浅谈箱型拱桥贝雷拱架施工监控

时间:2022-10-23 01:05:24

浅谈箱型拱桥贝雷拱架施工监控

摘要:箱型拱桥是一种新型钢筋混凝土拱桥,因为其具有跨越能力大,造价低,无需高强材料,外观优美等优点,而且不断在山区高等级公路、城市道路的建设中得到广泛运用及推广。

箱型拱桥跨越深渊沟谷时,无法搭设满堂钢管架,一般采用贝雷片搭设拱架,为后期桥梁施工提供施工平台,因此,贝雷片拱架的安装质量及安全问题直接影响到后期桥梁施工,对贝雷片拱架进行施工监控,可保证桥梁能保质、安全、及时的完成。

关键词:箱型拱桥、贝雷拱架、应力、位移、线型、索力、监测

1、工程概况

印江至德江公路两河口大桥位于冷水河与六井溪交汇处(S303省道K102+470)。横跨冷水河,起于K102+414.6,止于K102+523.6处,桥型布置为:70m箱拱+2×13m的空心板,拱圈为等截面悬链线,矢跨比为1/5.5,拱轴系数m=1.756,为单箱二室断面,桥梁全长109m,桥面净宽:7+2×0.5m人行道,桥面全宽9m。引道为三级公路,印江岸起于K102+180,止于K102+414.6处,德江岸起于K102+523.6,止于K102+893.931处。

两河口大桥主孔为净跨70m的钢筋混凝土箱形拱,拱圈为等截面悬链线,矢跨比为1/5.5,拱轴系数m=1.756,为单箱二室断面。顶板厚度从印江岸拱脚至2号立柱及德江岸拱脚至13号立柱段为25cm,2号至13号立柱段为20cm。腹板厚度均为30cm等厚。拱圈内横隔板厚度为30cm,全桥共计14道横隔板。拱上为三柱式立柱或横墙,全桥共计立柱10个,横墙4个。1号、14号立柱设横系梁。除1号、5号、10号、14号立柱外,其余立柱或横墙下端顺桥向前后设简易铰。主孔拱顶设预拱值为12cm。结构总体布置图见下图。

主要技术标准:

计算荷载:公路I级;人群荷载标准值:2.9kN/m2;

桥面净空:净-7.0+2×0.75m人行道,桥面全宽9.0m;

桥头引道:三级公路,路基宽7.5m,路面宽6.5m;

计算行车速度:30km/h;

桥面纵坡:i=3%。

两河口大桥的主拱圈是以拱架为支撑结构,在其上现浇施工的,采用类圆弧线贝雷梁拱架作为主拱圈现浇支架。拱架由贝雷梁、加强弦杆、支撑片、梯形钢桁架、拱脚端桁架、平面横连等组成,在拱圈下拼装类圆弧线形贝雷拱架,沿弧向共10段(每2片为一节段)、横向分为7组(每组2片一组),共计280片贝雷片。梯形钢桁架连接各节段贝雷片,保证节段拼装后按照圆弧方向变化,最终形成圆弧线形拱架。拱脚端桁架连结第一节段贝雷片与拱脚,在端桁架与拱脚的地方设铰,保证在拱架拼装合拢后形成两铰拱(忽略扣索的作用),两铰拱可将拼装过程中产生的拱架附加应力重分布,使得焊接拱脚支撑腿时消除拱架附加内力的工作得以实现。在焊接好拱脚支撑腿后将拱架顶、底面横连拉网式焊接牢固并设置好拱架正规侧浪风,然后拆除扣索,拱架转换为无铰拱,至此完成拱架施工,然后在贝雷拱架上搭设钢管支架进行拱架预压、浇筑混凝土阶段的施工。拱架总体施工工序见下图。

拱架总体施工工序示意图

拱架合拢完成后,为了施工安全,考虑拱架受荷载等因素影响下的内力及位移情况,确保安全顺利的浇筑拱圈,将箱型拱圈分环分段浇筑,施工浇筑程序为:第一次浇筑底板,浇筑重量为420t;第二次浇筑腹板和横隔板,浇筑重量为210t;第三次浇筑顶板,浇筑重量为450t。待主拱圈达到设计强度后,进行拱上建筑的浇筑。主体结构施工工序见下图。

主体结构施工工序示意图

2、监控目的

两河口大桥为箱型混凝土拱桥,其结构复杂,技术含量高,在施工过程中必须对其进行施工监控,以确保大桥的施工质量和结构安全以及成桥后的最终状态满足设计要求。此外,桥梁设计是在对结构初始状态等其它参数作出假定的情况下进行的,实际施工时,结构初始状态的失真﹑计算中边界条件的模拟﹑施工步骤的改变以及偶然施工荷载的作用,都会影响结构在施工和成桥时的状态和结构安全。而这些因素通过施工监控均能得到较有效的控制和解决。

