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江油涪江特大桥施工枝术之土木工程研究
 
 
[修改时间:2020-2-5 浏览次数:183]
 
 
第 1 章 绪论

1.1 研究背景及意义
预应力混凝土连续梁桥是一种经典的梁式结构体系,在 20 世纪 50 年代前,主要使用耗工费时的满堂支架法,这限制了它的发展。随后钢桥悬臂施工拼装法逐渐被应用并得到改进,逐跨架设法和顶推法也相继得到应用,使满堂支架法逐渐退出连续梁桥施工。20 世纪 90 年代以来,随着高速公路交通的迅速发展,连续梁桥凭借受力性能良好、伸缩缝少、行车平稳舒适、抗震性能好、造型简洁美观、设计及施工技术成熟、跨越能力较大等优点获得了新的竞争力[1-3],在桥梁界得到了迅速的推广和应用。
1886 年美国工程师 Peter H. Jackson 和 1888 年德国工程师 C. F. Doehring申请了预应力混凝土的专利。之后的几十年内,欧洲和美国的一些工程师持续开展预应力混凝土的实践。由于当时没有认识到混凝土的收缩徐变对预加应力的影响,也没有高强度低松弛钢筋,这些早期的尝试并不成功。直到 1928 年,法国工程师弗雷西奈(E. Freyssinet,1879-1962)基于丰富的设计施工经验,开始使用高强钢材和高强混凝土来减少预应力损失,自此现代预应力混凝土便得到迅速的发展。到 20 世纪 60 年代,林同炎先生提出的“荷载平衡法”简化了预应力混凝土结构的设计,成为预应力混凝土在全球范围内的迅速发展和广泛应用的重要动力。
预应力混凝土大跨径连续梁桥在国外建设较早,1953 年联邦德国建成主跨为 114.2m 的胡尔姆斯(Worms)桥,使钢桥传统施工方法—悬臂拼装法在预应力混凝土桥上开始了创造性的应用,即为悬臂浇筑法。由于该法的应用,连续梁在预应力混凝土结构中有了迅速的发展,如 1964 年在德国莱茵河建成主跨为208m 的本多夫(Bendorf)桥就采用了悬臂浇筑法,并在结构体系上再次进行了创新。近 20 年来,我国已建成的具有代表意义的连续梁桥有主跨 125m 的宜昌乐天溪桥、主跨 154m 的云南六库怒江大桥、主跨 120m 的湖南常德沅水大桥等。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 连续梁施工控制研究现状
最早使用桥梁施工控制概念要追溯到 20 世纪 50 年代,德国 DEMAG 公司在瑞典修建主跨为 182.6m 的斯特伦松德桥,在该桥施工时就考虑到如何使索力和标高同时达到设计要求的问题。1958 年德国 Thedon Nenss 桥修建完成,设计者在施工设计中首次提出“倒退分析法”,该方法是在确定了最优成桥状态后,根据桥梁结构的实际施工加载顺序的逆过程进行结构应力和变形分析的计算方法,当结构正装顺序施工完成,理论上结构应力和桥梁线形便可达到较理想的成桥状态[2,11]。
日本是最早把施工控制理论运用到桥梁施工上的国家[11],利用计算机建立桥梁线形和内力监测系统,将现场采集的数据反馈,从而对设计参数进行分析、修正和调整。20 世纪 80 年代,N.Fujisawa 和 H.Tomo 在 chichby 桥施工中,利用计算机辅助来调整索力,提出了索力调整法。随后日本又开发出一套斜拉桥施工双控系统,该系统完成自动测试、分析和控制等操作可在现场进行,还可进行设计值敏感分析和实际结构行为预测[9,11~13]。该系统在 Nitchu 桥(1989 年)和 Tomei-Ashigara 桥(1991 年)上得到应用。
上述施工控制方法虽能通过控制作用在一定程度上减小结构状态误差,但这种随机性控制方法仅适用于施工误差产生之后,采取被动调整的方式来消除结构状态误差对最终结构状态的影响[14~19] 。20 世纪 90 年代初,出现了智能施工控制方法(自适应控制法),它能够消除模型及测量误差,减小已造成的误差对最终结构误差的影响,其最大特点在于通过对比实测数据与理论计算值,分析误差并对影响结构设计参数进行识别、修正和调整,重新调整计算模型,使分析结果与实际测量数据吻合[14,16,20]。Sakai 等在 90 年代初提出了较完善的桥梁施工控制系统及流程,该系统分为针对现场施工安装的设计预测系统和结构分析计算系统[20~21]。
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第 2 章 工程概况

