您的当前位置:首页波腹板组合结构桥梁节段预制拼装关键技术

波腹板组合结构桥梁节段预制拼装关键技术

2023-09-27 来源:爱问旅游网
第36卷第2期 【l】国渔湾建设 China Harbour Engineering Vo1.36 NO.2 2016年2月 Feb.2016 波腹板组合结构桥梁节段预制拼装关键技术 张鸿,张永涛,王敏 (中交第二航务工程局有限公司,长大桥梁建设施工交通行业重点实验室,湖北武汉430040) 摘要:采用节段预制拼装工艺的波腹板组合结构桥梁是一种新型组合结构,混凝土腹板由波腹板替换后,增加了 波形钢腹板的定位、连接工序,为此针对波腹板节段梁预制及安装环节中影响施工工效的关键因素展开研究,以适 应工厂化制造及机械化安装的特点。同时,针对该新型结构,展开缩尺模型试验验证其结构性能,试验结果表明, 正常使用阶段节段预制拼装波腹板梁桥结构性能与整体现浇工艺差别不大,可满足工程应用。 关键词:节段预制;波腹板;组合结构;施工工艺 中图分类号:U448.218 文献标志码:A 文章编号:2095—7874(2016)02—0024—06 doi:10.7640/zggwjs201602006 Key technology of segmental prefabrication and assembly for composite bridge with corrugated steel webs ZHANG Hong,ZHANG Yong-tao,WANG Min (CCCC Second Harbor Engineering Co.,Ltd.,Key Laboratory of Construction of Long Span and Major Bridges of Ministry of Transport,Wuhan,Hubei 430040,China) Abstract:The composite bridge with corrugated steel webs,which adopted the technology of segmental prefabrication and assembly,is a new composite structure.Since concrete webs replaced by corrugated steel webs,the positioning and connecting process of corrugated steel webs is added.we studied on the key factors influencing the construction eficiency durfing the segmental prefabrication and assembly for corrugated steel webs in order to adapt the characteristics of the factory manufacture and the mechanical installation.At the same time,we carried out a scale model test to verify the stuctrural performance.The results show that the precast segmental box girders with corrugated steel webs has the same properties with the in—situ stuctures durirng normal use,it can meet the engineering application. Key words:segmental precast;corrugated steel web;composite structure;constuctiron technology 0引言 不能避免。考虑用薄的波形钢腹板替代几十厘米 厚的混凝土腹板,充分利用顶底板混凝土抗压、 预制装配化的桥梁施工技术,能有效控制工 程质量,加快施工速度,减少现场污染,具有高 效、低碳、环保的特点,国内在混凝土箱梁短节 段预制拼装领域全面实现了国产化,且已初步形 波形钢腹板抗剪的特点,显著提高整体结构的抗 剪、抗震性能,同时减少混凝土用量,可降低自 重及综合造价,而波形钢腹板的加工更适应工厂 化生产的概念,因此,节段预制拼装波腹板梁桥 应用前景将更为广阔,与常规预制拼装混凝土桥 成了一定规模”1。