长河大桥连续箱梁合拢施工过程的技术关键

本帖最后由 哈利路亚 于 2013-5-21 17:33 编辑

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长河大桥(原红旗路桥)位于杭州市钱塘江南岸，全长146.6m，宽44 m，跨径布置为20 m(简支梁)+(28+45+28m)(三跨变截面连续箱梁)+20 m(简支梁)，横向分三座独立桥梁(A、B、C线)，采用贝雷桁架组拼平弦无平衡重挂篮逐段悬臂浇筑。

　　本桥属于大跨度预应力连续梁桥，采用分节段悬臂对称现浇施工法，通过梁段合拢、预施应力实现“T形刚构→悬臂梁→连续梁”的结构体系转换，最后形成连续结构。在施工过程中有待解决的技术关键有：①墩顶的临时固结及抗倾覆稳定性措施;②合拢原则及合拢口的临时固结技术措施;③悬臂施工线型控制等。

技术关键的处理

　　1 、墩顶的临时固结及抗倾覆稳定性措施

　　连续梁桥合拢施工时，为保证合拢口锁定前梁体不产生顺桥向的位移，将墩顶活动支座的顶、底板在顺桥向的两侧用钢板临时焊接，与桥墩联为一体，形成一固结的刚构。

　　长河大桥主桥桥墩立柱长短不一，最高达6.6m，刚性变化较大，施工中的抗倾覆失稳至关重要。而在合拢口施工的初始阶段，合拢口尚未锁定，梁体处于最大悬臂状态。因此有必要对此进行稳定性分析计算，从而得出可靠的控制措施。具体计算指标如下：

　　箱梁荷载：梁体静载为32.1 T/m。考虑到施工中静载的不均匀性，一侧增大5%，另一侧可减少5%，则静载差值△G=0.1×32.1 T/m=3.2T/m;

　　施工机具及人群荷载：考虑最不利情况，一端取集中荷载1.0T，另一端空载;

　　挂篮自重：共计48.5 T。若考虑挂篮行走时的冲击因素，则设计控制最大荷载G=1.2×48.5 T=58.2T;

　　风荷载：取667Pa。在悬臂两端按阵风风压0.6倍的不平衡系数加载，即风载w=(1-0.6)×667×10-4×18=0.5T/m;

　　据此可求得墩柱各截面应力(具体计算过程较复杂，故略)，并得出结论：

　　在各不对称施工荷载的不利组合下，各主墩断面的应力均小于容许值，但混凝土易出现开裂，因此在施工中，应严格控制合拢口两悬臂端之间的施工荷载，使其两端对称相等。若不对称相等(如当边跨合拢时，边跨有挂篮及机料、人群荷载，而中跨则为空载)，则应在各悬臂端加与混凝土重量相等的配重(可用砂袋、砼预制块、钢板等)，并在浇筑过程中根据灌注速度逐渐卸载;加、卸载均对称梁轴线进行。

　　2 、合拢原则及合拢口的临时固结

　　在连续梁合拢施工中，不同的合拢顺序，其引起的结构恒载内力不同， 结构体系转换时由徐变引起的内力重分布也不同，导致其结构最终恒载内力也不同;而当两悬臂端合拢时梁、墩固结为一体，显然静定合拢比超静定合拢所受刚架力要小。因此施工设计采用“先边后中”与“先中后边”的顺序相比，可减少超静定次数，使结构更稳定、受力更对称合理，降低了合拢支架的工程用量，经济效益好： 即边跨先形成2个ІГ型单悬臂梁(静定小合拢)，再中跨合拢形成3跨连续梁(超静定大合拢)结构。

　　由于环境及体系自身温度变化、新浇混凝土的早期收缩及已完成结构混凝土的收缩和徐变、结构体系的变化以及梁段自重、风荷载及其它临时施工荷载等均导致桥墩受到较大的刚架力，此刚架力又反作用于合拢支架，使合拢支架受力复杂。因此，必须采取措施保证合拢段施工的稳定，使合拢段与两侧梁体保持变形协调，在施工过程中能传递内力，确保结构能按设计要求合拢。

