CN107905109A - 跨越式桥梁现浇平台模拟等荷载分段预压施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨越式桥梁现浇平台模拟等荷载分段预压施工方法，属于现浇混凝土桥梁预压技术领域，用于解决桥梁采用钢管桩+贝雷梁作为支撑体系时，逐跨分时预压不能模拟实际工况而全桥同时预压成本高的问题。本发明采用Midas civil进行建模计算，能提前分析支架变形情况，在进行逐跨预压加载时，有针对性的进行荷载布置，以等效全跨加载，实现了逐跨预压模拟全跨预压的目的，该方法由于可以反复使用有限的预压材料，从而大大降低了一次投入，缩短工期且节约成本。
Description
技术领域
本发明属于现浇混凝土桥梁支架预压技术领域，具体来说，是适用于采用钢管柱和贝雷梁作为支撑体系的现浇连续梁桥的支架分段预压施工方法。
背景技术
随着我国基础设施建设不断迅速推进，大量现浇桥梁建设需要搭设支架，而预压实验是检验现浇桥梁支架安全，以及消除相关非弹性变形的重要环节。为了减少支架搭设量，通常采用钢管柱和贝雷梁形成的跨越式支架作为桥梁现浇施工的支撑体系。
针对大跨度连续梁桥，支架预压可分为全桥同时预压和逐垮分时预压，全桥同时预压能较好模拟实际工况，效果好，但需要大量预压材料，施工组织难度较大，成本高。为此，施工现场通常采用逐跨预压来代替全跨同时预压，然而，逐跨分时预压在针对满堂型支架时效果较好，但针对钢管柱和贝雷梁这类跨越式支架时，通过受力分析，逐跨预压所得到的荷载效应与实际情况偏差大，特别是支反力严重偏小，对于贝雷梁这种主要受剪控制的结构，容易造成较大的安全与质量隐患。
发明内容
针对现有技术存在的大量桥梁采用钢管桩+贝雷梁作为支撑体系时，采用逐跨分时预压并不能模拟实际工况，采用全桥同时预压又存在成本高的问题，本发明提供一种既能模拟实际工况，又能降低预压成本的跨越式桥梁现浇平台模拟等荷载分段预压施工方法。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种跨越式桥梁现浇平台模拟等荷载分段预压施工方法，包括如下步骤：
A、施工准备
收集桥梁设计信息，进行桥梁支架体系布置与计算分析，组织施工技术人员熟悉施工图，熟悉技术规范，做好开工前的技术交底工作；
B、预压荷载布置施工设计
B1、临时支架设计
跨越式支架采用钢管柱支撑贝雷梁的结构，单层贝雷梁浇筑设置跨度在12m～15m，在贝雷梁上设置工字钢横向分配梁，再搭设WDJ碗扣支架，WDJ碗扣支架顶上设置横向分配方木，方木上方采用钢管纵向分配或直接采用钢板，方木上采用竹胶板，桥墩中心位置外翼缘板采用在墩柱上预埋工字钢托架的方式支撑工字钢横向分配梁，再在贝雷梁上搭设碗扣支架体系；
B2、计算分析
采用Midas civil针对临时支架结构进行分析，计算出结构内力以及支点反力；
C、荷载模拟
根据工程类别以及载荷规范对永久载荷和可变载荷组合取值；
D、支架平台体系搭设
支架平台的搭设应根据现场实际情况确定的施工方案进行，保证工程结构和构件的位置、形状、尺寸符合设计要求，具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能承受模拟荷载的重量以及施工过程中所产生的荷载；
底模板的安装应注意根据荷载试验情况以及设计要求设置预拱度；
E、模拟加载程序
浇筑前应按照规范要求进行超载预压检测支架模板体系的承载能力，超载预压遵循施工方案确定加载顺序，并制定监控措施，加强施工监控，监测结构弹性变形以及消除非弹性变形；
E1试验条件：平台安装完成后按照施工规范及设计方案进行检查验收合格后才能进行，模拟荷载试验工艺参考施工规范进行分级加载；
