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7)《公路桥梁橡胶支座更换技术规程》(DB32/T2173—2012);
8)《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CECS146:
2003)
9)《工程施工图设计》
2施工操作面与支架搭设方案
2.1桁架片吊篮施工操作面(1号桥)
吊篮桁架片操作面长度为13.4m,栏杆高度为1.1m,宽度为1.1m,自重约900多公斤,分二节,便于拆装、运输和安装。
吊篮一端用钢丝绳吊在2片16号工字钢上,工字钢放在新、老桥内侧护栏上;
另一端采用Φ32圆钢锚固在老桥桥面上,在外侧板梁翼板顶面打孔,钢丝绳穿过孔洞吊起吊篮。
为防止吊篮发生意外,在吊篮的两侧第一块板梁和第十块板梁之间穿越盖梁,用3根Φ12mm的钢缆吊在桁架片上,然后用卸克固定,帮助吊篮在中间吊一把,确保万无一失(见图2.2),吊篮桁架片支架的安全度就更高。
在桁架片二侧吊紧,可减少和防止中间桁架片的下挠。
也可用Φ18mm的钢缆穿过路面,下落后用葫芦收紧,并调节高度,上、下用专用钢梯,并固定。
图2.1桁架片吊篮施工操作面示意图
图2.2桁架片吊篮三道钢丝绳穿过盖梁固定示意图
2.1.1构造设计
临时工作平台采用桁架式结构,内侧通过手拉葫芦固定于新老桥梁内侧护栏上,外侧采用采用Φ32圆钢锚固在老桥桥面。
施工平台长度13.4m,宽度1.1m,主梁及平台底板横梁采用70×
70×
5mm方管,侧面竖杆、斜杆以及下平联斜杆采用40×
40×
3.5mm方管。
下平联斜杆交叉点采用节点板连接,节点板采用300×
300×
15mm钢板。
2.1.2计算参数
1)材料特性
钢结构采用Q235钢,钢材按GB/T714-2008《桥梁用结构钢》标准执行,Q235钢材的材料特性见表2.1:
表2.1钢材材料特性表
材料名称
厚度
(mm)
弹性模量
E(MPa)
强度设计值(MPa)
抗拉、抗压和抗弯
抗剪
Q235钢
206000
215
125
2)规范容许值
依据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTGD64-2015),施工阶段在钢结构自重、施工机具、人群临时荷载,以及施工全过程最不利荷载作用下,钢结构容许应力如表2.2所示。
表2.2Q235钢材容许应力(MPa)
轴向应力
弯曲应力
剪应力
Q235
140
145
85
依据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTGD64-2015),钢桁梁施工竖向挠度容许值L/800,即16.75mm。
3)作用力取值
结构自重:
钢结构的自重计算采用容重:
78.5kN/m³
。
施工荷载:
500kg,按照385N/m的均布荷载考虑。
2.1.3设计验算
采用midas-civil建立施工平台空间有限元模型进行分析,杆件采用普通梁单元进行模拟,空间有限元模型如图2.3所示。
图2.3空间有限元模型图
在施工荷载作用下,杆件最大应力如下图所示:
图2.4最大应力云图
通过计算,钢结构最大拉应力为13.28MPa,最大压应力为-13.85MPa,均小于容许应力145MPa。
主梁最大应力云图如图2.5所示:
图2.5主梁最大应力云图
主梁最大拉应力为6.97MPa,最大压应力为-9.98MPa,均小于容许应力145MPa。
通过验算,施工平台应力满足相关规范要求。
主梁最大挠度云图如图2.6所示、小横梁最大挠度云图如图2.7所示。
图2.6主梁最大挠度云图
图2.7小横梁最大挠度云图
通过上图可以看出,主梁最大挠度为1.64mm,小横梁最大挠度为0.21mm,主梁容许挠度16.75mm,小横梁容许挠度为1.375mm。
通过验算,主梁及小横梁刚度满足相关规范要求。
2.1.4桁架片吊篮压载试验
图2.8~2.11压载2200kg,主梁下挠0.9mm
桁架片吊篮的转运,采用吊车平衡法吊装,转运到另一个墩柱,此时应用绳子拖住,沿墩柱转运,到位后用葫芦提升桁架片吊篮至梁底1.75m高底,或用吊车在梁底转运,便于施工。
图2.12~2.13吊车平衡法转运钢桁架
图2.14桥面至桁架上、下钢扶梯图2.15跨中压载试验及底板30cm护栏
2.2修补裂缝悬挑挂篮操作面(1号桥)
1)吊篮修补裂缝支架压载400kg,上、下采用钢梯,吊框用方钢制作,四周设置护栏,便于操作人员修补裂缝及砼缺陷,安全可靠。
2)所有操作人员应穿救生衣,戴安全帽,每个施工墩台备用救生圈2个,并用绳子连接。
3)操作人员上、下用钢梯,并固定,从桥面分隔带上、下。
图2.16~2.17吊篮支架压重400kg
2.2.1构造设计
腹板施工平台采用整体框架式结构,施工平台长度1.6m,宽度0.85m,主要受力构件选用5×
0.3cm角钢,施工荷载250kg,构造示意图如图2.18所示:
图2.18构造示意图
2.2.2强度及刚度验算
采用midas-civil建立施工平台空间有限元模型进行分析,杆件采用普通梁单元进行模拟,在施工荷载作用下,构件最大应力云图如图2.19所示:
图3.19构件应力云图
通过计算,钢结构最大拉应力为49.9MPa,最大压应力为-66.55MPa,均小于容许应力145MPa。
构件变形云图如图2.20所示:
图2.20构件竖向变形云图
通过上图可以看出,主梁最大挠度为1.78mm,刚度满足相关规范要求。
2.2.3整体稳定性验算
