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基于桥梁顶推施工的导梁控制技术分析

2019-06-18汪立龙

中国住宅设施 2019年2期
关键词:技术要点桥梁

汪立龙

摘要:在桥梁工程中,顶推施工是一种常见的技术方案,其中导梁结构的设置是否合理,直接影响整个施工进程。本文结合工程案例,首先

指出顶推施工技术特点,然后分析了导梁偏移的原因,最后总结了导梁控制技术要点,以供参考。

关键词:桥梁;顶推施工;导梁控制;技术要点

顶推施工法,就是先对梁体进行浇筑或拼装,然后利用顶推设备实现纵向移动,最终促使梁体就位。近年来,国家在基础设施建设上的投入力度加大,顶推施工在桥梁工程中的应用更加普遍。现场施工中,如何精准控制导梁的移动方向和速度,成为技术人员关注的要点,也是影响施工成败的关键[1]。以下结合实践,探讨了基于有限元建模条件下的导梁控制技术。

1 工程概况

以国内某铁路桥梁工程为例,在铁路桩号为K1005+227处,采用3×32m的预应力混凝土连续箱梁实现跨越,主墩编号为85#、86#,桥梁和铁路的交叉角度约为85°。该桥梁工程建设采用顶推施工法,钢导梁材质选用Q345D钢板,截面形式是双工字型格构,总长度为20m,顶板、底板厚度均为24mm,腹板厚度为36mm。导梁和主梁的连接处,有5.9m采用等截面,高度为2.8m;其余14.1m采用变截面,高度为1.3m~2.8m。在导梁端部设置支座横梁,方便千斤顶进行顶升作业,边推移边抬高,促使梁体接触墩顶滑道。此外,导梁顶推过程中,对底部进行绝缘处理,能避免对已有线路造成影响。

2 桥梁顶推施工技术特点

2.1 适用范围

顶推施工法的施工节段一般在10m~30m之间,每个节段施工周期为7~10天,适用于[2]:1中等跨径的简支梁、连续梁、等截面梁、拱桥纵梁、斜拉桥主梁等。2跨越河谷、公路、铁路情况下,跨度在40m~80m的桥梁工程,孔跨数量一般不低于4 跨,单向顶推总长度在300m;双向顶推最长达到1000m。3 施工场地狭窄,工期紧张,大型架桥机等设备难以进入现场,或者周边交通不便的工程。4既有铁路钢梁结构更换时,不再使用钢结构梁体的工程。

2.2 技术优势

顶推施工法的应用,技术优势如下:1施工用地小,梁体的生产制作可以在工厂内完成,提高构件质量。2 预制梁体节段,能避免高空作业,方便现场施工管理,提高施工安全性。3机械设备简单,不需要大量的起吊机、脚手架,施工期间不会影响正常的交通。4设备、模板等可以循环使用,整个施工期间基本不会出现噪声,满足文明施工、节能环保的要求。

2.3 技术缺点

顶推施工法的应用,其技术缺点如下:1对桥梁结构的几何外形有限制,其中曲线型梁轴、变截面梁段、变坡度桥梁不适用。2顶推作业期间,桥跨结构的受力不断变化,以预应力钢筋为代表的原材料用量增多。3顶推施工最多有两个工作面,会限制施工速度,桥梁长度越大,施工进度越慢。4临时束多,张拉工序繁琐,跨径超过70m施工经济性差。

3 导梁偏移的原因分析

3.1 牵引力因素

顶推施工中,张拉牵引力要求梁体两侧同步进行,且张拉方向和力度大小保持一致。然而在实际作业中,受到参数设计、环境、设备、技术等因素的影响,张拉牵引力可能出现偏差[3]。如果梁体左侧牵引力大于右侧,那么导梁会向左偏移;如果梁体左侧牵引力小于右侧,那么导梁会向右偏移。

3.2 挠度因素

顶推施工中,导梁需要跨越一定跨度,本工程中为20m。导梁在顶推前移过程中,其悬臂长度会不断增加,在重力作用下会导致前端挠度过大。如此一来,导梁和另一侧滑道的对接不准确,从而引起偏移现象。