E2荷载取值：加载时应根据按照工况计算得出的最大荷载工况进行加载，预压重量为最大计算工况荷载的120%；
E3模拟荷载流程：
（1）支架预压加载分三级进行，依次施加荷载为节段单元预压荷载值的60%、80%和100%，其中节段单元预压荷载值为最大荷载工况的1.2倍；
（2）预压加载时，横向从中线向两侧对称加载；
（3）每级加载完成后，每间隔10-12小时对支架沉降量进行监测，当支架测点连续2次沉降差平均值小于2mm时，方可继续加载；
（4）加载至节段单元预压荷载值的120%后，当各点沉降量平均值小于1mm或连续3次各点沉降量平均值累计小于5mm后方可进行一次性卸载，卸载采用对称、均衡、同步卸载；
F、测点布置：
变形观测点的布置应符合下列规定：
（1） 当结构跨径不超过40m时，沿结构的纵向每隔1/4跨径布置一个观测断面；当结构跨径大于40m时，纵向相邻观测断面之间距离不的大于10m；
（2） 每个观测断面上的观测点应不少于5个，且对称布置；
（3） 每组观测点应在支架顶部和支架底部对应位置上布设；
G、实施加载：
按照支架布置多跨连续结构，底板模板安装完成后开始荷载试验；
首先全桥预压布置载荷进行分析，测得现浇支架平台在预压荷载下，各跨的最大弯距及支点处的支座弯距；
然后单独对每个单跨或单支点模拟进行等效载荷预压加载，得到每个单跨加载时的最大弯距或每个单支点加载时的支座弯距，调整等效载荷使单跨加载时的最大弯距等于全桥预压时该垮测得的最大弯距或使单支点加载时的支座弯距等于全桥预压时该支点测得的支座弯距；
H、记录
根据实测数据，结合设计梁底标高和预拱度值，做如下数值记录：
梁底立模标高=设计梁底标高+；
其中，是支架非弹性变形值，是支架弹性变形值，是预压前支架标高，是加载后支架标高，为卸载后支架标高；
弹性变形按照二次抛物线进行设置预抛量；
I、混凝土浇筑
浇筑混凝土时，按照步骤F中测点布置进行观测验证；
做好钢管立柱之间连接，按照施工设计与墩柱连接，增加平面外稳定约束。
进一步限定，所述步骤C中，所述荷载模拟按照如下三种情况分别计算：
计算支架构件强度时，荷载设计值=；
120%预压荷载计算支架构件强度时，荷载设计值=；
计算支架构件变形时，荷载设计值=；
其中Q1为支架体系自重，Q2为钢筋混凝土自重，Q3为施工人员、施工料具堆放、运输荷载，Q4为浇筑和振捣混凝土时产生的荷载，Q5为上部支架体系荷载；
其中所述支架结构自重包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、支撑和扣件的自重。
进一步限定，步骤G中，单独对每个单跨或单支点进行等效载荷加载时按照如下步骤进行：
首先根据等效荷载对第一支点和第二支点之间的第一跨进行加载，待变形稳定后，收集并得到现浇支架平台在预压荷载下该垮的最大弯距，然后将预压载荷移至第二支点顶；
接着对第二支点顶进行预压，待第二支点变形稳定后，收集并得到现浇支架平台在预压荷载下第二支点加载时的支座弯距，然后将预压载荷移至第二支点和第三支点之间的第二跨，并在第二跨上继续进行预压试验；
重复上述过程，直到从桥梁一侧到另一侧每垮和每个支点都完成预压加载为止。
进一步限定，步骤I中，浇筑混凝土时，应避免浇筑时间过长，在混凝土配合比设计时充分考虑其缓凝性，注意留下同条件养护试验试块，对同期混凝土强度、弹性模量等指标进行测试，混凝土应由跨中向两侧水平分层进行浇筑，分层厚度不宜大于30cm。
本发明相比现有技术，具有如下有益效果：
1、采用Midas civil进行建模计算，能提前分析支架变形情况，在进行逐跨预压加载时，有针对性的进行荷载布置，以等效全跨加载，实现了逐跨预压模拟全跨预压的目的。
