用桥梁博士(迈达斯)进行,主主梁和拱圈的受力状态以及最终能否达到设计的成要是对结构应力,钢主梁,吊索和钢拱肋进行更好桥状态,在很大程度上取决于预应力吊索的施丁.的模拟具体的施_T工艺流程如图3所示.主要计算内容包括:4钢索的安装a)拱肋加工线形,立模标高;钢索的安装是整个预应力吊索施工的重要组成b)各施工状态下以及成桥阶段各状态变量的理部分,施工难度比较大.具体体现在以下几个方论数据,包括拱肋钢主梁施工过程的位移,
9、应力:面.c)施工控制数据的理论值.包括吊索张拉次序4.1成品索重量大,安装不便及张拉力:本工程采用的吊索为成品索,钢索直径较大,至!兰塑垡兰竺ll施工过程计算机r仿真模拟索力监测钢结构应力最重的钢索重量接近5t,最长的索长约为77m.钢索成盘运输至现场,在放盘和安装过程中,索自身的重量以及钢索绞扭的内力都给施工带来了很大的困难(参见表1).表1钢索参数一览表每延米重量钢束面积规格材料(kg/m)(mm)击7xl2l双PE高强度平行钢丝束404657击7109双PE高强度平行钢丝束36.24195q57x139双PE高强度平行钢丝束4555349西7x151双PE高强度平行钢丝束49.6581
10、14.2大型起重设备使用不便吊索安装的位置位于拱圈底板的中部.最大的安装高度约为75m.小吨位的起重设备无法达到最大的安装高度,现场能够达175m安装高度的仅有一台450t履带式吊车.但是由于履带吊的吊臂无法伸缩,使用履带吊也很难把钢索上的节点直接提升到安装部位4.3安装高度较高钢索上节点安装作业面最高处距离河床约为75m,人员高空作业难度和危险性均比较大.大型机械设备使用不便.4.4节点安装难度大本工程钢索索头采用的是冷铸锚具.锚头需要从一根钢套管中穿过在拱圈内部进行锁定.同时钢管与竖直方向的夹角各不相同.最大的夹角约为80.穿索过程中索头进入索管之前需要将角度调整为80.,施工难度较大.4
11、.5穿索工艺需与钢结构安装塔架综合考虑钢结构安装需使用塔架.穿索施T应尽量避开钢结构支架,以减少后期支架拆除的难度.综合上述分析,对钢索安装的方案确定如下.安装索时要借助卷扬机,倒链等工具,安装过程中尽量使预应力索保持平顺状态.为了在现场施工方便,在索体制作时,每根索体都单独成盘,在加工厂内将索体缠绕成盘,到现场后吊装到事先加工好的放索盘上.吊车将钢索向索盘内吊放时应在预应力专业人员指导下进行.成盘索的正面应朝上.即先挂的索头在上,否则钢索会由于缠绕方向的不同而无法展开.在放索过程中应注意索盘自身的弹性和由牵引产生的偏心力,避免散盘甚至危及丁人安全的情况发生.挂索施工是本工程的一大难点.挂索施
12、工采用的机械设备如表2所示.表2挂索施工需要的机械设备机具名称规格(1)用途卷扬机3钢索垂直运输倒链3调整索头角度千斤顶23牵引索头专用提升工装配合千斤顶牵引吊装带3调整索头角度双滑轮8钢索垂直运输具体施工顺序为:卷扬机将钢索提升至适当高度一人工调整吊链索头角度一千斤顶牵引索头一索头安装就位.5预应力吊索张拉5.1张拉方案的确定吊索张拉是整个桥粱施工的关键部分,吊索张拉施工前应该制定详尽的张拉方案.张拉施工方案中应该明确以下几个关键技术环节.5.1.1张拉点的数量吊索的张拉采用多点同步张拉的施工方法.设置较多的张拉点可以提高吊索张拉的工作效率,但是建立索力的同步性会随之降低.在相对柔性的边界条
13、件下建立某种预应力状态,必然要经历一个复杂的非线性过程.先张拉的钢索索力会由于后续索力的建立而不断地衰减,同一张拉批次内的索力也会相互影响.结构刚度越低这种影响程度会越大.最终经过反复的验算并综合考虑现场的进度和设备配备条件.确定采用四点同步张拉的施工方法.5.1.2张拉次序张拉次序的确定主要是考虑结构在整个张拉过2olo(2弱程中要避免过大的应力集巾,避免不对称变形,减少索力衰减幅度,提高索力控制精度等因素.最终确定了以主桥的巾点为对称点,先由中间逐渐向两侧推进,再由两侧向中间推进的张拉次序.5.1.3张拉分级方案由于吊索张拉过程的非线性特点,张拉分级数越多,索力的精度就越高.但是过多的分级
