校正版 现浇预应力箱梁预拱起拱研究与施工控制改.docx

1、校正版 现浇预应力箱梁预拱起拱研究与施工控制改现浇预应力箱梁预拱、起拱研究与施工控制中铁二十三局集团南广铁路项目部 何华内容提要：针对现浇预应力简支箱梁的线形及起拱不易控制的问题，本文结合新建南广铁路这方面施工控制较好的情况，通过对预拱、起拱的研究分析，介绍了相应的施工控制措施，确保了施工后箱梁的结构尺寸和线形，为类似工程提供了参考。Abstract:Based on cast-in-place prestressed concrete simply-supported box girder and arch shape is not easy to control,combining wit

2、h the construction of better control of this new Nanning-Guangzhou railway,through the analysis of arch,arch,the corresponding construction control measures,ensure the construction after zhe box dimension and linear beam,which to offer a reference for similar EngineeringKey words:High-speed railway;

3、box girder;precast arch;arch;construction control关 键 词：高速铁路；简支箱梁；预拱设置；起拱；施工控制 高速列车对桥梁结构的动力作用远大于普通铁路桥梁，高速铁路的高速度、高舒适性、高安全性、高密度连续运营等特点对高速铁路桥梁提出了严格的要求。高速铁路桥梁的定位不再仅仅是跨越功能，而是为高速列车提供稳定、平顺的桥上线路；为保证轨道在桥梁上的的平顺性，控制梁面标高是关键。现浇简支箱梁梁面高程控制成功与否，取决于箱梁现浇施工时的高程设置和张拉时（含混凝土徐变）起拱两方面。本文根据新建南广铁路支架法现浇预应力简支箱梁施工中的经验，从箱梁施工的预拱、起

4、拱两方面向读者进行浅略的介绍。1、工程概况新建南广铁路NGZQ-7标有梁式桥31座，共10251.31 延长米，全部为现浇箱梁设计；其中现浇简支箱梁290孔，悬臂灌注连续梁2连；现浇简支箱箱梁分为32m（275片）和24m（15片）两种。梁截面为单箱单室箱梁，梁端顶板、腹板局部向内侧加厚,底板分别向内、外侧加厚；底板宽5.74m，桥面板宽12.2 m，跨中截面梁高2.89m，两端支座中心处梁高3.09m，横桥向支座中心距为4.7m。简支箱梁大多采用支架法施工，少部分采用移动模架；外模采用定型钢模、内膜采用组合钢模。2、预拱设置分析与施工控制2.1. 影响预拱设置的因素在支架上浇筑简支箱梁，施工

5、时和卸载后，箱梁会发生一定量的下沉和产生一定的挠度，因此，为使梁体在卸架后能满意地获得设计规定的外形，须在施工时设置一定数值的预拱度。确定预拱考虑的主要因素有：支架卸载后由张拉、徐变及其他因素产生的竖向挠度f1；支架在荷载作用下的弹性变形（压缩）f2；支架在荷载作用下的非弹性变形f3；支架基础在荷载作用下的非弹性沉陷f4；2.2.施工控制根据产生挠度原因分析，支架法现浇简支箱梁施工，若要准确设置预拱度，应重点从地基处理、支架预压及预压沉降观测等几方面进行施工控制。2.2.1支架构造每孔箱梁的梁柱式贝雷梁支架，设4排钢管立柱，两端设在承台面上，中间两排固定在支架基础上，最大跨度12m，每排钢管柱

6、采用402（=9mm）7根作为承力支柱；为便于卸落支架，钢管顶部设置一道砂箱（高30cm），砂箱上横向布设2I40a的工字钢作为传力分配梁，分配梁上布设8列单层两片贝雷梁作为纵梁；贝雷梁横向采用连接片连接成整体后其上再布设I16的横向工字钢作为分配梁，其上再摆放150120mm的纵向方木，翼缘下采用7575的角钢小桁架；模板外膜采用由工厂加工定制的定型钢模，内膜采用组合钢模拼装。2.2.2地基处理根据现场的地质情况，中间支架基础处理时，先将表层淤泥及软塑粘土清除干净，再做地基承载力试验，当地基承载力大于150kpa的硬塑土层时，换填3.0米宽深1.5米的片石，用压路机振动碾压56遍，不再下沉后

