斜跨刚构式桥的性能结构和施工技术

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tk6014
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  摘要:主要用工程实例,从斜跨刚构式桥的基本力学性能、特点和构造浅析斜跨刚构式桥性能结构特点和施工技术控制。
  关键词:斜跨刚构式桥; 性能;特点; 施工技术
  Abstract: this paper is mainly with project examples, from across the rigid frame type bridge the basic mechanical properties, characteristics and structural analyses of rigid frame bridge across the performance characteristics and construction technology control structure.
  Keywords: inclined cross rigid frame type bridge; Performance; Characteristics; Construction technology
  中图分类号:U448.23 文献标识码:A文章编号:
  1工程概述
   新建安康至毛坝高速公路AME5合同段内有线路长3.719km,位于安康市汉滨区流水镇和香山乡境内,全标段场地狭窄,沟壑纵横,植被茂盛,地形复杂,运输条件十分困难。在K223+727.027处为一座斜跨刚构式桥,与主线路基交角90.1715°,主跨47.471m,该桥是全线唯一一座斜跨刚构式景观桥,具有外观雄壮,跨径大的特点。
   桥址地质为:
   (1)碎石亚粘土(Q4el+dl)褐红色,成分以粘性土为主,含碎石块,含量占10%,稍湿,硬塑。[σ0]=160kpa,Ti=50kpa。
   (2)全风化凝灰岩(Pt3yl)浅灰色,组织、结构已破坏,岩体大部分呈土状,极少部分呈碎石状[σ0]=400kpa,Ti=80kpa。
   (3)强风化凝灰岩(Pt3yl)青灰色,变晶结构、块状构造,岩体较破碎,[σ0]=750kpa,Ti=170kpa。
   (4)弱风化凝灰岩(Pt3yl),青灰色,变晶结构、块状构造,岩体较完整[σ0]=1700kpa。
  2斜跨刚构式桥构造性能特点
  斜跨刚构式桥包括斜腿刚架桥(含无桥台斜腿刚架桥)和刚架拱桥(有斜撑和无斜撑)。在结构上兼备梁和拱的特点,桥型构造上以少量构件构成了几何图形简明的桥梁形态。
   本标段的斜跨刚构式桥属于有斜撑刚架桥,是在我国传统的双曲拱、桁架拱的建筑经验基础上结合斜腿刚架的特点发展演变而来的一种桥型(图1),其承重结构由拱肋(圈)构成主拱,拱上建筑取斜腿刚架形式。是拱与斜腿刚架的复合结构(图2),因此受力兼具拱和梁式刚架的特性。腹段底弧采用二次抛物线外,其余均为直构件。即拱腿支座在恒载作用下为铰结,在活载及附加力作用下为固结;斜撑支座在各种荷载作用下均为铰结,弦杆支座采用竖直链桿的形式,可传递垂直力,允许水平位移及转动。拱片间设置有横系梁,以加强拱片间的横向稳定。桥面系由微弯板构成。
  
  
   (图1)有斜撑刚架拱
   (图2)斜腿刚架拱的形成
   这类桥型因其具有呈水平向的梁式构件和斜向支撑构件而在力学行为上兼具梁式刚架特性(构件受弯并按刚度比例分配其值大小)和拱的特性(构件偏心受压),且在桥型构件的组成上使受力较大的区域(跨中附近)产生压力使构件偏心受压,而在其受力较小区域(近端部)让其纯弯。这样则合理的解决了桥梁构件中受力不均匀问题,可使桥梁各组成构件变得匀称。同时,整个桥梁上下部各构件相互固结形成坚固几何形态的整体结构,共同受力抵抗外荷载,因此,桥梁整体性和刚度均得到提高。