但节段预制拼装混凝土箱梁本质 上还是混凝土结构,自重大、预应力效率不高、 腹板易开裂、抗震性能差等混凝土桥梁的通病仍 收稿I=t期:2015一O9—24 修同日期:2015—10—24 基金项目:交通运输部应用基础研究项目资助(201431949A230) 作者简介:张鸿(1962一),男,湖北武汉市人,博士,教授级高T 梁相比,在经济性、耐久性、节能方面具有更大 的优势[21。 1施工关键技术 总工程师,道路与桥梁工程专业。 通讯作者:王敏,E-mail:4713810@qq.coin 1.1短节段预制安装工艺及难点分析 波腹板箱梁节段(结构形式见图1)采用短线 2016年第2期 张鸿,等:波腹板组合结构桥梁节段预制拼装关键技术 ·25· 匹配法预制,浇筑时,待浇梁段一端设固定端模, 另一端则为已浇筑好的前一梁段端面,以形成匹 与普通混凝土节段梁相比,波腹板箱梁桥节 段预制减少了侧模及腹板钢筋捆扎、预应力管道 的安装,增加了钢腹板的定位与安装工序,波腹 板的安装定位精度要求高,这就对传统的节段预 配接缝来确保相邻块体拼接精度,当后一梁段浇 筑完成并初步养生、拆模后,前一节段即运走存 放,而把新浇梁段转移到其位置上作为匹配梁段, 循环预制完成各跨箱梁节段。具体工艺流程如下: 步骤一:波腹板加工与制造。 步骤二:钢筋笼制作。 步骤三:箱梁短线法预制。 1)将匹配梁段调整到位;2)安装待浇梁段 制模板系统提出了新的要求。此外,波腹板节段 梁顶底板钢筋笼绑扎好后吊装入模,但波腹板与 顶底板钢筋笼的连接若采用常规的埋人式或PBL 连接件都需在模板内部人工操作连接钢筋,将会 大大降低预制工效,有必要开发一种高效的连接 件以满足流水线生产的要求。而波腹板节段梁拼 外侧模,并将各模板相互固定;3)将钢筋笼或组 件吊入钢模;4)调整波腹板位置;5)以普通螺 栓临时连接波腹板,确定梁段间相对关系;6)移 近内模,将其与匹配梁段及固定端模之间顶紧; 7)浇筑梁段顶底板。 接时,在接缝处混凝土顶底板采用常规剪力齿键+ 预应力工艺,波腹板则一般采用焊接或栓接,高 强螺栓连接有利于提高工效,减少现场工作强度, 更适合装配化施工的理念,但因为波腹板面外刚 度较小,运输架设过程中易产生翘曲等误差,而 现场调整措施有限,如何保证接缝位置波腹板的 顺利连接是安装阶段的一个重点工作[31。 为解决以上问题,需要在现有混凝土节段梁 步骤四:梁段吊运存放。 混凝士顶板 施工技术的基础上开发专用模板设备,研发新型 剪力连接件及波腹板梁节段间接缝的连接工艺。 1.2模板系统 波纹钢腹板桥梁结构与普通预应力混凝土桥 梁结构最大的不同在于腹板,波纹钢腹板在浇筑 图1波腹板节段梁示意图 Fig.1 Precast segmental box girders with corrugated steel webs 混凝土、振捣混凝土的过程中需要强度足够的固 定,以保证成型后的精度。波腹板的精确定位应 作为模板设计的一个主要功能,考虑图2所示保 留侧模,在波腹板与侧模之间沿梁高方向设置多 道纵向通长波形支撑(与波腹板波形匹配,紧密贴 合),内部通过可伸缩式的内模支架横梁,液压控 制协同调整顶底板混凝土和波腹板的空间位置, 确保波腹板的精确定位及混凝土的外形尺寸。 预制好的节段一般采用架桥机或桥面吊机进 行安装,节段桥梁的分段长度可根据结构的受力 要求及施工机具灵活划分。根据梁段拼装工艺的 不同,可以分为平衡悬臂拼装法和逐跨拼装法两 种方法。 外侧模 l 顶紧 1 架 (a)正面图 (b)细部图 图2波纹钢腹板梁短线预制模板系统 Fig.2 The short-line pre—cast formwork of corrugated steel webs ·26· 中国港湾建设 2016年第2期 1.3适宜工厂化生产的剪力连接件 接件,如图3所示,兼顾埋人式及翼缘式连接件 为提高工效形成工厂化流水作业,节段预制 梁的钢筋笼一般并行施工绑扎,最后整体吊装人 模再浇筑}昆凝土。波腹板梁因其腹板为工厂制造 好的波形钢腹板,与事先吊装入模的顶底板钢筋 的优点,结构简单,适于梁段_T厂化预制。