2.1 工程简介
九绵高速公路是指九寨沟—绵阳的高速公路,起点位于四川省九寨沟甘川界青龙桥,终点位于绵阳市游仙区张家坪,与绵遂高速对接,并设十字形枢纽互通式立交连接绵广高速,如图 2-1 所示。九绵高速公路全长 244.97km,其中绵阳境内 187.3km,投资预算总额 409.97 亿元,计划建设工期 6 年。九绵高速按双向四车道高速公路标准建设,设计速度为 80km/h,路基宽度 25.5m。

江油涪江特大桥位于四川省江油市青莲镇,跨越涪江,上跨宝成铁路,下穿西成高铁,是九寨沟(甘川界)至绵阳 G8513 高速公路江油段的一座重要桥梁,本桥为双向四车道双幅桥,全长 1020m,桥面宽度 26m。
江油涪江特大桥中心桩号为 ZK231+993/K232+003,桥梁跨径组合为左幅:2*40+(75+130+75)+(55+90+55)+40+14*30,右幅:3*30+(75+130+75)+(55+90+55)+15*30,上部结构采用预应力混凝土连续箱梁+预应力混凝土简支 T 梁,下部结构采用方墩和圆墩配钻孔灌注桩基础。
路线在 K231+615~K231+746 处跨越涪江,河床宽度约 131m 左右,目前河床受当地采砂影响起伏较大,丰水期水深一般 1~4m 不等,呈现西北岸为冲刷岸、深度大,东南岸为淤积岸、深度小的特点,河床中主要为卵石覆盖,水量季节性变化较大,水位暴涨暴落,日起伏 1~2m 不等,受平武、北川境内大气降水影响较大。
本桥钻孔桩基础共计 162 根,桩径为 1.5m、1.8m、2.0m、2.2m 四种类型;桩基采用 C30 水下混凝土,承台采用 C30 混凝土;主跨桥墩为方端形实体墩,墩高 8.67~17.13m,采用 C35 混凝土;主墩台帽采用 C35 钢筋混凝土,简支梁支承垫石采用 C40钢筋混凝土;现浇连续箱梁梁支承垫石采用 C50 钢筋混凝土;预制梁采用 C50 预应力钢筋混凝土;现浇预应力钢筋混凝土箱梁采用 C55 混凝土;桥台为桩基础肋板式桥台。本桥主体工程基础及 T 构和现浇梁混凝土方量约 44370m3。
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2.2 控制工程及重难点工程
2.2.1 水中墩施工
(1)钢栈桥设计与施工
江油涪江特大桥左幅 3#、4#及右幅 4#、5#桥墩横跨涪江为水中桥墩,共计 4 个桥墩,涪江水深 2~5m 深,桩基采用水上平台方式进行施工。充分考虑施工的便宜性、便道顺接、经济合理、避让其他障碍物等因素,考虑设置 1#、2#钢栈桥。钢栈桥平面整体布置图如图 2-6 所示。1#钢栈桥搭设在涪江特大桥右幅 4#墩外侧,沿右幅轴线向右幅 5#墩方向逐跨搭设。钢栈桥中心线距右幅 4#、5#墩承台外边线距离为 6m。跨域涪江钢栈桥设计桥长 156m,采用 9m 及 12m 一跨的桥跨布置形式,具体桥跨布置为2×9m+10×12+2×9m。2#钢栈桥在跨越拓宽的尾水渠时,通过连接路后沿左右幅承台间孔隙搭设。跨越过渡墩时,为方便吊车施工,宽度设置为 8m。跨越尾水渠的结构形式与跨涪江的一致,长度为 144m。采用 12m 一跨,3~4 跨为 1 联的桥跨布置形式,具体为 3×12m×4。尾水渠右边墙墙顶高程按原设计 502.00m 设计,在跨越尾水渠时,钢栈桥贝雷片底高程按 502.3m 设计,路面顶高程 504.186m。

