铁路40m预应力简支箱梁制造架设与造价分析
(2012-06-24 17:37:19)
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杂谈 |
分类: 学术论文 |
铁路40m预应力简支箱梁
制造架设与造价分析
摘
关键词:简支箱梁;预应力混凝土结构;设计;施工;造价
我国铁路40m预应力混凝土简支箱梁的研制始于20世纪80年代中期。由大桥局进行科研、设计和施工,采用分3段制造胶拼工艺,应用于九江长江大桥。2000年建成的芜湖长江大桥,其铁路引桥采用40m部分预应力(PPC)简支箱梁(混凝土量102.7m3/片),发展为一次性整体灌注,并采用装拆式架桥机,实现了铁路大吨位箱梁的安全顺利架设。因此,其制造与架设技术的成功实践,具有广泛的应用价值和指导意义。
1 简支箱梁设计
1.1 箱梁与T梁的比较
在九江长江大桥的科研、设计和施工的实践基础上,以不突破相同跨度T梁造价的前提下,大桥局对铁路40mPPC简支箱梁进一步做了大量研究试验工作,采用整孔工地预制和架设的方法。实践表明,箱梁与T梁比较,箱梁整体性强,横向刚度好,对今后铁路行车提速有利;箱梁工地运输架设比单片T梁稳定,且不需要进行T梁横隔板焊接工作,相应缩短架梁时间。无论是采用300t架桥机吊装或在墩位上用造桥机灌注,均可行,且造价也较低廉,见表1。
1.2 结构设计
(1)结构布置
铁路40m PPC 简支箱梁,每双线孔由2片独立箱组成,有碴有枕,按部分预应力A 类构件设计。箱梁全长40.6m,计算跨度为40m。梁高2.8m,另内外挡碴墙分别高0.1m和0.3m。箱梁顶宽为3.9m,厚0.2m。腹板中到中2m,距跨中左右各16m范围内腹板厚0.18m,距支点0.3m处腹板变厚为0.44m。跨中底宽2.18m,厚0.17m;端部底宽2.44m,厚0.4m,其变化与腹板一致。在箱梁两端支点处各设1道横隔板,板厚0.6m。
表1
序号 |
项 |
单位 |
箱梁 |
T梁 |
1 |
跨 |
m |
40 |
40 |
2 |
梁 |
m |
2.8 |
2.9 |
3 |
600号混凝土(箱梁2片/T梁4片) |
m3 |
205.4 |
218.0 |
4 |
钢 绞 线 |
t |
12.9 |
17.8 |
5 |
钢 |
t |
27.0 |
22.0 |
6 |
其他钢材 |
t |
1.5 |
5.0 |
7 |
每片吊重 |
t |
270.0 |
134.0 |
8 |
架梁吊机类型 |
|
300t架桥机 |
160t架桥机 |
9 |
技术设计概算 |
万元 |
82.5 |
85.8 |
10 |
参考定额造价(1995年基价) |
万元 |
72.5 |
81.4 |
注:造价含各项费率及利税。
(2)预应力体系
纵向预应力采用7φ5低松弛钢绞线,极限抗拉强度为1900MPa,直线梁每片对称布置20束,曲线梁布置21束。采用YCD16O 型千斤顶及TM15-7 型锚具,两端张拉;管道采用φ内60mm、φ外67mm波纹管制孔。
(3)普通钢筋
桥面横向受力钢筋采用φ12mm间距10cm,上下网之间设拉筋。腹板箍筋采用φ10mm,支点附近间距10cm,跨中间距15cm。每腹板内外网之间加拉筋。底板横向钢筋采用φ10mm,间距10cm,上下网之间设拉筋,纵向构造筋采用φ8mm。
(4)混凝土强度等级
梁体混凝土强度等级为C60,封端为微膨胀混凝土C50,管道压浆的水泥强度为52.5,水灰比不大于0.4。每片梁重270t。
2 预制场布置
以某桥预制38片箱梁为例,设80mx205m 预制场1处,布置在铁路引桥墩位下游侧。场内设有3个制梁台座(其中1个兼作检验台座),6个存梁台座和1座提升站。机械设备配有跨铁路引桥的2台跨度44m、高度40m(净跨42m、净高36m)的150t龙门吊机,负责移梁、提升和架梁用;在其下游侧设1台100kNm的高塔吊,供制梁用;在存梁台座与铁路引桥之间铺设1条箱梁运输线,设2台150t运梁台车,用牵引车或卷扬机牵引。
3 箱梁预制
3.1模板设计
为适应该梁结构布置的特点,即箱梁外面平整,而箱内中间尺寸大(182cmx248 cm ),两端小,端横隔板开孔仅为70cmx135cm,外模采用整体式钢模,钣厚8mm,模架分8m一段制造,栓接组拼,接缝不设橡胶垫,要求对接严密,错台小于1mm,以利梁体外观平整光洁,外模上挂有6台附着式振动器,用以配合混凝土灌注;内模采用组合钢模,固定内模的骨架用螺纹丝杆支撑的活动可拆式结构,每5片骨架组成一个内模单元,整体吊装就位,然后栓接,形成箱梁内模。箱梁混凝土灌注后,内模散拆,运出箱外。为防止内模上浮,在内外模间设防浮结构。
