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先张法空心板梁施工技术在长珲高速公路的应用

  • 日期:2010-5-7 16:07:43  来源:中华铁道网

先张法空心板梁施工技术在长珲高速公路的应用

黄旭升

(中铁十八局集团公司  天津  300222)

摘要:本文主要介绍空心板梁的预制场地布置、设计与施工,先张法张拉施工的新工艺和新技术,不同之处在于分三次张拉,10%,90%,100%;这样操作安全,施工紧凑,循环周期短,节约工期。

关键词:张拉设计 施工 安全 新工艺 循环周期短

First-tensioned hollow plate girder
Huang Xusheng
(China Railway 18th Bureau Group Co.Ltd, Tianjin 300222,china)
Abstract: This paper focuses on pre-cast hollow plate beam venue layout, design and construction, first-tensioned tensioned construction of new processes and new technologies, the difference is that three times a tensioned, 10%, 90%, 100%; this operation safety, construction compact cycle is short, save time.
Keywords: tensioned design and construction of new security technology cycle short

1 工程概况

长珲高速公路江密蜂至黄松甸地处吉林省中部平原向东部山区的过度地带,四季变化明显,春季干燥多风,夏季炎热多雨,秋季凉爽昼夜温差大,冬季漫长而寒冷,年平均气温5℃,极端最高气温36℃,极端最低气温-43℃,平均年降雨量600-800mm,初冻一般在10月上旬,完全解冻在次年5月中旬,最大冻深:1.84m。这给施工带来很大的麻烦,K62+146中桥,长80米,斜交角度45度,每幅桥桥面净宽18.5米,两外侧设人行道,靠道路中心线设0.75米宽的防撞栏杆,空心板在每座桥的横断面上布置18块,全桥144块。所以如何在砼施工工期短,预制空心板梁多的情况下不挡道,顺利通车,预制就显得相当重要。

2 台座设置

预应力混凝土空心板施工从台座、模板、机具及设备到混凝土施工都要求的相当严格,环环相扣;下面我详细介绍一下我们的施工技术和方法:

2.1 预制场地布置

遵循“安全、紧凑、通畅”的原则,根据现场实际情况,在桥头中间绿化带位置布置预制场(见图1),预制场共设四个台座,台座采用框架式台座,由张拉台座、传力柱、横梁、定位板、固定装置等组成,两个台座之间的距离为87米,在两横梁之间共设置10道3.2*1*1m的横系梁连接两个传力柱(中间间距为10米,两端头为8.5米),减少传力柱的自由长度。


图1 预制厂平面布置图

2.2 配筋计算

台座传力柱的截面尺寸为400㎜×600㎜,采用整体现浇C40钢筋混凝土。

a、传力柱砼本身自重对两端产生的弯距:

M1=qI2/8=0.8×0.6×1×25×872/2=9083KN.m

偏心距所产生的弯距:

M2=N×e=1500×0.15=225KN.m(e取15cm)

M1 远大于M2,所以取水平方向,两横系梁之间传力柱按铰接进行计算;同时由于施工存在误差,实际受力为偏心受压构件,所以按偏心受压构件计算:

b、取每根传力柱承受压力N=1500KN,偏心矩e0=3cm,自由长度L0=10m,b=0.6,入= L0/b=16.7>8;考虑到纵向弯曲影响:

fc=20N/㎜2,级钢筋fy=310N/㎜2 。

c、偏心矩增大系数:

η=1+[ L0/ h2ζ1ζ2/(1400 e0/h0)]
ζ1=0.5 fc A/rdN=0.5×20×600×400/1.2×1500×1000=1.35>1
取ζ1=1;
ζ2=1.15-0.01 L0/ h=1.15-0.01×10/0.6=0.98
η=1+1×0.98×102/0.62/(1400×30/550)=4.5
ηe0=4.5×30=135㎜<0.3 h0=0.3×550=165㎜

d、所以按小偏心受压进行计算:

e=ηe0+h/2-a,=135+300-50=385㎜
ξ=(rdN-ξb fcbh0)/{(rdNe-0.45 fcbh20)/[(0.8-ξb)×(h- a,)+ fcbh20]}+ξb
=(1.2×1500×1000-0.544×20×800×550)/{(1.2×1500×1000×385-0.45×20×800×5502)/{[(0.8-0.544)×(550-60)]+20×800×550}}+0.544
=0.31
As=A,s=[rdNe-ξ×(1-0.5ξ)fcbh20]/f,(h0-a,)
=1.2×1500×1000×385-0.31×[(1-0.5×0.31)×20×800×5502]
<0
所以按构造进行配筋,选用8根φ20钢筋,箍筋采用φ8@200。

2.3 钢横梁计算:

(1)钢横梁按两端支承在端柱上的简支梁计算:其最大弯矩M=1/4NL=3000×2/4=1500KN/m
(2)钢横梁需要截面抵抗矩:
W=M/f=1500×106/315=4712㎝3
选用2根工56b,Wx=2446.5×2=4899㎝3>W
满足要求;
(3)钢梁剪应力:
τ=V/A=1500/29316=51Mpa
fv=185 Mpa
τ< fv满足要求;
(4)横梁变形挠度:
f=PL3/48EI
=3000×20003/48×2.1×105×68503×104×2
=1.7㎜满足要求。