2、全桥逐跨预压，消除了各跨支架的非弹性变形，为后期桥梁施工线型控制提供帮助。
3、缩短预压施工时间，节约预压材料：逐跨预压采用等效荷载模拟预压施工工法，与一次预压投入材料相比，投入材料减少，预压时间减少，使用设备台班减少，经济效益十分明显。
4、安全可靠，降低施工难度：由于材料分段等效荷载方式预压，可以准确模拟实际工况，且减少预压材料，降低施工组织难度。
5、节能环保，绿色施工：降低材料使用量，废弃材料减少，节能环保。
附图说明
图1为桥梁现浇平台全跨预压荷载效应示意图；
图2为第一支点和第二支点之间的桥跨荷载试验示意图；
图3为第二支点荷载试验示意图；
图4为第二支点和第三支点之间的桥跨荷载试验示意图。
图中对应标示分别为：1-钢管柱，2-贝雷梁，3-工字钢横向分配梁，4-工字钢托架，5-预压荷载。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
一种跨越式桥梁现浇平台模拟等荷载分段预压施工方法，包括如下步骤：
1、施工准备
收集桥梁设计信息，进行桥梁支架体系布置与计算分析，组织施工技术人员熟悉施工图，熟悉技术规范，熟悉技术规范，做好开工前的技术交底工作。
施工工艺应与设计院做好沟通，同时施工工艺应征求监理、业主单位意见，组织研讨会，初步确定施工工艺。
2、预压荷载布置施工设计
21、临时支架设计
跨越式支架采用钢管柱1支撑贝雷梁2的结构，单层贝雷梁2浇筑设置跨度在12m～15m，为了便于调坡，在贝雷梁2上设置工字钢横向分配梁3，再搭设WDJ碗扣支架，WDJ碗扣支架顶上设置横向分配方木，方木上方采用φ48×3.5mm钢管纵向分配或直接采用钢板，方木上采用竹胶板，桥墩中心位置外翼缘板采用在墩柱上预埋工字钢托架4的方式支撑工字钢横向分配梁3，再在贝雷梁2上搭设碗扣支架体系。
22、计算分析
采用Midas civil针对临时支架结构进行分析，计算出结构内力以及支点反力。
3、荷载模拟
根据工程类别以及载荷规范对永久载荷和可变载荷组合取值，计算时可参考《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》JGJ166相关规定进行。
所述荷载模拟按照如下三种情况分别计算（荷载标准值均取1.0kN/m2）：
计算支架构件强度时，永久荷载的风险系数取1.2，可变荷载的分项系数取1.4，因此：
荷载设计值=
120%预压荷载计算支架构件强度时，荷载设计值=。
计算支架构件变形时，永久荷载和可变荷载的分项系数均取1.4，因此：
荷载设计值=
其中Q1为支架体系自重，Q2为钢筋混凝土自重，Q3为施工人员、施工料具堆放、运输荷载，Q4为浇筑和振捣混凝土时产生的荷载，Q5为上部支架体系荷载。
其中所述支架结构自重包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、支撑和扣件的自重。
4、支架平台体系搭设
支架平台的搭设应根据现场实际情况确定的施工方案进行，保证工程结构和构件的位置、形状、尺寸符合设计要求，具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能承受模拟荷载的重量、侧压力以及施工过程中所产生的荷载，做到不变形、不破坏、不倒塌。
底模板的安装应注意根据荷载试验情况以及设计要求设置预拱度。
5、模拟加载程序
浇筑前应按照规范要求进行超载预压检测支架模板体系的承载能力，超载预压遵循施工方案确定加载顺序，并制定监控措施，加强施工监控，监测结构弹性变形以及消除非弹性变形。