通过计算,工作平台远端支反力为-2.54kN,拟于远端布置4kN(即400kg)配重块,安全系数为1.57。
2.3边梁粘贴碳纤维布施工平台搭设
2.3.1构造设计
底板粘贴碳纤维施工平台,采用型钢和钢管组合式结构,主梁采用[16型钢,与桥面汽车连接,其余构件均采用φ48.3×
3.6mm圆钢管,施工荷载500kg,构造示意图如图2.21所示:
图2.21构造示意图
2.3.2强度及刚度验算
采用midas-civil建立施工平台空间有限元模型进行分析,杆件采用普通梁单元进行模拟,在施工荷载作用下,构件最大应力云图如图2.22所示:
图2.22构件应力云图
通过计算,钢结构最大拉应力为104.6MPa,最大压应力为-92.1MPa,均小于容许应力145MPa。
构件竖向及横向变形云图如图2.23、2.24所示:
图2.23构件竖向变形云图
图2.24构件横向变形云图
通过上图可以看出,构件竖向及横向最大变形为10.9mm、6.3mm,刚度满足相关规范要求。
2.3.3整体稳定性验算
通过计算,工作平台上方槽钢与汽车连接位置处支反力为-13.99kN,通过配重或其他连接构造,在该位置处施加20kN的竖向力,安全系数为1.43。
2.4设计技术规范
(1)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
(2)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTGD64-2015)
(3)《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
(4)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ/TF50-2011)
2.5桥检车施工作业面
老桥上部结构维修加固采用桥检车作为施工操作面,白天作业、晚上撤除。
详见图2.25、2.26:
图2.25现场使用桥检车
图2.26桥检车施工作业
3施工技术方案
3.1同步顶升
考虑到桥的结构特点以及桥面交通流量的实际情况,拟采用“中断交通,纵向逐墩、横向同步顶升梁体”的方式进行同步顶升。
将梁体顶升到位后,对支座、垫石以及梁底进行更换和维修改造。
即在更换支座施工过程中,采用沿着纵向逐一对各墩台上需要更换的支座进行同步顶升(落梁)的方式进行。
为保证更换支座过程中梁体结构安全,梁体顶升(或落梁)过程中,同一墩台上各支点必须同步顶升(或落梁)。
梁体顶升、支座更换的主要施工步骤为:
1)搭设施工平台等施工准备;
2)安放千斤顶和临时支撑;
3)安装顶升和监测设备;
4)试顶升(问题反馈及处理);
5)正式同步顶升;
6)多次同步顶升至预定位置;
7)调整临时支撑高度并放置临时支撑;
8)梁体支撑于千斤顶和临时支撑上;
9)改造垫石、楔形块、更换支座;
10)再次顶升,取出临时支撑,同步落梁,清理现场。
3.2支座更换原则
根据设计方案对本次支座更换的原则是:
1)对于墩台病害支座,进行整排更换;
2)以消除支座病害作为主要目标;
3)不中断或中断交通,纵向逐墩、横向同步顶升梁体。
3.3GYZF4滑动支座和GYZ非滑动支座及垫石布置
图3.1支座安装构造图
3.4同步顶升更换支座施工流程图
梁体顶升和更换支座的施工总体流程图见3.2所示。
图3.2顶升施工总体流程图
4板梁同步顶升与支座更换施工
4.1技术准备
在认真研究并消化技术文件及设计施工图的基础上,对设计施工图进行工艺性复核,并编制同步顶升更换支座施工工艺,完成施工前的技术准备工作,保证梁体同步顶升、更换支座工程的施工质量和施工进度。
4.1.1消化吸收设计施工图以及相应的技术文件
根据梁体的结构特点,充分理解施工方案意图,严格按照施工图进行施工,保证施工质量满足相应的技术规范要求。
结合以往同步顶升梁体、更换支座项目数十座桥的施工经验,根据对桥梁病害、施工条件的现场调查情况,提出优化调整建议,并就施工过程中可能遇到的技术性疑难问题提前预估和做好预案,以充分准备和灵活应对施工实际问题。
4.1.2认真分析结构特点
当顶升或者落梁过程中出现板梁顶升点处位移不同步的情况时,理论上梁体顶升等效于在顶升点处施加竖向强迫位移,使得结构内产生附加内力,如不进行有效的控制,可能会导致结构性裂缝病害。
因此必须对结构特点进行认真分析,总体掌握结构的受力、变形特性。
4.1.3顶升前后的桥梁检查
顶升施工之前有必要对需顶升桥跨及其相应的上、下部结构进行全面地检测,以了解桥梁结构现状,避免已有病害对顶升施工的安全性造成隐患,也便于在顶升过程中对已有病害做进一步观测;
另一方面顶升施工结束后也需要全面检测,对比顶升施工前的状况,以判断顶升施工是否对桥梁结构造成损伤,若有损伤,则需要采取相应的维修加固措施。
4.1.3.1外观缺陷检查
1)主梁调查
调查主梁的裂缝情况并详细记录和分析原因。
2)支座检查
核实现有更换支座设计资料,调查支座形式,查明支座是否老化,变形是否过大,位置是否正确;
检查支座是否脱空或缺失;
检查支承垫石顶面是否有开裂、积水等现象。
根据支座现状,判断其是否受力均匀,能否将上部结构的作用顺适、安全地传递到下部结构,是否能保证上部结构在支座上自由变形,以便使结构的实际受力情况与计算图式相符合。
根据设计文件要求,对于各墩柱、台的支座,在搭设支架进行进一步检查后,按照业主、设计和监理单位要求,对病害支座予以更换,并进行相应的垫石维修等施工。
3)墩台帽检查
检查墩台帽有无裂缝,有无渗漏水现象发生;
检查混凝土的外观质量等