3 施工操作要点

3.1 模板的制作、安拆与验算

底模在压实平整的地基上浇注一层10㎝厚的混凝土,两侧用角钢加强,再在混凝土顶面铺一块4㎜厚的钢板作底模,侧模采用5㎜厚的钢板作面板,背带采用扁铁、角钢和槽钢。横肋间距为30㎝,竖肋间距为40㎝,竖向大带间距为70㎝(见图2)。

图2  预制场台座布置图

(1)侧压力计算:

取温度T=300C,V=3m/h,则V<4.5 m/h,H=0.85m<2R=2m,
按公式Pm=r h=25×0.85=21.25Kpa
考虑振捣荷载4 Kpa,则
P=21.25+4=25.25 Kpa
(2)强度验算:
按三跨连续梁进行计算,侧压力简化为线性荷载
q=25.25×0.3=7.58KN/m
Mmax=Ql2/10=7.85×0.42/10=0.126KN.m
W=bh2/6=400×52/6=1667㎜3
= Mmax/ W=0.126×102/1667=75.6Mpa<[σ]=145 Mpa
(3)刚度验算:
I=bh3/12=400×53/12=4167㎜3
f=Ql4/150EI=7.58×4004/150×2.1×105×4167
=1.48㎜<1.5㎜
满足要求
(4)模板的安装和拆除均采用人工与吊车相结合,具体操作施工和注意事项如下:
a、在整个施工过程中要始终保持模板的完好状态,认真进行维修保养工作;
b、模板首次使用时,对面板认真进行除锈工作,除锈采用钢丝刷清除锈垢,然后涂刷脱模剂,脱模剂涂刷要注意均匀,不遗漏。
c、端模预应力筋孔的位置要准确,安装后与定位板上对应的力筋孔要求均在一条中线上,由于实际施工中存在偏差,力筋孔水平方向做成椭圆形。
模板在吊运过程中,应注意避免碰撞,严禁从吊车上将模板悬空抛落。
d、在安装过程中,要及时对各部分模板进行精度控制,安装完毕后进行全面检查(表1),检查若超出容许偏差值,则应及时纠正。
表1 模板安装的允许偏差及其检验方法

项目

允许偏差(㎜)

检验方法

长度

0,-5

用尺量两角边,取其中较大值

宽度

0,-10

用尺量两端及中部,取其中较大值

高度

0,-5

表面平整度

1

2m靠尺和塞尺量

相临两板表面高差

2

2m靠尺和塞尺量

钢绞线保护层厚度

5

用尺量


3.2 钢筋及预应力筋的制作与安装:

钢筋的制作在加工棚进行,主筋对焊接头应按规范要求错开布置,所有钢筋在加工之前必须先做清污、除锈和调直处理。

穿钢绞线时,钢绞线穿过端模及塑料套管后,用一个钢管,前头做成圆锥形状作前端引导工具,以利于钢绞线直线前进,穿束前各孔眼应统一编号,对号入座,防止穿错孔眼(见图3)。

图3 张拉布置图

3.3 预应力筋伸长值计算:

(1)理论伸长值:
ΔL=P×L/Ay×Eg
P—预应力筋张拉力,根据设计值取195.3KN
L—两张拉端预应力筋的计算长度,取86.77m
Ay—预应力筋截面面积,取140㎜2
Eg—预应力筋的弹性模量,查试验数据,Eg=1.95×105Mpa。
ΔL=P×L/Ay×Eg
=195.3×103×86770/(140×1.95×105)
=620.7㎜
(2)实际伸长值:
ΔL=ΔL1+ΔL2
ΔL1—从初应力至最大张拉力之间的实际伸长值;
ΔL2—初应力σ0时推算伸长值;
σ0—取10%σk=0.1×1395=139.5Mpa
ΔL2=σ0×L/ Eg
=139.5×86770/1.95×105
=62.1㎜
(3)连接杆精扎螺纹钢(Φ25)的伸长值:
ΔL=P×L/Ay×Eg
=195.3×2800/(490.9×2.0×105)
=5.6㎜
ΔL2=σ0×L/ Eg
=139.5×2800/2.0×105
 =2.0㎜
(4)总伸长值:
总共伸长值ΔL=620.7+5.6=626.3㎜
ΔL1=ΔL-ΔL2
=626.3-62.1-2.0
=562㎜
根据规范实际伸长值与理论伸长值相差必须控制在±6%范围内,所以实测伸长值ΔL1的范围为:562×(1-0.06)~562×(1+0.06)
即:529㎜~596㎜之间。
3.4 预应力筋张拉
(1)张拉前的准备工作;张拉前,先安装定位板,检查定位板的力筋孔位置和孔径大小是否符合设计要求,然后将定位板固定在横梁上,检查预应力筋数量,位置,张拉设备和锚具后方可进行张拉。
(2)张拉顺序;预应力筋张拉采用双向张拉,即先用小型穿心式千斤顶单根张拉至初应力(10%σ0),同时使每根预应力筋均匀受力,然后在另一端用两台大千斤顶整体张拉至90%σ0,绑扎钢筋、安装气囊,再在另一端用两台大千斤顶整体张拉至100%σ0,立模浇注砼。单根张拉加载及卸载均应对称进行,其初始张拉顺序见图4。