51试验条件：平台安装完成后按照《钢结构工程施工规范》GB50755施工规范及设计方案进行检查验收合格后才能进行，模拟荷载试验工艺参考《钢管满堂支架预压技术规程》JGJT 194规范进行施工规范进行分级加载。
52荷载取值：加载时应根据按照工况计算得出的最大荷载工况进行加载，预压重量为最大计算工况荷载的120%。加载可以采用预制混凝土块或砂袋、水袋等。
53模拟荷载流程：
（1）支架预压加载分三级进行，依次施加荷载为节段单元预压荷载值的60%、80%和100%，其中节段单元预压荷载值为最大荷载工况的1.2倍。
（2）预压加载时，横向从中线向两侧对称加载。
（3）每级加载完成后，每间隔10-12小时对支架沉降量进行监测，当支架测点连续2次沉降差平均值小于2mm时，方可继续加载。
（4）加载至节段单元预压荷载值的120%后，当各点沉降量平均值小于1mm或连续3次各点沉降量平均值累计小于5mm后方可进行一次性卸载，卸载采用对称、均衡、同步卸载。
6、测点布置：
变形观测点的布置应符合下列规定：
（1） 当结构跨径不超过40m时，沿结构的纵向每隔1/4跨径布置一个观测断面；当结构跨径大于40m时，纵向相邻观测断面之间距离不的大于10m。
（2） 每个观测断面上的观测点应不少于5个，且对称布置。
（3） 每组观测点应在支架顶部和支架底部对应位置上布设。
7、实施加载：
按照支架布置多跨连续结构，以四垮连续结构为例，底板模板安装完成后开始荷载试验。
如图1所示，首先全桥布置预压载荷5进行分析，测得现浇支架平台在预压荷载5下，各跨的最大弯距M1~M4及支点处的支座弯距R1~R5。
然后单独对每个单跨或单支点模拟进行等效载荷预压加载，得到每个单跨加载时的最大弯距或每个单支点加载时的支座弯距，调整等效载荷使单跨加载时的最大弯距等于全桥预压时该垮测得的最大弯距或使单支点加载时的支座弯距等于全桥预压时该支点测得的支座弯距。
如图2~图4所示，每个单跨或单支点进行等效载荷加载时按照如下步骤进行：
（1）首先根据等效荷载对第一支点和第二支点之间的第一跨进行加载，待变形稳定后，收集并得到现浇支架平台在预压荷载下该垮的最大弯距，然后将预压载荷5移至第二支点顶。
（2）接着对第二支点顶进行预压，待第二支点变形稳定后，收集并得到现浇支架平台在预压荷载下第二支点加载时的支座弯距，然后将预压载荷5移至第二支点和第三支点之间的第二跨，并在第二跨上继续进行预压试验。
（3）重复上述过程，直到从桥梁一侧到另一侧每垮和每个支点都完成预压加载为止。
采用上述方式进行预压，能够减少荷载试验材料，提高荷载试验功效，每次预压荷载5的移动采用吊机完成。
8、记录
根据实测数据，结合设计梁底标高和预拱度值，做如下数值记录：
梁底立模标高=设计梁底标高+
其中，是支架非弹性变形值，是支架弹性变形值，是预压前支架标高，是加载后支架标高，为卸载后支架标高。
预压观测记录表可参照《钢管满堂支架预压技术规程》（JG/T194）附表进行。
弹性变形按照二次抛物线进行设置预抛量。
9、混凝土浇筑
浇筑混凝土时，按照步骤6中的测点布置进行观测验证。
由于受压构件主要为稳定性控制，务必做好钢管立柱之间连接，并且按照施工设计与墩柱连接，增加平面外稳定约束。
浇筑混凝土时，应避免浇筑时间过长，导致后浇混凝土对先浇筑混凝土的影响，在混凝土配合比设计时充分考虑其缓凝性，注意留下同条件养护试验试块，对同期混凝土强度、弹性模量等指标进行测试，混凝土应由跨中向两侧水平分层进行浇筑，分层厚度不宜大于30cm。
应用实例1：
重庆南川至贵州道真高速公路重庆段（TJ2工区）工程山王坪互通式立交主线桥为四跨连续现浇梁桥，其中为（26+2*31+26）m变宽度连续箱梁，混凝土量约1500m³，右幅桥为4*31米等宽度预应力连续箱梁，混凝土量约1000 m³。