7、铺设5cm石屑找平，碾压密实，然后浇筑12.01.00.5米的C20混凝土条形基础。当地基承载力达不到150kpa要求时，对地基进行CFG桩基础加固，桩深度根据地质情况而定,须满足“支架结构检算”中地基承载力要求，其后按前述处理方式进行地基处理。混凝土条形基础施工完成后，基础四周进行平整，中间缝隙用砂浆抹平并做好排水沟。2.2.3支架预压预压目的检验支架的承受能力，消除非弹性变形，观测支架的弹性变形与非他性变形结果，为铺设、调整底模合理设置预拱度提供依据，保证箱梁外观线型符合设计要求和施工过程的安全。预压方案支架验收合格、外膜铺设完成后进行支架预压。箱梁预压荷载确定为：（梁体的重量+施工荷载+

8、内膜重量）1.2。新建南广铁路32.6m的现浇箱梁重为767t（不含后浇封锚段），施工荷载136.59t（按规范取值），内膜重量约为30t，则预压加载荷载为933.591.2=1120.31t。因箱梁各部分截面尺寸不同，应分块计算箱梁的荷载分布并绘制预压平面布置图后，按照布置图进行预压。预压加载过程按：0 20 50 100 120分级加载，卸载反之。每级加载进行变形观测，每天两次，连续观测24h的沉降变形不大于2mm时可进入下一级加载，同时做好沉降观测记录，以备预设预拱度时计算所用。沉降观测应选择每天气温较低时，大致时间为早上8：00，下午5：00左右。支架的预压结束时间无严格要求，一般在全

9、部加载完毕后连续48h的沉降不大于2mm时，即说明支架沉降已稳定，可以卸载。预压测点布置单孔箱梁按纵桥向设7个断面：支点处、L/8处、L/4梁跨处及L/2处对称布置（L为跨径）；观测点取在底模底面，每个断面设5个测点，分别为：两侧翼缘板中间位置各1个、两腹板处各1个，梁中心线底板处1个；观测点用长度2cm，12的钢筋点焊在该处。对各测量点分别编号，以便加加载、卸载时进行对比观测。预压观测成果整理根据加载、卸载过程各观测点数据，以变形量为纵轴Y，以观测间隔时间为横轴T，绘制不同点的变形速率图；以梁水平纵向为X轴，不同点的弹性变形量为Y轴，连接各点绘制出梁的纵向弹性变形曲线，分析确定支架在荷载作用

10、下的弹性变形。数据处理： 沉降量=加载前的初始读数H1一满载稳定后最终读数H3 非弹性变形量=加载前的初始读数H1卸载稳定后的终读数H4。通过预压，可视为支架的非弹性变形f3和基础的非弹性沉陷f4已消除。弹性变形量f2=沉降量非弹性变形量= H4H3。其中H1H4均为堆载预压时实际的测量数据根据实测数据分析得出支架跨中弹性变形值为33mm。2.3.预拱度设置2.3.1预拱度的计算主梁预拱度为沿跨度方向变化的曲线，应以中间点为最高值，以梁的两端为零，按二次抛物线进行分配。取设计要求梁的预拱度与支架在荷载作用下的弹性变形量之和作为立模预拱度控制标准；预拱度最高值设置在梁的跨径中点。 跨中预拱度f拱

11、= f2- f1=33-19.42=13.58mm；f1=19.42mm（由设计提供）；以左支点为坐标原点，跨长为L，主梁跨中矢高为f拱，由曲线方程：y=4f拱 x(L-x)/L2； 计算可得出L=32.6m时，x=L/4和x=3L/4时的预拱度值y=10.19mm，可据此设置模板高程。2.3.2对预拱度的调整根据预压试验结果，在跨中出现了一定的横向不均匀沉降，分析主要是因为梁式支架系统横向刚度均匀性、贝雷梁组件结点刚度以及各种荷载存在的误差。为实现对支架变形的精确控制，施工中将预拱度值适当提高35mm，同时根据变形量测结果，在梁式支架腹腔内设置少量配重，以对支架变形的精确控制来达到对预拱度的

12、设置要求。3、起拱分析与控制3.1.起拱分析3.1.1起拱形成的机理预应力箱梁起拱有两部分组成，一是预应力产生的弹性上拱，二是混凝土徐变产生的上拱。预应力弹性上拱是梁体张拉时瞬时产生的上拱度f同梁自重挠度叠加。起拱高度H=f-，f=ML2/8EI，=5qL4/384EI。式中：L梁的跨度；M张拉产生的预加负弯矩；E梁体混凝土的弹性模量；I梁截面惯性矩；q梁单位长度自重。计算表明，对于同一类型箱梁，梁长和梁截面惯性矩为一定值，自重挠度要比f小得多，故弹性上拱主要受预加负弯矩M和混凝土弹性模量E控制。另一方面，由于施加了预应力的箱梁在恒载状态下长期处于偏心受压状态，下缘压应力最大，上缘压应力按线性