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第 3 章 主桥结构有限元分析...............................37
3.1 Midas/Civil 简介................................37
3.2 主要材料及参数取值.....................................37
第 4 章 悬臂施工预拱度控制措施..................................51
4.1 预拱度设置的主要影响因素....................................51
4.1.1 混凝土自重对预拱度的影响.................................51
4.1.2 预应力钢筋对预拱度的影响..................................52
第 5 章 结论与展望.................................56
5.1 结论..........................56
5.2 展望.......................56

第 4 章 悬臂施工预拱度控制措施

1 预拱度设置的主要影响因素
悬臂施工过程中,连续梁的箱梁与桥墩处于刚性连接的状态,形成 T 型悬臂结构,结构在中跨合龙后将由刚性体系转换为连续体系。采用悬臂施工时,梁桥设置的预拱度包括短期的施工预拱度和长期的成桥预拱度[51]。设置施工预拱度的目的是消除混凝土收缩徐变、施工挂篮变形及预应力等施工荷载产生的变形,各节段施工预拱度即为计算所得挠度的相反值;而成桥预拱度则是为了抵消桥梁在运营阶段由混凝土收缩徐变、预应力损失及汽车荷载等产生的变形[52]。对于采用悬臂挂篮进行施工的连续梁桥,设置预拱度时主要考虑的因素如表 4-1 所示。

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第 5 章 结论与展望

5.1 结论
论文结合设计文件,通过对实际工程情况的研究分析,介绍了预应力混凝土连续梁桥施工控制和预拱度相关的研究现状,详细阐述了工程施工专项方案的设计参数、可能出现的问题及解决方案、专项施工工艺、施工组织设计等,通过 Midas/Civil 建立有限元模型,对混凝土参数包括容重、弹性模量和浇筑天数对预拱度的影响进行了分析,为项目工程施工提出建议,为类似工程的施工处理提供了借鉴。论文主要研究结论如下:
(1)有限元分析模型的建立与分析有利于施工方提前了解桥梁的结构状况,主要针对主桥悬臂浇筑施工过程须考虑混凝土容重、弹性模量和浇筑天数对预拱度的影响,取混凝土容重、弹性模量分别增减 2%、5%和 10%,浇筑天数取 4d、5d、7d。计算结果表明容重减小时,预拱度增量最大值为-7.06mm,占对应节点初始预拱度的 8.26%,而容重增加时其最大增量为 7.16mm,占比 8.38%;混凝土弹性模量减小时,预拱度增量最大值为 4.22mm,占对应节点初始预拱度的 4.94%,而弹性模量增加时其最大增量为-3.37mm,占比 3.94%;浇筑天数由 3d 增加至 4、5、7d 时,预拱度最大增量为-1.91,占对应节点初始预拱度的 2.23%。因此在实际施工中须对材料参数进行实测分析以减小混凝土容重和弹性模量的偏差,并严格控制浇筑天数,最大程度保证桥梁结构安全施工,为下一步的施工提出预拱度控制方面的建议和有效的指导作用。
(2)针对影响预拱度设置的因素,提出了控制措施,主要包括严格控制混凝土配合比和张拉龄期、采用智能张拉系统以减小误差、严格控制预应力管道安装及管道摩阻系数取值,设计时可使受压区尽量靠近中心点,使上、下缘应力保持一致以减小收缩变形,也可采用“跨中压重法”来减小预拱度,并采用挂篮预压荷载试验来控制挂篮变形。
参考文献(略)
 
 

 

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