连续箱梁采用单箱多室截面，箱梁采用等高1.7米，箱梁顶板厚度25cm，底板厚度22cm，边腹板厚度50cm，中腹板厚度50cm。箱梁采用一次浇筑成型，跨越式支架采用钢管柱支撑单层不加强型贝雷梁，搭设高度约20米。该工程采用了本申请的方法后，相比常规施工方法计划投入1500t吨位袋进行预压，节约预压材料700t，减小一次吊装工作量，不断将前端预压荷载拆离至前端，减少了预压材料的立体吊装距离，提高工效，在本工程中预计节约15万元。
应用实例2
云阳县新县城车检所至杨沙道路及管网工程位于云阳亮水坪组团，其中云江大桥左、右幅分离的等高直腹板普通钢筋混凝土箱梁桥，为单箱双室截面。左幅桥上部结构共两联，为（4×20）+（4×20）布置，桥长160米；右幅上部结构共三联。为（4×20）+（4×20）+（3×20）布置，桥长220米。
由于桥下为深沟，工程采用钢管桩+贝雷梁支撑作为临时支撑架，本桥梁通过结构仿真软件对临时支架受力进行建模分析，得出跨越式现浇支架平台每垮荷载以及支点位置布置荷载大小，在进行预压试验时，合理利用等效原则，单独针对每垮或单支点等效荷载进行加载。
原计划需要预压材料2340余吨，现只需要原计划的60%，按每吨材料到达预压点需要106元（场外运输费、垂直运输费、配合工人人工费、塔吊台班费等）计算，在不考虑预压完成后，预压材料的处理费用的情况下，节约费用99216元。
以上对本发明提供的跨越式桥梁现浇平台模拟等荷载分段预压施工方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种跨越式桥梁现浇平台模拟等荷载分段预压施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、施工准备
收集桥梁设计信息，进行桥梁支架体系布置与计算分析，组织施工技术人员熟悉施工图，熟悉技术规范，做好开工前的技术交底工作；
B、预压荷载布置施工设计
B1、临时支架设计
跨越式支架采用钢管柱支撑贝雷梁的结构，单层贝雷梁浇筑设置跨度在12m～15m，在贝雷梁上设置工字钢横向分配梁，再搭设WDJ碗扣支架，WDJ碗扣支架顶上设置横向分配方木，方木上方采用钢管纵向分配或直接采用钢板，方木上采用竹胶板，桥墩中心位置外翼缘板采用在墩柱上预埋工字钢托架的方式支撑工字钢横向分配梁，再在贝雷梁上搭设碗扣支架体系；
B2、计算分析
采用Midas civil针对临时支架结构进行分析，计算出结构内力以及支点反力；
C、荷载模拟
根据工程类别以及载荷规范对永久载荷和可变载荷组合取值；
D、支架平台体系搭设
支架平台的搭设应根据现场实际情况确定的施工方案进行，保证工程结构和构件的位置、形状、尺寸符合设计要求，具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能承受模拟荷载的重量以及施工过程中所产生的荷载；
底模板的安装应注意根据荷载试验情况以及设计要求设置预拱度；
E、模拟加载程序
浇筑前应按照规范要求进行超载预压检测支架模板体系的承载能力，超载预压遵循施工方案确定加载顺序，并制定监控措施，加强施工监控，监测结构弹性变形以及消除非弹性变形；
E1试验条件：平台安装完成后按照施工规范及设计方案进行检查验收合格后才能进行，模拟荷载试验工艺参考施工规范进行分级加载；
E2荷载取值：加载时应根据按照工况计算得出的最大荷载工况进行加载，预压重量为最大计算工况荷载的120%；
E3模拟荷载流程：
（1）支架预压加载分三级进行，依次施加荷载为节段单元预压荷载值的60%、80%和100%，其中节段单元预压荷载值为最大荷载工况的1.2倍；