13、变化规律逐渐减小，在变形后全梁相对来讲是顶板长底板短，故出现向上拱起弯曲变形即混凝土徐变上拱。混凝土徐变上拱在受荷载初期增长较快，后逐渐缓慢，且逐渐稳定下来。3.1.2起拱产生的原因从预应力混凝土箱梁起拱形成的机理分析，造成起拱偏大的主要因素有以下几个方面：梁体混凝土强度未达到设计要求的强度时就进行张拉。梁体混凝土弹性模量E偏小，没有达到设计要求。张拉应力控制不准，实际张拉力超过设计值，或超张拉值偏大，产生的负弯矩M偏大。混凝土龄期不足进行张拉。混凝土徐变影响。3.2.起拱控制严格控制预应力钢绞线张拉时梁体混凝土的强度、弹性模量和龄期（设计要求终张拉时混凝土强度及弹性模量达到设计的100%、且

14、混凝土龄期不少于10d）。应采用同条件养护混凝土试件的强度和弹性模量控制。张拉实行双控，即张拉力和钢绞线的伸长量同时控制。张拉前对张拉用的千斤顶和油压表进行标定，并按标定配套使用。张拉前应根据钢绞线试样或试验证书确定弹性模量、松弛率等参数控制计算张拉伸长。张拉时严格按照设计张拉顺序两端同时、左右对称张拉，保证梁体受力均匀。终张拉完成后，宜在48h内完成管道压浆，防止时间过长产生端部预应力损失。张拉时应检查千斤顶张拉力和钢绞线实际伸长量，实际和理论伸长量之差应在6%以内，否则应暂停张拉施工，查明原因。采取措施减少混凝土的徐变变形。徐变与加荷时混凝土的强度成反比。加荷时混凝土的龄期愈短，徐变愈大，

15、反之愈小；因此起拱度与强度成反比，它随着强度的增加而减小。施工中影响混凝土强度的主要因素有：配合比；水泥品种；集料种类；混凝土的拌合、浇筑、振捣工艺；养护条件；加载龄期等。配合比设计方面，在保证配合比满足设计和高速铁路桥涵工程施工质量验收标准要求的前提下，适当降低水胶比和胶凝材料的用量。严格控制材料质量。控制好粗骨料粒径、强度、颗粒级配和针片状颗粒含量等及细骨料杂质含量、颗粒级配等符合验标要求，不使用不合格材料。按批复的混凝土专项施工方案进行浇筑作业。加强梁体混凝土的养护。在进行大批量现浇梁作业前，先做一到二片试验梁，在其张拉完成后做好起拱度测量记录工作，至少一星期测量一次；同时结合预拱度设置

16、情况综合进行数据分析，为现浇简支箱梁后续施工的顺利展开提供依据。严格控制箱梁结构尺寸，内膜不标准、腹板宽度不够都会引起张拉受力变化。高度重视混凝土振捣质量，安排专人随时检查箱梁腹板下部内倒角及波纹管底部，避免因漏振出现空洞影响梁体结构刚度，或因过振使混凝土往底板流淌过多引起内膜上浮，使顶板钢筋混凝土造成非预应力引起的上拱。4、工程实例新建南广铁路NGZQ-7标支架法桥位制梁，预拱考虑周密、张拉控制合理、起拱控制得力，使得现浇简支箱梁的线形、标高等得到了较好的保证，简支箱梁起拱得到了有效控制。梁面高程偏差控制在5mm之内，表面平整度1m靠尺检查小于2mm，终张拉30天时梁上拱偏差最大值小于6mm

17、；满足了高速铁路高标准的要求。5、结束语支架法现浇简支箱梁施工，对高程影响因素较多，只有做到：施工前先对箱梁的预拱、起拱认真进行分析；施工中采取有效的支架预压、合理的预拱度设置及有针对性的起拱控制等控制措施，同时严格控制影响预拱和起拱的各个环节；终张拉后及时进行综合数据分析总结经验指导后续施工；是可以达到设计和高速铁路桥涵工程施工质量验收标准要求的箱梁结构外形和质量的，也为类似的桥梁施工提供了宝贵的经验。参考文献高速铁路桥涵工程施工技术指南 中国铁道出版社（铁建设2010241号）公路桥涵施工技术规范 JTG/T F50-2011 人民交通出版社建筑施工手册（第四版）中国建筑工业出版社 2003