   3本桥设计要点
   1)刚架拱的与之构件除实腹段底部弧采用二次抛物线外,其余均为直构件。
   2)支座边界条件:拱腿支座在衡载作用下为铰结,在活载作用下为固结,斜撑支座在各种荷载作用下均为铰结,弦杆支座采用板式橡胶支座,传递垂直力,允许水平位移和转角。
   3)运营状态下拱片内力考虑了部分现浇混凝土层参与受力并据此进行配筋计算。
   4)拱片间设置有横系梁,以加强拱片间横向稳定。
   5)桥台采用桩基础及抗推二灰桩,二灰桩处地基容许承载力不小于250Kpa。
   6)台后回填选用透水性良好的砂砾,填土长度为台高4倍,分层(30cm)夯实,压实度不小于95%,为减小桥台变形对结构物影响,桥台必须在拱片安装前完成。
   4施工工艺及要求
   4.1人员安排
   钢筋工5人,模板工4人,混凝土工7人,架子工4人,普工10人
   4.2施工工艺
   4.2.1桥台基础开挖:
   ①用挖掘机将桥台周边范围原地面清至桥台顶面标高,然后沿桥台轮廓线外扩1.0米,按1: 0.5计算开挖边线放坡。
   ②用全站仪准确放出开挖边桩,撒出开挖白线。
   ③采用人工配合挖掘机挖至承台顶标高;承台台阶基础采用人工开挖机械装运,严格控制台阶部分开挖,严防超欠挖。
   ④检查基坑尺寸,清除基地虚碴,确定基础位置。
   4.2.2混凝土灌注及钢筋加工
   4.2.2.1模板安装
   1)基础、承台模板
   采用大块钢模,按设计位置立两侧、正面模板,并加设支撑、拉筋加固牢固,台阶部分不立模板用混凝土灌实。
   2)预制构件及其它部位模板
   预制构件及其它部位模板均采用15mm厚竹胶板。
   4.2.2.2混凝土施工
   1)施工前准备
   混凝土浇筑前,首先对支架、模板、钢筋和预埋件进行检查,并做好记录,模板内的杂物、积水和钢筋上的污垢应清理干净。模板如有缝隙,应填塞严密,模板内面应涂刷脱模剂。检查模板断面尺寸误差是否符合规定,模板接缝情况及表面平整光洁度均合格后方可进行混凝土浇筑。
   混凝土在拌合站集中拌合,混凝土罐车运送至现场,溜槽导入灌注,插入式振动棒振捣。自高处倾落混凝土时,使混凝土的自由倾落高度满足不超过2m的要求。混凝土生产前应测定骨料的含水率,依据检测结果及时调整用水量和骨料用量。
   2)混凝土灌注要求
   浇注砼使用插入式振动器时,移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍;与侧模应保持50-100mm的距离;插入下层砼50-100mm;每一处振动完毕后应边振动边徐徐提出振动棒;应避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件。对每一振动部位,必须振动到该部位砼密实为止。密实的标志是砼停止下沉,不再冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆。
   砼的浇注应连续进行,如因故必须间断时,其间断时间应小于前层砼的初凝时间或能重塑的时间。砼的运输、浇注及间歇的全部时间不得超过表的规定,当需要超过时应预留施工缝。
   砼的运输、浇注及间歇的全部允许时间(分钟)
   砼强度等级 气温不高于25℃ 气温高于25℃
   ≤C30 210 180
   >C30 180 150
  
   3)片石混凝土施工
   a片石掺加前应清除表面的杂物、泥土等。