　　本桥设计施工图纸采用的合拢口刚性锁定方式为刚性型钢固结法。这种锁定措施是在箱梁截面腹板顶、底面各预埋一块90×40×1.6 cm钢板，将外刚性支撑(采用20号槽钢)焊接在其上，将合拢段两侧连成整体。这种锁定方式构造简单、受力明确，结构安全可靠;固结用型钢采用已拆卸挂篮底横梁槽钢组件，设备利用率高、施工方便。

　　连续梁合拢施工按照“临时固结、低温浇灌”的基本原则进行施工。合拢时选择一天中气温最低、温度变化幅度较小时锁定合拢口并灌注混凝土，这样可保证合拢段新浇注的混凝土处于气温上升的环境中，在受压状态下凝结。因此，在长河大桥主跨合拢前，对悬臂共轭端两侧梁体温度场及对应长度变化进行了实地测定，结果如下表：

　　测试时间： 2001年8月1日 10：00~8月2日 8：00 测试部位： B线中跨合拢段两侧梁体

　　时间 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 6:00 8:00

　　气温 35℃ 38℃ 39℃ 37℃ 36℃ 34℃ 33℃ 30℃ 28℃ 30℃ 34℃

　　梁体温度 44℃ 47℃ 51℃ 46℃ 40℃ 37℃ 34℃ 31℃ 30℃ 31℃ 36℃

　　变形值(㎜) 0 +1.0 +1.6 +1.3 +0.8 -0.2 -1.0 -1.5 -2.5 -2.0 -1.0

　　注：测点共设3个，结果取平均值;以10：00的梁段长度为基准长度，测量所得数据为相对值。

　　根据实际测定可知：当日气温为28℃~39℃，昼夜温差为11℃;梁体温度为30℃~51℃，最高温差达21℃;气温最低时段为0：00~2：00。据此将浇注时间定在晚上0：00开始，估计浇注时间为2小时;这样，当浇注完成后气温开始上升，可保证新浇注的混凝土在受压状态下凝结。

　　浇注混凝土前迅速、对称地对合拢口进行锁定(时间从晚上22：00开始)。此时，合拢口两侧支座仍锁定，则根据调查结果可计算升温时梁体所受轴向力：

　　即： N=αDtL / (Lg/EgAg + 2∑Li/EiAi)

　　α—————线膨胀系数，取10×10-6/℃;

　　L、Lg、Li—分别为合拢段总长(2m)、合拢口支撑型刚长度(3m)、各段悬浇梁段长度(4~4.5m);

　　Eg、Ei——分别为型钢、混凝土的弹性模量，各取2×105、3.5×104N/㎜2;

　　Ag 、Ai—分别为型钢、各梁段的平均截面积。

　　因为合拢期很短，此间混凝土的徐变影响可忽略，则刚性支撑上所受压力约等于N。由上文所述，梁体实测最高温差为21℃，对本桥来说，由于其截面较大，温度内力N达到上千吨，如此大的力是一般的刚性支架无论从本身和连接都难以承受的，因此为了节省临时工程费用和施工方便，在合拢口锁定后，立即释放一侧的固结约束，使梁一端在合拢口锁定的连接下能沿支座自由伸缩。

　　 3 、施工中的线形控制

　　在悬臂浇筑施工过程中由于结构自重、施工荷载及预应力的共同作用，每个悬臂端都要变形，同时混凝土收缩徐变也会使悬臂端变形，因此施工时要设置与这些变形方向相应的预拱度：

　　⑴.实际立模高程=设计立模高程+预拱度+挂篮设备变形值

　　⑵.预拱度=1/2静活载挠度+恒载挠度值总和+预应力张拉、收缩徐变挠度值

　　在实际施工过程中，要准确地估算实际发生的挠度从而确定预拱度是非常困难的，因为它与许多不确定的因素有关，如各节段混凝土之间材料性能、温度、湿度及养护方面的差异，同时各节段施工周期也很难保持一致。因此本工程在确定实际立模高程的计算预拱度时不考虑上述不确定因素。经计算，实际立模高程比设计立模高程提高约3cm。

　　在合拢段浇筑过程中对梁体高程进行监测，定时测量，发现差异及时调整，使合拢段两侧梁体高程偏差值控制在规范允许范围内(±2 cm)。

　　长河大桥连续箱梁的合拢施工由于较深入细致地考虑了各种荷载和施工环境因素，使得主桥能顺利合拢。合拢段混凝土质量良好，合拢高差一般控制在2cm以内，保证了梁体线形的连续性。