钢-混凝土混合连续刚构桥主跨钢混接头施工技术简介.pdf
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1、公路交通技术2 0 1 3年 4月 第 2期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t A p r 2 0 1 3 N o 2 钢一 混凝土混合连续刚构桥主跨钢混接头施工技术简介 王俊如 , 秦晓锋 , 郑 罡 , 解天宝 ( 1 重庆城建控股( 集团) 有限责任公司, 重庆4 0 0 0 1 3 , 2 招商局重庆交通科研设计院有限公司, 重庆4 0 0 0 6 7 ) 摘要: 介绍连续刚构桥钢混接头的施工技术。通过在混凝土悬臂箱梁端头对钢混接头安装质量进行动态( 多自由 度 ) 精确控制来 满足主跨 3 3 0
2、 n l 连 续刚构桥 结构的安全性、 耐 久性和抗 疲劳性 能等要求 , 为 以后 同类桥梁的设计 、 施 工规 范制定、 施 工技术和控制提供理论依 据与工程经验。 关键词: 钢混接头; 试验; 设计; 吊装; 控制; 精度 文章编 号 : 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 6 5 0 6 中图分类号 : U 4 4 8 2 1 文献标识码 : B l n t r o d u c t i o n t o Co n s t r u c t i o n T e c h n i q u e s f o r Re i n f o r c e d Co n c
3、r e t e J o i n t s o f Ma i n Sp a n in S t e e 1 c o n c r e t e Co n t i n u o u s S t e e I S t r u c t u r e Br i d g e s WA N G J u n r u , Q I N X i a o f e n g ,Z HE N G G a n g , X I E T i a n b a o 近几十年来 , 随着世界大跨度桥梁的发展, 开发 了混凝土和钢箱组合 的桥梁结构形式 , 钢混接头 随 之大量应用于大跨径钢混组合的斜拉桥 、 拱桥 主拱 中。钢混组合桥梁的钢混接头主
4、要以承受轴 向压力 为主。在梁式桥 、 拱桥 、 斜拉桥及悬索桥等 4大类桥 梁 中, 梁式桥仍然占 8 0 以上 , 其 中, 混凝土连续刚 构桥在性能 、 施工、 造价等方面具有明显优势和竞争 力, 已成为大跨径桥梁的主要桥型之一。然而, 大跨 径连续刚构梁桥普遍存在 自重效应 大、 后 期下挠等 难题 , 且其已成为影响该类桥梁跨度增 大的技术瓶 颈 。 重庆长江大桥复线桥与 1 9 8 0年建成 的既有桥 紧邻 。既有桥为 8 6 5 m+ 4 X 1 3 8 m+ 1 5 6 m+ 1 7 4 m+ 1 0 4 5 m混凝土 T型刚构桥 。为满足桥位资源与既 有桥共享 、 桥型与既有
5、桥及环境相协调 、 通航净宽大 于 3 0 0 m的边界条件 , 复线桥需采用 8 6 5 m+ 4 x 1 3 8 m+ 3 3 0 m+ 1 0 4 5 1T I 连续刚构与连续梁组合结构 , 由 此引出建造主跨 3 3 0 m世界最大跨径刚构桥难题 。 1 9 9 6年 , 我国建成 国内最大跨连续刚构桥一虎 门大 桥 , 其主跨为 2 7 0 m; 1 9 9 8年 , 挪威建成世界最大跨 连续 刚构桥-S t o l ma s u n d e t 大桥 , 其 主跨 为 3 0 1 m。 若 3 3 0 m刚构桥采用普通混凝土 , 则其 自重效应大 的问题难以解决; 若采用轻质高强混
6、凝土, 则其技术 性能尚难满足要求 ; 若采用钢结构 , 则存在超厚板工 艺技术等制造难题。 2 0 0 6年建成 的重庆长江大桥复线桥为钢一 混凝 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 9 2 9 作者简介 : 王俊如( 1 9 6 2 一 ) , 男 , 重庆市人 , 本科 , 教授级高工 土混合连续刚构 + 连续 梁组合桥结构形式 , 其 主跨 为 3 3 0 m, 列 同类型桥梁世界第一。该桥 主跨充分 利用了材料 比强度 不同的特点 , 采用了钢 一 混凝 土 混合结构 , 用 1 0 8 m钢箱梁替代跨中部分混凝土梁 , 成功地解决了? 昆凝土桥梁恒载效应大的世界性建桥 难题 , 推
7、动了刚构桥跨越能力的发展。该桥建成前 , 钢混结构在连续 刚构桥 中还没有应用先例 , 故如何 处理主要承受弯矩和剪力作用的钢混接头是该桥设 计的关键。 1 连续刚构桥钢混接头构造 1 1 构造 连续刚构桥钢混接头受力特点是以承受弯矩和 剪力作用为主。重庆长江大桥复线桥主跨跨 中钢箱 梁和混凝土箱梁的结合部采用了填充混凝土后板式 钢混接头, 见图 1 。方法是将接头处钢箱梁翼缘 、 顶 板 、 底板和腹板钢板形成双壁钢箱 , 将填充的混凝土 与紧邻的混凝土箱现浇梁段通过 P B L剪力键、 剪力 钉 、 预应力钢筋 、 普通钢筋等进行很好的连接。其中 预应力短束和长束钢筋分别锚固在混凝土箱梁的