14、会给施丁带来很大不便.最终方案确定为分两级进行张拉,最后再进行一步索力微调.5.2张拉机具和工装设计张拉T装主要南传力架,张拉杆和千斤顶组成(见图4).根据索力的设计值,大多数钢索的索力值为150t250t,个别钢索索力超过了205t,最大达lJ270t.因此,根据不同的索力设计值分别采用250t;fH400t两种规格的穿心式千斤顶.图4张拉丁装图示5.3预应力张拉同步控制每次张托4根拉索.共有4个千斤顶同时张拉,因此控制张拉的同步是保证钢拱肋变形均匀及结构受力均匀的重要措施.控制张拉同步有两个步骤:首先.在张拉前调整索体锚杯露出螺母的长度,使露出的长度相同,即初始张拉位置相同;其次,在张拉过
15、程中,将每级的张拉力再次细分为lOJ级,在每小级中尽量使千斤顶给油速度同步,张拉完成每小级后,所有千斤顶停止给油,测量索体的伸长值如果同一索体两侧的伸长值不同,则在下一级张拉的时候,在伸长值小的一侧首先张拉出这个差值,然后另一端再给油.如此,通过每一个小级停顿调整的方法来达到整体同步的效果.5.4预应力张拉的过程监控由于本桥复杂结构的实际状态不可能与仿真模型提供的数据完全一致,需要根据结构的实际状态.对利用各种测试及监测手段获取的数据进行跟踪修正计算,给出后续预应力张拉作业的内力反馈数据,用以指导和控制预应力施工过程.保证桥梁线形及内力符合设计要求.这些实测值包括施工过程中各索张力,主桥及拱肋
16、线形,温度场及截面应力等.实际测量内容如下:a)第一次张拉过程中,对正在张拉的斜吊索进行标定,主要是记录张拉千斤顶油压值和压力传感器读数:b)第一次张拉过程中,对已张拉的斜吊索张力进行测量:e)拆除支架后对斜吊索张拉进行测量:d)第二次张拉过程中,对斜吊索的张力进行测量:e)成桥状态下对斜吊索的张力进行测量;f)拆除临时墩.完成体系转换,对拱肋线形测点进行测量.索力采用压力传感器及频率式索力仪进行测量.压力传感器用于拉索张拉阶段对张拉拉索索力的测定:频率式索力仪用于对已形成的拉索进行索力测定.频率式索力仪由加速度传感器,频率采集仪和便携式计算机组成,它通过测定拉索的振动频率.按修正的振弦计算公
17、式计算拉索的拉力.采用环境随机振动法测定索力,用专用夹具将加速度计固定在拉索上,以测定拉索的横向振动.测量时不必对被测索进行人为激振,加速度计将索的随机振动信号转变成电信号经放大器放大后送到FF1,信号分析仪中进行频谱分析,得到拉索的横向振动频率,再经分析得到索力(见图5图7).罔5用索力仪测量索力NSeORTSNAlzArrJ洲;lHALFOFUg,20lo(No.2),In域=删一>提高赫面诵装质星巾的应用徐广泽,苏立超f邢台路桥建设总公司,河北邢台054001)摘要:总结传统水泥混凝土桥面铺装工艺的质量缺陷,分析影响桥面铺装质量的主要因素及应对措施,以大广高速京衡段小白河分洪特大桥
18、桥面铺装施工为例,采取提高施工机械化程度的方法有效避免质量缺陷的发生,体现出机械化施工在提高水泥混凝土桥面铺装质量方面的应用价值.关键词:传统工艺;机械化;水泥混凝土;桥面铺装中图分类号:U443.33文献标识码:B文章编号:10024786(2010)08010403DOI:10.3869/j.issn.10024786.2010.08.012MechanicalIntegrationApplicationinImprovingQualityofBridgeDeckPavementXUGuang-ze,SULiehao(XingtaiRoad&BridgeConstructionGeneralCompany,Xingtai054001,China)图6用锚索计测量索力6小结目前,通泰大桥的主体结构已经施工完毕,预应力吊索施工取得了非常好的效果.按照原定的施工方案.经过两轮张拉和一轮索力微调后,所有吊索的索力与设计值的差值均在允许误差范围之内(正负偏差不超过5%).施工过程中没有出现明显现场测试项目气温钢构件线形构件截面应力吊索张力临时荷载调查施工实施综合分析一期望值数据库参数识别修正预测现场实时修正图7斜吊索张拉监控流程的不对称结构变形,索力张拉始终保持同步.实践证明,本工程所采用的分级,分批方案可以满足工程精度要求,可在今后类似工程中推广.收稿日期:20091222