模板拉杆设两层,底层用Ф28mm圆钢制成,位于台座下预留孔中。顶层拉杆用20号槽钢制成,槽钢底面距梁顶1cm,既做拉杆,又做施工平台。拉杆位置与外模架位置相对应,间距85cm。
箱梁顶设混凝土灌注小车,小车走道设在灌注支架上。
一套模板钢料设计量为89.1t(其中底模占15%、外模占60%、内模占25%),木材约10m3。施组按3个制梁台座配备底模3套、外模2套、内模3套,38片箱梁共用木料130m3。3个台座月生产量为4~7片。
3.2 混凝土施工
箱梁采用一次性整体灌注,纵向分段,水平分层,由中间向两端台阶形的灌注方案,并控制混凝土的灌注厚度,每层30cm。其灌注顺序为先底板(一般长度为20m),然后灌注腹板和顶板,最后灌注挡碴墙,依次向前推进。
底板混凝土由顶板开洞下料,腹板、顶板及挡碴墙直接下料。底板混凝土灌注完后,及时封盖好底板开口处,以免灌注腹板混凝土时,混凝土向上外溢。梁体混凝土灌注速度要快,混凝土供应量不能小于13m3/h,灌注时间一般控制在7~9小时(实际最快为8.5小时,70%在10~12小时),以免层间胶结不良,形成混凝土分层痕迹。
混凝土振捣。底、顶板混凝土全靠插入式振动器振捣;腹板则用附着式和插入式振动器配合振捣,钢筋及波纹管密集处,用捣固铲人工捣固,配合附着式振动器振捣。另外,侧模处振捣要适度,避免表面出现气泡。至于外表美观,要靠砂石干净、模板光洁和使用良好的脱模剂来保证。
混凝土一般采用覆盖草袋连续浇水养护,冬季施工则采取蒸汽养护。
3.3 预施应力
混凝土养护达100%设计强度后,张拉预应力筋、压浆、封锚,然后将箱梁吊离制梁台座存放。鉴于部分预应力混凝土的理论与全预应力的概念的最大不同处,体现在预应力上应严格控制预应力度。为此,根据设计要求进行不同期龄混凝土强度和弹性模量的测试,以掌握梁体混凝土质量。在梁体正式张拉前,模拟实梁预应力孔道与锚口摩阻试验,以确定实际摩阻损失值。实测结果表明,上述各项指标均与设计相符。
3.4 静载试验
3.4.1 静载试验的目的
一是了解结构的承载能力,验证梁体在运营荷载作用下,结构的工作状态;二是验证结构设计的安全度和可靠性,检验梁体结构的制造质量。为此,对梁体进行常规静载弯曲抗裂试验,自重“三支点”试验,自重“三支点”状态下的静载弯曲抗裂试验。即测定各控制截面的正应力、剪应力、扭曲应力、翘曲应力、挠度变形、竖向位移以及梁体开裂情况。试验时间一般宜控制在对梁体施加预应力完成30天后进行,每30片箱梁抽检一次(片)。
3.4.2 试验设施
试验台座1个,必须具有足够刚性基础,以防止台座不均匀沉降造成梁体开裂;配置加力设备,由加力架、千斤架、油泵及油压表等组成。试验时,梁体通过4个加力架,采用8台100t油压千斤顶同时进行加载;设置临时支座4个,其中固定支座2个,由厚50mm钣和橡胶石棉垫组成,活动支座2个,由厚50mm钣和φ120mm滚轴组成。在每个临时支座下各设置1台500t油压千斤顶,用以调整4支点反力,并保证梁点4支点反力相等。静载试验参考定额基价,见表2。
4 箱梁架设
4.1
架桥机系自行设计,采用拆装式军用梁组拼为双导梁,桁高2.5m,宽2.0m,节间长2m,总长90 m,总重量约380t。其主要由主梁、起重天车、滑道、支承横梁、牵引设施、运梁台车6部份组成。架桥机前移时,主梁向桥中线收拢,牵引向前滑移。架梁时,将主梁撑开,搁于支承横梁,支承横梁两端支于墩帽顶立柱上,中间则支承在箱梁端部垫块上。
表2
工作内容:试验台座,加力架制安拆,静载试验及试验费。
项 |
单位 |
数量 |
||
重 |
t |
680.570 |
||
1995 |
合 |
元 |
150985.83 |
|
人 |
25290.70 |
|||
材 |
110798.86 |
|||
机械使用费 |
14896.27 |
|||
其 |
其他材料费 |
元 |
929.34 |
|
其他机械使用费 |
— |
|||
人工 |
定 |
工日 |
1136.15 |
|
机械台班 |
129.42 |
|||
水 |
定 |
t |
165.21 |
|
电 |
机械台班 |
kWh |
5674.35 |
4.2
40m箱梁架设是利用提升站2台150t龙门吊机和300t架桥机共同完成。其步骤是先用梁场2台150t龙门吊机架好3孔箱梁,在其上拼装架桥机,架桥机拼装完成后,经检查各系统运行状态确保一切正常→收拢主梁纵移→变主梁纵向滑道支承为支承横梁支承→撑开主梁就位于待架孔,处于待架状态→与此同时,运梁台车将梁体运至架桥机尾部→利用2台起重天车沿架桥机吊梁至待架桥跨落梁。每一循环架设每跨(孔)2片箱梁,如此重复直至架梁完成,架桥机拆除。每片箱梁从运梁至架设的全过程,平均约需35小时(其中架梁12.3小时)。