8、横 隔板 、 钢箱梁的横隔板 , 以及混凝土横隔板后梁段顶 板 、 底板 、 腹板 的齿块上 。 1 2内力传递机理 1 )钢混 接头之 间的轴 向压 应力通过 承压板 、 P B L 剪力键共同传递。 2 )当轴向拉应力大于钢混接头预应力产生 的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 : 轴向 , 拉应力通过 P B L 剪力键来传递 。 ? 应 力 主 要 由 P B L 剪 力 键 来 传 递 。 一 钍 论及经验数据 ,钢与混凝土问的 粘结摩 阻 力 作 为 连 接 途 径 的 安 全 储 客 毒 邺 通技术 2 01 3血 耋 模 型 ,其 向 尺 寸
9、达 9 5 m 。 模 型 的 静 载 弯2 一 0 0 0 0 k , 剪力超过 3 0 0 0 k No 姜 型 结 构 与 试 验 加 载 方案见图 2 取 偎 2 2 试验研究主要成果 横 。 钢 工地实施 图 1 填充混凝土后板式钢混接头 ( a )钢混接头模型横截面 1 制、 整体吊安 l 出 螂 蜊 : 一 一 硼 邋 什 一 一c T 一 一一 1 上 r 由 dr 【 底 ( b ) 钢混接头模型整体结构与加载 单位 : mm 一 图2 钢混接头模型结构与试验加载方案 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 2期 王俊如, 等: 钢
10、一 混凝土混合连续刚构桥主跨钢混接 头施 工技术简介 6 7 良好。试验还验证了钢混接头设计 的合理性及实施 可行性 。 通过试验研究 , 优化设计时采取 了增加过渡板 等有效措施以使钢混接头顶、 底板剪力键协调受力, 充分发挥 P B L剪力键的作用, 增强钢混接头的可靠 性 和安全性。此外 , 还采取了扩大腹板贯穿钢筋开 孔等措施来加强钢混接头混凝 土结构 的相互联接 , 采取了取消腹板最外 层 P B L剪力键钢板和 在 P B L 剪力键钢板上开设纵筋孔道等必要措施来保证腹板 纵向钢筋的连续性和钢混接头的整体性。 在具体施工过程 中, 采取有效措施控制钢混接 头的精确定位和钢混结合部混
11、凝土的质量, 是保证钢 混接头施工质量、 钢与混凝土之间内力正常传递和桥 梁结构安fi t l、 耐久性、 抗疲劳I生 等性能的关键。 3 连续刚构桥钢混接头施工技术特点 3 1 钢混接头安装精度 在主跨两端钢混接头安装时 , 应充分考虑后续 钢箱梁整体吊装合龙时的精度需要。 1 )接头钢箱钢板的端 口边应与桥轴线垂直 ; 腹 板端 口边的仰角与钢箱梁起吊后的端口边仰角吻合。 2 )主跨两端钢混接头段端 口的距离相对准确; 桥面板在两腹板位置处的高差不大于 l m m; 焊接缝 宽 6 8 m m, 最大不超过 3 0 m m( 大间隙焊缝 ) 。 3 2 钢混接头施工要求 1 )钢混接头的钢
12、箱部分按设计要求在工厂制 造 , 需特别注意保证厚板 的焊接质量。 2 )两端钢混接头 的钢箱需在工厂与钢箱梁进 行整体预拼装 , 以保证钢混接头与钢箱梁整体 吊装 合龙时各部位几何尺寸的精度和线形。 3 )吊装支架须既可满足钢混接头安装施工 , 又 能保证钢箱梁吊装合龙需要。 4 )采用计算机控制集群千斤顶提升系统 , 计算 机 自动对千斤顶的运行与受力进行调节 , 以实现 吊 装提升力和位移同步。定位精度控制在1 m m, 以 控制两端钢混接头空间几何相对状态 , 为钢箱梁整 体吊装合龙精度提供质量 、 技术保障。 4 重庆长江大桥复线桥钢混接头施工技术 4 1 吊装支架系统设计 4 1
13、1 设计原则 支架系统设 计应满 足 J T G T F 5 0 _2 0 1 1 公路 桥梁施工技术规范 、 G B 5 0 0 1 7 钢结构设计规程 等规范及施工设计图的相关要求 ; 须将主梁悬臂施 工挂篮的三角主桁改造成吊装支架 , 其相对较轻 、 刚 度大 、 变形小 、 稳定性好 、 便于安拆 , 可满足钢混接头 安装施工和保证钢箱梁整体吊装合龙需要; 起吊系 统便于操作 , 自动化程度高。 4 1 2 设计荷载 主要包括 : 吊装支架 、 起吊千斤顶系统 、 操作平 台等 自重 ; 人群 、 预应力张拉设 备、 焊接设备等施工 荷载 ; 水动力荷载 , 定位钢缆附加力 ; 钢箱梁
14、整体运 输重量等。 综合分析 吊装支架 吊装钢混接头和钢箱梁受力 的工况, 按整体吊装中跨合龙段钢箱梁的最不利工 况进行设计 , 分别进行吊装支架的强度 、 刚度及稳定 性验算。 4 2 吊装支架系统安装 吊装系统分别设 于主跨两边 的混凝土悬臂端 , 两端 吊装系统各设 2个 吊点 , 每个 吊点布置 2台数 控钢绞线集群千斤顶系统。每个吊点由 4片挂篮三 角主桁经组合形成主承力支架 , 上下游通过横联联 结成一个整体 。后锚采用在箱梁底下方横向搁置扁 担梁 的方式 , 并用精轧螺纹钢筋进行锚 固。安装完 成后 的钢混接头吊装支架系统见图 3 。 正式组装吊装支架系统前, 对各组件分别进行
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