   b片石掺入量一般不超过总圬工体积的25%,施工控制在20%,掺入时不可乱投乱放,石块应分布均匀,净距不小于100mm,距结构侧面和顶面的净距不小于150mm,石块不得接触预埋件,不可直接接触基底、模板。
   C灌注完毕顶面留接茬石,并及时进行砼养护,冬季覆盖草袋防寒、夏季洒水养生。
   4)施工缝处理
   施工缝的位置应在砼浇注之前确定,宜留置在结构受剪力和弯矩较小且便于施工的部位,并应按下列要求进行处理:
   a应凿除处理层砼表面的水泥砂浆和松软层,但凿除时,处理层砼须达到下列强度:
   ①洗凿毛时,须达到0.5Mpa;
   ②用人工凿除时,须达到2.5Mpa;
   ③用风动机凿毛时,须达到10Mpa;
  b经凿毛处理的砼面,应用水冲洗干净,在浇注层次砼前,对垂直施工缝宜刷一层水泥净浆,对水平缝宜铺一层厚度为10-20mm的1:2的水泥砂浆。
  c施工缝为斜面时应浇注成或凿成台阶状。
  d施工缝处理后,须待处理层砼达到一定强度后才能继续浇注砼。需要达到的强度,一般最低为1.2Mpa,当结构物为钢筋砼时,不得低于2.5Mpa。
   4.2.2.3钢筋加工
   钢筋加工的形状、尺寸必须符合图纸要求。
   1)钢筋调直:采用冷拉法调直钢筋时,Ⅰ级钢筋的冷拉率不宜大于4%。
   2)钢筋弯曲成型
   ① 钢筋的弯钩和弯折:Ⅰ级钢筋末端做180°弯钩,其弯弧内径2.5d,平直部分长度为3d,Ⅱ、Ⅲ级钢筋末端需做90°或135°弯折时,Ⅱ级钢筋的弯曲直径为4d,Ⅲ级钢筋的弯曲直径为5d。弯钩的弯后平直部分长度应符合设计要求;
   ② 按照设计要求,粗钢筋采用闪光对焊或双面焊,根据现场实际,我们采用双面焊,焊缝长度大于5d,焊缝要求饱满;
   ③对加工好的半成品要按规格型号及类型进行分类码放,为防止钢筋锈蚀,应对加工好的钢筋遮盖。
   4.2.3构件预制
   微弯板和弦杆、实腹段须制台座,微弯板计划制作台座7个,一个边板台座。表面用细水泥浆抹面,台身C20砼浇筑;弦杆和实腹段各预制3个台座,台座基础采用红砖砌筑,上部10cm厚C20砼砌筑,表面水泥浆抹面;拱腿和斜撑为矩形,可在平地预制,立侧模即可。砼和模板施工按照施工技术规范要求进行。
   4.2.4支架搭设
   ①安装立杆、碗扣、横杆等,使得各杆件的水平、竖向、横向距离均为900mm,并在碗扣处安好限位销;将上碗扣的缺口对准限位销后,将上碗扣向上拉起(沿立杆向上滑动),把横杆接头插入下碗扣圆槽内,随后将上碗扣沿限位销滑下,并顺时针旋转以扣紧横杆接头(用锤敲击几下即可扣紧)。碗扣接头同时连接4根横杆。
   ②拼装时要随时检查横杆水平度和立杆垂直度,并应随时注意水平框的直角度,避免支架偏扭。每根立杆的垂直度偏差不超过6mm,全高绝对偏差不超过100mm。
   ③根据需要在支撑架的四周设置斜杆(剪刀撑)。若已设置了斜杆,一般不得随意拆除。必须拆除时,要严格控制拆除的根数。
   ④因建筑物高度变化,故应在立杆的顶端设置可调托座以适应层高要求。
   4.2.5支架预压
   支架搭设完成,經验收合格后,即进行预压。预压采用砂袋,预压重量为设计荷载(梁体重量+模板重量+支架重量+施工荷载之和)的1.2倍且与梁重分布对应。
   预压加载前,先在基础顶面及模板顶面设置水平观测点。观测点要和调整模板高程计算控制点相对应,观测点设置完成后对各点的高程进行全面测量记录。
   加载时按照80%、100%、120%分三级加载,每级持荷时间不少于10min,满载持荷时间不少于24h。加载用的砂袋进行随机抽样称重,以估算每个砂袋的平均重量。砂袋用吊车分码吊至支架顶,由人工配合摆放。加载中由技术人员现场控制加载重量和加载位置,避免出现过大误差而影响观测结果。
   预压荷载加载时,要遵循整体、均匀、分层进行的原则对称进行。加载过程当中,安排专人观察支架是否有弯曲变形、联结脱落、移位等现象。