竖直 板体无需增加普通钢筋贯穿工序,且能最大程度 减少复杂连接件与钢筋笼所发生的位置冲突;同 时,在设计中也方便考虑竖直板体开口的大小、 间距等参数,而延伸部的设计可在一定程度上帮 助钢筋保持所处位置不偏移,可实现钢筋笼与波 纹钢腹板的快速组拼;翼缘板体在混凝土浇筑过 程中可兼做顶板混凝土的底模。该新型剪力连接 件的力学原理在于混凝土浇筑后,在图示开孔钢 板阴影范围内形成的混凝土销承担剪力,开孔直 笼连接时,若采用常规的由较多的板件和短钢筋 (构造筋)组成的埋人式或翼缘式连接件,极有可 能与钢筋笼内的钢筋发生冲突,放置钢筋笼时可 能会造成钢筋及波纹钢腹板的偏位,甚至无法兼 容,此外,为保证波腹板与顶底板连接的可靠性, 还需要在模板内人工插入构造连接筋,大大降低 施工效 4j。 径及间距由抗剪计算确定,等效于普通埋人式或 PBL剪力连接件的抗剪承载力。 钢筋笼中底层钢筋 为此,设计一种新型的带开孔钢板的剪力连 \ /、 U √、/ 、 U 开口钢板 翼缘板 波纹钢腹板 (^) (^)(^) (a)正面图 (b)侧面图 图3新型剪力连接件示意 Fig.3 New shear connectors 1.4拼装线形控制及接缝连接 表1波腹板节段间的连接形式 Table 1 Connection type between corrugated steel web segments 节段梁拼装误差调整措施有限,一般仅能通 过垫片修正局部线形,且所加垫片一般不宜超过 5 mm,过大会导致预应力管道间形成间隙,影响 体内束钢绞线耐久性。常规混凝土腹板节段梁通 过顶板预埋测钉结合预制阶段采集数据来控制节 避连接 形式 一 — 一ll___ 一一— m\ ————  M22普通螺栓 』 f==一l,一…{ , 苛’ -I lL : 点梁安装时的空间姿态,两两匹配预制的波腹板 节段梁若不需要采取垫片调整时,接缝连接难度 ①适用于承受动荷载,耐 ①连接刚度较大; 优点 疲劳; ②易于吸收制造误差,安 ②安装方便 装期可调整 ①对制造精度要求高,梁 缺点 段安装期难以调整; ①焊接较为困难且时间长 ②误差较大时需在拼接板 上重新开孔 不大,但若因施工误差导致当前节段需要调整量 较大时,波腹板的连接就会成为制约工效的主要 因素[51。 考虑短线匹配预制工艺,波腹板问连接形式 ①对于中小跨径梁桥,高 ①对于较大跨径或者曲线 短线法 强螺栓可实现快速连接; 桥梁,贴角焊接适应性强; 推荐采用普通螺栓临时连接后贴角焊接或高强螺 栓拼接板连接,连接形式、优缺点比较及适应性评 价见表1。 适应性 ②高强螺栓将会给匹配预 ②匹配预制时期及安装时 评价 制及安装线形的调整带来 期可增加少量普通螺栓进 困难 行临时连接固定 2016年第2期 张鸿,等:波腹板组合结构桥梁节段预制拼装关键技术 ·29· 载:整体梁大于节段梁;翼缘式连接节段梁大于 埋人式连接节段梁;混合配束节段梁大于全体外 节段梁;2)除全体外配束节段梁J一02外,其余节 段梁与整体梁具备同等刚度(弹性阶段),整体梁 与节段梁开裂前,挠度随荷载增加的趋势基本一 致,节段梁开裂后挠度增长大于整体梁,普通钢 筋在接缝处断开,削弱了结构的刚度,使其在相 同荷载作用下的挠度比整体梁大同;3)整体梁的极 限荷载明显大于节段梁,本试验中前者大于后者 约65%,体内连续普通钢筋对整体施工梁极限承 载力的贡献不少。从荷载位移曲线后半段看,整 体梁与翼缘式连接节段梁曲线斜率大,随荷载增 加曲线斜率逐渐减小,说明破坏发展过程较平缓, 试验梁具备很好的延性;其余节段梁曲线斜率较 小(尤其是全体外配束节段梁曲线近乎为水平线), 说明荷载增加不大而位移增加很快,即破坏发展 过程很快。在试件强度方面,整体式梁优于翼缘 式连接节段梁,而翼缘式连接节段梁又优于埋入 式节段梁;全体外配束节段梁较之混合配束节段 梁显著降低同。 跨中位移6/mm 图7不同试件跨中荷载一位移曲线 Fig.7 Mid-span load-displacement curves of different samples 表3跨中弯矩87.5 kN·m(弹性阶段尾部)时不同试件跨 中位移值 Table 3 Displacement values in the mid-span under 87.5 kN·m moment(atil of elastic stage) 3结论及展望 1)节段预制拼装波腹板组合结构适应工厂化 制作、装配化施工的理念,节能环保,工效高, 且能降低自重及综合造价,是一种极具竞争力的 新型桥梁结构。 2)通过对装备、新型连接件、预制及安装工 艺等施工关键技术的研究,形成了一套切实可行 的施工工艺。 