（2）预压加载时，横向从中线向两侧对称加载；
（3）每级加载完成后，每间隔10-12小时对支架沉降量进行监测，当支架测点连续2次沉降差平均值小于2mm时，方可继续加载；
（4）加载至节段单元预压荷载值的120%后，当各点沉降量平均值小于1mm或连续3次各点沉降量平均值累计小于5mm后方可进行一次性卸载，卸载采用对称、均衡、同步卸载；
F、测点布置：
变形观测点的布置应符合下列规定：
（1） 当结构跨径不超过40m时，沿结构的纵向每隔1/4跨径布置一个观测断面；当结构跨径大于40m时，纵向相邻观测断面之间距离不的大于10m；
（2） 每个观测断面上的观测点应不少于5个，且对称布置；
（3） 每组观测点应在支架顶部和支架底部对应位置上布设；
G、实施加载：
按照支架布置多跨连续结构，底板模板安装完成后开始荷载试验；
首先全桥预压布置载荷进行模拟分析，测得现浇支架平台在预压荷载下，各跨的最大弯距及支点处的支座弯距；
然后单独对每个单跨或单支点模拟进行等效载荷预压加载，得到每个单跨加载时的最大弯距或每个单支点加载时的支座弯距，调整等效载荷使单跨加载时的最大弯距等于全桥预压时该垮测得的最大弯距或使单支点加载时的支座弯距等于全桥预压时该支点测得的支座弯距；
H、记录
根据实测数据，结合设计梁底标高和预拱度值，做如下数值记录：
梁底立模标高=设计梁底标高+；
其中，是支架非弹性变形值，是支架弹性变形值，是预压前支架标高，是加载后支架标高，为卸载后支架标高；
弹性变形按照二次抛物线进行设置预抛量；
I、混凝土浇筑
浇筑混凝土时，按照步骤F中测点布置进行观测验证；
做好钢管立柱之间连接，按照施工设计与墩柱连接，增加平面外稳定约束。
2.根据权利要求1所述的跨越式桥梁现浇平台模拟等荷载分段预压施工方法，其特征在于，所述步骤C中，所述荷载模拟按照如下三种情况分别计算：
计算支架构件强度时，荷载设计值=；
120%预压荷载计算支架构件强度时，荷载设计值=；
计算支架构件变形时，荷载设计值=；
其中Q1为支架体系自重，Q2为钢筋混凝土自重，Q3为施工人员、施工料具堆放、运输荷载，Q4为浇筑和振捣混凝土时产生的荷载，Q5为上部支架体系荷载；
其中所述支架结构自重包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、支撑和扣件的自重。
3.根据权利要求1所述的跨越式桥梁现浇平台模拟等荷载分段预压施工方法，其特征在于，步骤G中，单独对每个单跨或单支点进行等效载荷加载时按照如下步骤进行：
首先根据等效荷载对第一支点和第二支点之间的第一跨进行加载，待变形稳定后，收集并得到现浇支架平台在预压荷载下该垮的最大弯距，然后将预压载荷移至第二支点顶；
接着对第二支点顶进行预压，待第二支点变形稳定后，收集并得到现浇支架平台在预压荷载下第二支点加载时的支座弯距，然后将预压载荷移至第二支点和第三支点之间的第二跨，并在第二跨上继续进行预压试验；
重复上述过程，直到从桥梁一侧到另一侧每垮和每个支点都完成模拟预压为止。
4.根据权利要求1所述的跨越式桥梁现浇平台模拟等荷载分段预压施工方法，其特征在于，步骤I中，浇筑混凝土时，应避免浇筑时间过长，在混凝土配合比设计时充分考虑其缓凝性，注意留下同条件养护试验试块，对同期混凝土强度、弹性模量等指标进行测试，混凝土应由跨中向两侧水平分层进行浇筑，分层厚度不宜大于30cm。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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