   预压荷载加载完毕后,测量各观测点标高。每两小时观测一次,确定支架稳定后方可卸除荷载,卸除荷载前测量各点标高。卸载过程的操作与加载过程相反,对称进行。荷载卸除完毕后,测量各点标高。
   测量采用精密水准仪,测量人员用专用表格对每次测量数据进行详细记载,根据现场采集的数据及时进行计算、分析、处理、修正,得出系统变形值。非弹性变形用丝杆调整到位消除,弹性变形作预留处理。
   4.2.6构件安装
   1、安装拱腿:拱腿起吊后,两端分别支撑在拱腿支座和拱腿支架上。(拱腿底必须座浆)
   2、安装实腹段:实腹段起吊,在支架上与拱腿对接好后,电焊钢板接头,形成裸肋。
   3、安装裸肋部分的横系梁:相邻多片裸肋安装完后,即安装拱腿和实腹段的横系梁。横系梁上伸出的Π型钢,通过调整角钢与预埋在拱片的Π型钢焊接,并浇注砼。
   4、安装斜撑:斜撑起吊后,分别支撑与斜撑支座(斜撑底必须座浆)和斜撑支架上。
   5、安装弦杆:弦杆起吊后,分别支撑于支座和大节点上,调整弦杆与斜撑,弦杆与实腹段的接头位置,先将弦杆与拱腿接合处的钢板,弦杆与实腹段接头的钢筋焊接,再浇注砼接头。
   6、安装弦杆部分的横系梁:多根弦杆安装后,即安装弦杆部分的横系梁,方法于3相同。
   7、拆除支架:待接头砼达到设计强度的90%后,方可拆除支架。拆架时应对称,均匀分级进行。
   8、安装微弯板及肋腋板:安装安装微弯板及肋腋板时,应从跨径两端向跨中进行,砌缝均为1cm,在安装肋腋板时,应注意使其顺桥向的两边分别支撑在横系梁上。
   9、现浇砼填平层,在微弯板端块设置伸缩装置预埋件。
   10、铺设桥面钢筋,浇注桥面砼。
   11、浇注防护栏砼,安装防抛网。
   4.2.7桥面系及防护工程
   1)桥面铺装,各部位构件安装妥善后,对表面进行清理和冲洗;采用C40砼进行填平,然后铺设桥面钢筋,按照设计图纸以及规范要求对钢筋绑扎和焊接;浇筑砼前对桥面进行量测确定砼的厚度以满足设计要求,钢筋网砼净保护层厚度为2.5cm。防撞墙结构与本标段桥梁外挡墙结构相同,模板可通用,做防撞墙时须预埋连接件,便于防落网的安装。
   2)伸缩缝安装,采用为CD-60型伸缩装置。伸缩装置预埋钢筋在浇筑微弯板端部块件及背墙时埋设;预留槽内以50号小石子砼填充捣实;伸缩装置中心应同梁缝中心对齐,安装时严格按照技术规范及产品使用说明书施工,同时考虑安装稳定应控制在15℃左右。
   6斜腿刚架拱造型和美学探讨
   斜腿刚架拱由朴实的直线组成的梁,斜腿和拱架构成,简洁、坚固、而有力,具有动感、方向感和现代感,集中体现了以最少的构件组成简单的桥型这一基本的美学原理。斜腿刚架上下部配置恰当、紧凑,力的传递清晰、连贯、明朗,富于力的紧张和强烈动感的轻快感。同时,随着两斜腿之间的距离向地面拓宽又给人以稳定感。从仿生学角度看,斜腿刚架形似奔跑中的动物,具有强烈的动势,给人凌空感、腾跃感和生命感。而拱式桥中的拱圈则显示了曲线自然、柔美、弹性、流畅与活泼的形态特征,其优美的姿态中潜藏着力的动感和跨越感,给人的形态感情总带有“阴、柔”的形象。
   即刚架拱揉合了梁和拱在造型形态上的各自特点和优势,将梁的简练、挺拨、刚劲和拱的柔美协调地结合起来,形成刚柔相济而简洁明快的造型特点,赋予人简练、舒畅、有力而又柔和亲切的形态感情。
   公路景观是实现公路建设可持续发展的需要,做到公路建设与环境的协调发展,是保护视觉环境质量的要求,是公路建设可持续发展的保障,安毛高速公路上凌空而起的天桥,构筑成了一道亮丽的风景线,再配以沿线多式多样的景观图案,给人们“车在路上走,人在画中行”的美好感受!
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