图4 初始张拉顺序

(3)据检验:张拉力及压力表读数如表2

表2 张拉力及压力表读数

千斤顶编号

压力表编号

10%σ0

Mpa

90%σ0

Mpa

100%σ0

Mpa

张拉力(KN

02016

1906

 

22.53

25.03

1367.1

183

 

21.32

23.68

02017

202

 

21.06

23.40

1825

 

22.01

24.45

9206

876

4.0

 

 

19.53

320

5.12

 

 

9207

1863

5.36

 

 

F113

5.71

 

 


(4)张拉步骤:

先采用小千斤顶单根张拉至初应力,然后在另一端多根钢绞线同时张拉,两台千斤顶在两个张拉台座上对称布置,两个千斤顶油路串通,同时顶进,具体步骤为:

a、调整预应力筋的长度;

采用螺杆锚具,拧动端头螺帽,调整预应力筋的长度,使每根预应力筋受力均匀。
b、初始张拉
先用穿心式小千斤顶在锚固端逐根施加10%σk的张拉初应力,将预应力筋拉直,锚固端和连接器拉紧。
c、正式张拉
在张拉端用两台千斤顶同时顶进,保持横梁平行移动,预应力筋均匀受力,张拉至90%σk,持荷两分钟,再锚固,绑扎预制板底钢筋,再张拉至100%σk。
d、持荷
张拉至100%σk后,持荷两分钟,使预应力筋完成部分徐舒,以减少钢丝锚固后的预应力损失。
e、锚固
测量记录预应力筋的伸长量,并核对实测值与理论计算值,其误差应在±6%范围内,如超出这个范围,及时找出原因并及时处理。张拉要求满足后,锚固预应力筋,千斤顶回油至零。
f、预应力筋放张
当混凝土强度达到设计强度标准值的80%后进行放张,设计未规定时,不得低于设计的混凝土强度等级值的75%。
在张拉端利用连接器、拉杆、双螺帽放松预应力筋,施加预应力至张拉控制应力后,将固定在横梁定位板前的双螺帽慢慢旋转,同一组放松的预应力筋螺帽旋转的距离相等,然后将千斤顶回油,张拉、放松螺帽、回油、反复进行,慢慢放松预应力筋,分数次完成。
长线台座上预应力筋的切断顺序,应由张拉端开始,逐次切向另一端,且预应力筋的切断必须在预加应力放张完成后进行。
3.5 混凝土施工
混凝土用的骨料应符合规范要求,选用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的材料;砂石料应按品种、规格分别堆放,不得混杂;含泥量不得超过规范要求;外掺剂的质量应符合相关国家标准。
配置混凝土应满足和易性、凝结速度、符合强度、耐久性要求;混凝土的坍落度不宜超过12㎝;在配置混凝土时应控制氯离子的含量,注意其对钢筋的锈蚀影响。
混凝土在拌和站集中拌制,用罐车运输至预制场地在施工便道上直接浇注,浇注按一定厚度、顺序和方向分层浇注,应在下层混凝土初凝前浇注完成上层混凝土,浇注应连续,以保证接缝处混凝土的良好结合,避免出现冷缝;混凝土浇注至顶后,及时整平、抹面收浆;
混凝土的振捣采用插入式振捣器,振捣过程中应注意避免碰撞钢绞线、内外模板、胶囊。
空心板成型后,混凝土强度不足时,严禁踩踏空心板外露钢绞线。浇注完成后,采用自然养护,当气温低于50C,应覆盖保温,不能向混凝土洒水,且养护用水和拌和用水一致。
空心板的外观质量应符合规范要求,表面平整,不得露筋,不得有影响其性能和使用的蜂窝、麻面、裂缝和缺陷。
4 结束语
此中桥的空心板梁预制,从预制场地的选址、布置到施工都是经过反复推敲、验算、论证;张拉的设备及机具经过法定计量部门检测;特别是,我们使用的张拉方法,从10%~90%~100%多级张拉,从施工过程来看,这样操作安全、快速、施工紧凑、节约时间且保证质量(从放张时起拱度来看),值得类似工程参考借鉴。

参考文献:
1.《公路工程技术标准》.JTG B01-2003.
2.《公路质量检验评定标准》.(JTG FS0/1-2004).
3.《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000.

作者简介:黄旭升,男,1972年出生,工程师,籍贯:广东省汕头市。1992年石家庄铁道学院铁道工程专业专科毕业,1998年取得建筑工程本科。目前就职于中铁十八局集团公司安全质量监察部。

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