3)通过模型试验对其力学性能展开研究,在 弹性阶段,节段梁与整体梁具备同等刚度,能满 足正常使用受力要求。 参考文献: [1】宋建永,张树仁,王彤,等.波形钢腹板体外预应力组合梁弯 曲性能分析及试验研究『J].土木工程学报,2004,37(11):5O一 55. SONG Jian-yong,ZHANG Shu-ren,WANG Tong,et a1.A theorec- tical analysis and experimental study on the flexural behavior of externally prestressed composite beam with corrugated steel webs 【J].China Civil Engineering Journal,2004,37(1 1):50-55. [2】周绪红,孔祥福,侯健,等.波纹钢腹板组合箱梁的抗剪受力 性能『J].中国公路学报,2007,2o(5):77—82. ZHOU Xu—hong,KONG Xiang-fu,HOU Jina,et a1.Shear mechani— cal property of composite box girder with corrugated steel webs[J]. China Journal of Highway and Transport,2007,20(5):77—82. 【3】楼亚东,梁朝安,欧阳平文,等.波形钢腹板预应力混凝土连续 箱梁施工技术[J].施工技术,2015,44(9):52—55. LOU Ya-dong,HANG Chao—an,OUYANG Ping—wen,et a1. Construction technology of corrugated steel webs of prestressed concrete continuous box girder[J].Construction Technology,2015, 44(9):52—55. 【41李宏江,叶见曙,万水,等.波形钢腹板预应力混凝土箱粱的试 验研究『J1_中国公路学报,2004,17(4):31—36. LI Hong-jiang,YE Jian-shu,WAN Shui,et a1.Experimental research on prestressed concrete box girder with corrugated steel webs[J].China Journal of Highway and Transport,2004,17(4): 31-36. 【5]郑开启,h红旗,刘钊,等.体内体外混合配束节段预制拼装箱 梁足尺模型试验研究[J].中国工程科学,2013,15(8):89—93. ZHENG Kai—qi,BU Hong-qi,LIU Zhao,et a1.Full scale model test of segmentla precast concrete box girder with external and internal tendons[J].Engineering Sciences,2013,15(8):89—93. 【6]LI Yang,Experimental study on the shear strength of segmental externally prestressed concrete beams[D].Shanshai:Tongji University,2005. [7]陈宜言,陈宝春,林松.波形钢腹板Pc组合箱梁抗扭性能试验 与有限元分析fJ1.建筑科学与工程学报,2011,28(4):106-115. CHEN Yi—yan,CHEN Bao—chun,LIN Song.Experiment of tor— sional performance and ifnite element analysis fo PC composite box gidrer with corrugated steel webs[J].Journal of Architecture and Civil Engineering,201 1,28(4):106—1 15. 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容