加強(qiáng)貝雷拼裝鋼導(dǎo)梁技術(shù)在頂推施工中的應(yīng)用

屈 曉 力

(中鐵一局集團(tuán)第四工程有限公司,陜西 咸陽 712000)

1 工程概況

某鐵路跨既有特大橋44號墩～49號墩之間采用5×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁斜交跨越既有鐵路，連續(xù)梁與既有鐵路斜交角度為19° 30′ 00″，交點(diǎn)中心里程DK86+185，連續(xù)梁位于R=5 500的圓曲線上，橋縱坡-9.3‰，橋梁跨度為(20.05+20+20+20+20.05)m，支座中心線至梁端0.55 m，連續(xù)梁全長為101.2 m。梁體結(jié)構(gòu)：全橋采用等高截面(梁高2.0 m、箱梁頂寬12.2 m、底寬5.643 m)。截面采用單箱單室斜腹板形式。連續(xù)梁施工時(shí)采用梁體旁位現(xiàn)澆、頂推法施工。施工前在主梁的前后部安裝鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)梁。

2 采用貝雷拼裝做導(dǎo)梁需解決的技術(shù)問題

1)滿足貝雷梁在頂推過程中產(chǎn)生的負(fù)彎矩對混凝土梁體沒有危害。

2)滿足貝雷梁在頂推過程中導(dǎo)梁可以最大化的減小頂推時(shí)混凝土的施工內(nèi)力。

3)導(dǎo)梁豎向剛度和水平剛度滿足施工要求、不因施工的重復(fù)性而使貝雷梁銷接間隙過大，而使導(dǎo)梁下彎，撓度發(fā)生較大的變化。

4)解決導(dǎo)梁的不能循環(huán)利用、一次性投入、用完報(bào)廢，應(yīng)使其可再利用，形成周轉(zhuǎn)。

3 貝雷拼裝導(dǎo)梁的設(shè)計(jì)

根據(jù)某鐵路橋設(shè)計(jì)圖紙，采用MIDAS建模及分析：

1)荷載分析：梁體混凝土共964 m3，總重約2 500 t。計(jì)算過程中，在模型中施加重力荷載及預(yù)應(yīng)力荷載(只加載頂板束、底板束及臨時(shí)束荷載)。

2)邊界條件：分析時(shí)主要考核支座反力的情況，故支座用彈性節(jié)點(diǎn)模擬，豎向剛度1 000 t/mm，水平剛度0.001 t/mm。

采用Midas-Civil進(jìn)行有限元分析計(jì)算，模型見圖1。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果表明：采用導(dǎo)梁貝雷拼裝梁(一邊4排共8排、梁長5 m、前三節(jié)采用加強(qiáng)型(高抗彎高抗剪)貝雷片)作為導(dǎo)梁，恒載、預(yù)應(yīng)力等荷載作用下頂推過程中各施工階段的受力狀態(tài)是完全滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范及使用的要求。貝雷拼裝導(dǎo)梁具體布置如圖2所示。

4 貝雷拼裝導(dǎo)梁施工過程中的應(yīng)力、位移、屈曲模擬分析

根據(jù)導(dǎo)梁設(shè)計(jì)建模過程中，單側(cè)導(dǎo)梁共1 845個(gè)單元，同時(shí)頂推一次前進(jìn)1.5 m，共計(jì)頂推前進(jìn)101.4 m，大約需要頂推67個(gè)循環(huán)，在該種施工環(huán)境下主梁和鋼導(dǎo)梁共有67組受力狀態(tài)和應(yīng)力水平，結(jié)合設(shè)計(jì)過程中模型的分析，導(dǎo)梁在以下7個(gè)循環(huán)過程中屬于最不利工況，具體應(yīng)力、位移參見表1，屈曲分析參見表2。