3.3 线形因素

对导梁进行顶推时,如果定位有误差,或者千斤顶控制有误差,梁体的纵向位置就会偏离原来的设计方向,促使导梁出现纵向偏差。张拉作业中,两侧千斤顶的参数设置有误,或者张拉不同步、方向或大小不一致,导梁在移动过程中就会出现横向偏移。

4 顶推施工中导梁控制技术要点

4.1 有限元建模

利用MidasCivil有限元软件,以施工图纸为准对整个桥梁结构进行建模,分析结构特征、受力特点、计算精度等,建成空间杆系模型。其中,主梁和导梁均采用空间梁单元,将主梁划分为47个单元,长度为1m,使用强度等级为C50的混凝土;导梁划分为22 个单元,使用强度等级为Q345的钢材。

为了分析導梁顶推施工中的偏移情况,选取不利状态下的工况进行比较。依据建立的有限元模型,对导梁顶推过程进行模拟,分析导梁和支架的受力变形特点,避免和实际情况出现偏差,提高现场施工的安全性。在不同工况下,计算导梁在顶推过程中的受力,考虑到临时支架失效的受力特点,以保证计算结果的全面性[4]。结果显示,临时支架、滑道的强度和变形情况,导梁的强度等指标,均满足规范标准和安全要求。

4.2 长度控制

依据以往施工经验,顶推施工时导梁的长度,一般按照顶推跨度的60%~80%进行控制[5]。本工程中,为了保证主梁安全受力,减少对下方铁路通行的干扰,导梁长度按照顶推跨径的1 倍进行控制。该桥梁顶推跨径为19.7m,分别选择12m、16m、20m三种长度方案进行比选,观察导梁、主梁在不利工况下的应力和变形情况。利用有限元软件,建立主梁、导梁有限元模型,计算最大悬臂时的工况。结果显示,导梁的应力较低,变形处于允许范围内,采用长度为20m的导梁,能保证顶推施工的安全性,避免出现偏差问题。

4.3 横向限位控制

在主梁前端设置导梁,随着千斤顶的拖拉作用,导梁、主梁会相应滑移。如果导梁发生偏移,那么主梁也会跟着偏移,因此必须对导梁进行限位控制。本工程中,结合现场实际情况,选用2 种横向限位装置,在施工中交替使用。第1 种限位钢板的厚度为20mm,由双工字钢组成,可对挡板进行横向加固,第2 种钢板挡板的厚度为20mm,是由φ28mm的圆钢、厚度为62mm的钢垫块组成。相比于第1 种,最大的优点是可减少导梁和限位装置之间的摩擦力,而且布置简单、成本更低。

4.4 结论

利用有限元软件建立导梁的力学模型,分析不利工况下临时墩的受力、主梁和导梁的变形等情况,可以为实际施工提供科学依据。计算主梁和导梁的应力比,能避免施工过程中结构出现损坏,提高顶推施工的精准度。

结语

综上所述,在桥梁工程中,顶推施工法应用普遍,虽然具有诸多技术优势,但也存在一些工艺缺点。本文结合实际案例,分析了导梁偏移的原因,主要是牵引力、挠度、线形三个因素的影响。利用有限元分析软件,对导梁进行建模,模拟顶推施工中的受力情况,能实现控制目标,提高施工安全性。

参考文献

[1]刘亚帅.基于桥梁顶推施工的导梁控制技术研究与应用[J].建筑技术开发,2018,(14):52-53.

[2]姚发海.大跨长联钢桁梁顶推关键技术[J].桥梁建设,2011,(2):1-4.

[3]封晓平.桥梁顶推法施工的现状及发展趋势[J].交通世界(下旬刊),2018,(9):122-123.

[4]高雷雷.多滑道顶推技术在大宽高比桥梁施工中的应用[J].施工技术,2018,(4):85-88.

[5]王晶.关于桥梁施工中顶推施工技术要点的思考[J].价值工程,2017,(26):131-132.

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