施工监控的目的就是通过现场检测和监控计算等手段,对桥梁主体结构在施工过程中的内力和几何状态进行有效的监测﹑分析和预测,及时的为桥梁施工提供施工控制信息,为制定更加恰当的施工方案提供意见和建议,以保证整个结构在施工过程的安全并最终达到设计成桥状态。

3、监控主要参数

两河口大桥贝雷拱架安装采用悬臂拼装法施工,拼装时从拱脚向拱顶、先中间后两边、两岸对称逐段进行,在拱架拼装阶段,主要对如下主要参数进行监控:

塔架、拱架应力、位移监控;

塔架、拱架位移监控;

拱架线型监控;

拱架索力监控。

4、测点布设

4.1、应力测点布设:拱架应力监控截面选取拱架的0、L/8、L/4、L/2、3L/4、7L/8、L共7个截面。应力监测截面控制点布置为:在每个截面的上、下弦杆分别布置3个应力测点,同时F1、F2和F7两个截面的上、下斜腹杆分别布置3个应力测点,F6截面的上、下斜腹杆分别布置2个应力测点。拱架总计应力测点64个,测试截面位置如下图所示

图中:F1——0L截面;F2——L/8截面;F3——L/4截面;F4——L/2截面;

F5——3L/4截面;F6——7L/8截面;F6——L截面。

4.2、位移测点布设:贝雷片位移测点在控制截面(拱脚、L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8、L、)左右侧布设,同时在各塔架顶部布设2个以上的偏位位移测点;

4.3、线型监控点布设:根据设计控制点,通过全站仪对桥梁进行量测网布置,桥梁左右各侧不少于2个控制点,各控制点之间应相互通视,以保证能全方位的对桥梁拱架进行实时监测。

5、拼装阶段

5.1、塔架监控:拼装过程阶段,在起吊贝雷架前,应通过全站仪观测塔架基本形态、内力情况,在起吊过程中,随时跟踪观察塔架位移及塔底应力情况,以保证起吊过程中的安全;

5.2、拱架监控:在起吊贝雷架前,应先采集上一阶段已安装完成后整体拱架的内力、位移、线型、索力基本情况;在吊装、安装销扣、临时扣索、浪风索完成后,观测安装完成后,贝雷架整体应力、位移、线型及各扣索、浪风索情况。

5.3、扣索、浪风索监控:

在拱架拼装前,对上一阶段拱架已完成的扣索、浪风索索力进行测试,安装完成后,根据需要可对拱架各节段坐标(含施工抬高值)进行微调和校正(拱架合拢前对拱架线形进行微调以消除拱架合拢后的附加内力),调整完成固定完成后,对各扣索、浪风索现状索力情况进行测试。

5.4合拢完成阶段监控:合拢时需专业资质焊工队伍对最后一组梯形钢桁架焊接成型,实施拱脚节段与拱座的焊接,以保证合拢效果。合拢完成后,对拱架应力、基本形态观测24小时,若拱架无异常情况,可进行下一阶段卸扣索,扣索卸除过程中应对称进行,并及时跟踪监测,查看卸去扣索后拱架的变形应力及几何形态变化情况。

6、拱架加载预压

拱架合拢完成,扣索卸除后,为了消除贝雷片拱架施工过程中的变形的几何非线性和材料非线性影响因素,同时为保障后期拱圈混凝土施工安全并获取施工过程贝雷片拱架在主拱圈混凝土荷载下的弹性变形值(施工预抬高值),应先模拟拱圈荷载对拱架进行荷载试验,一般采用水加载方法,在加载过程中,应遵循对称均匀和平衡原则加载。

加载过程应由两岸拱脚处对称向拱顶加载,与此同时,拱顶也相应加载,以克服拱架的过渡变形,使拱架在加载过程中动态应力平衡至加载完成,加载时要注意加载匀速、对称、平衡。并实时监控拱架应力、位移、线型变化情况。并对拱架沿纵向的变化情况作好记录,为浇筑混凝土预留拱度提供依据,

加载完毕,观察24小时后,可卸去荷载;卸载时也需遵循对称均匀和平衡原则。拱架预压完毕后,观测24小时无异常情况,并可在拱架上搭设钢管调平架,并且设置预压时所得预拱度,安装底模及钢筋,并浇筑混凝土。浇筑混凝土的施工顺序与预压时加载顺序一致,两拱脚对称向拱顶同时进行,逐渐合拢成桥,浇筑混凝土时与预压阶段一样,要实时监测,这样才可以为拱桥的顺利合拢奠定坚实的基础。

结束语:

采用贝雷拱架施工是一种比较经济、快捷、方便的施工方案,其施工工艺基本成熟,在拱架安装及预压、混凝土施工过程中,拱架的横向稳定是控制的关键,需在施工过程中给予足够重视。

注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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