表1 導(dǎo)梁在最不利工況下的應(yīng)力位移分析統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)模型模擬分析表明，需要指出的是，在構(gòu)件的應(yīng)力驗(yàn)算比分析中，由于構(gòu)件的端部彎矩作用，有的構(gòu)件組合應(yīng)力比較大，而軸向應(yīng)力的驗(yàn)算比僅是組合應(yīng)力驗(yàn)算比的一半左右。實(shí)際結(jié)構(gòu)存在節(jié)點(diǎn)板，桿端尺寸要遠(yuǎn)大于實(shí)際構(gòu)件尺寸，如果考慮此有利作用，實(shí)際應(yīng)力將遠(yuǎn)小于計(jì)算應(yīng)力。

上述導(dǎo)梁、應(yīng)力驗(yàn)算比，以及屈曲穩(wěn)定性模擬分析計(jì)算表明，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)安全可行。

表2 導(dǎo)梁在各種最不利工況下的10種模態(tài)下屈曲分析統(tǒng)計(jì)

5 貝雷片陰陽接頭的局部檢算

導(dǎo)梁是由貝雷片拼接而成，陰陽接頭較多，而陽頭處削弱較多，為最不利部分。通過各頂推過程中導(dǎo)梁的受力分析可得，各個(gè)陽頭中的最大軸拉力為320 kN，陽頭構(gòu)件的削弱部位板厚77 mm，內(nèi)有50 mm開孔(見圖3)。

軸向應(yīng)力：σ=320×1 000/(50×77)MPa=83.1 MPa<[σ]=200 MPa，滿足設(shè)計(jì)、施工規(guī)范要求。

6 導(dǎo)梁的安裝

導(dǎo)梁安裝分預(yù)埋件安裝和整體剩余導(dǎo)梁的安裝：

1)預(yù)埋件安裝：預(yù)埋件安裝需在連續(xù)梁綁扎端橫隔板鋼筋時(shí)對其進(jìn)行精確定位，按照導(dǎo)梁設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)置錨固鋼筋，錨固鋼筋與梁體鋼筋采用焊接連接(導(dǎo)梁預(yù)埋件位置布置見圖4)。梁體混凝土澆筑前，先安裝第一節(jié)導(dǎo)梁，以保證預(yù)埋位置準(zhǔn)確無誤。

2)整體剩余導(dǎo)梁的安裝：等梁體張拉完后整體吊裝安裝。

3)導(dǎo)梁的縱向高程偏差、中線偏差及底面橫向高差均不能大于1 mm。

7 頂推施工

在跨既有鐵路特大橋5×20 m連續(xù)梁頂推施工過程中，通過對導(dǎo)梁全過程進(jìn)行監(jiān)控、監(jiān)測，所得出的施工過程中導(dǎo)梁的應(yīng)力、應(yīng)變、位移具體如表3所示。

表3 導(dǎo)梁在最不利工況下的實(shí)際應(yīng)力、位移統(tǒng)計(jì)表

各項(xiàng)指標(biāo)均與設(shè)計(jì)吻合同時(shí)導(dǎo)梁指標(biāo)均受控，梁體端頭混凝土未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

8 導(dǎo)梁拆除

采用汽車吊吊裝拆除導(dǎo)梁，同時(shí)切除預(yù)埋件外露部分，然后進(jìn)行混凝土封錨。

9 結(jié)語

采用加強(qiáng)貝雷拼裝鋼導(dǎo)梁作為頂推施工過程中的導(dǎo)梁，通過施工前的設(shè)計(jì)和施工過程中的監(jiān)控檢測完全吻合，同時(shí)實(shí)際檢測發(fā)現(xiàn)貝雷梁作為導(dǎo)梁：在頂推過程中產(chǎn)生的負(fù)彎矩對混凝土梁體并無危害；再有通過利用支反力的控制減小貝雷梁在頂推過程中導(dǎo)梁可以最大化的減小頂推時(shí)混凝土的施工內(nèi)力；還有在導(dǎo)梁豎向剛度和水平剛度滿足施工要求的情況下、不因施工的重復(fù)性而使貝雷梁銷接間隙過大，而使導(dǎo)梁下彎，撓度發(fā)生較大的變化；最后解決導(dǎo)梁在施工完成后的周轉(zhuǎn)使用問題，從而降低施工成本。具有施工簡單、提高功效、節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)，為以后臨時(shí)結(jié)構(gòu)選用方法提供新的思路和施工經(jīng)驗(yàn)。