桥梁异形桥墩施工技术研究.pdf
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1、第41卷第8 期2023年8 月文章编号:10 0 9-7 7 6 7(2 0 2 3)0 8-0 2 17-11市放技术Journal of Municipal TechnologyVol.41,No.8Aug.2023D0I:10.19922/j.1009-7767.2023.08.217桥梁异形桥墩施工技术研究王健(北京市政路桥股份有限公司,北京10 0 0 50)摘要:以北京市通州区武窑桥工程异形桥墩施工为例,研究了异形桥墩的模板设计、钢筋加工和混凝土浇筑施工技术,采用BIM技术对模板进行了验算,并对钢筋的加工、下料制作以及钢筋成型的碰撞进行了优化与检测,合理布置了浇筑过程中的串筒、插
2、入式振捣棒的预埋位置,保证了混凝土的顺利浇筑。通过现场实践证明,异形桥墩的模板质量、钢筋加工制作以及混凝土浇筑均满足设计和施工要求,该施工技术为类似异形桥墩工程提供了技术支持。关键词:桥梁;异形桥墩;模板设计;钢筋加工;混凝土浇筑Wang Jian中图分类号:TU755.2Research on Construction Technologyof Special-shaped Bridge PierAbstract:Taking the construction of special-shaped bridge piers of Wuyaoqiao project in Tongzhou Di
3、strict,Beijingas an example,the template design,steel bar processing and concrete pouring construction technology of special-shaped bridge piers were studied.The template was verified by BIM technology.The processing,production andforming collision of steel bars were optimized and detected.The embed
4、ded positions of the string cylinder and insert-ed vibrating rod s were reasonably arranged during the pouring process to ensure the smooth pouring of concrete.Through on-site practice,it has been proven that all of the formwork quality,steel bar processing and productionand concrete pouring of spec
5、ial-shaped bridge piers meet the design and construction requirements.This construc-tion technology provides technical support for similar special-shaped bridge pier projects.Key words:bridges;special-shaped pier;template design;reinforcement processing;concrete pouring文献标志码:A(Beijing Municipal Road
6、 and Bridge Co.,Ltd.,Beijing 100050,China)近年来,我国交通基础设施发展迅速,城市桥梁1工程概况的整体设计不仅要考虑适用、安全,还要考虑新颖、美观,使桥梁与环境紧密协调并融为一体。因此,桥梁异形桥墩因造型美观而得到越来越多的应用。笔者以北京市通州区武窑桥为例,结合大运河文化背景采用形异形桥墩方案,对该工程中的异形桥梁墩柱钢模板、钢筋加工和绑扎以及混凝土浇筑等施工技术进行研究,在提高施工质量的同时保证工程的顺利实施,为类似异形桥墩施工提供参考。收稿日期:2 0 2 3-0 2-16作者简介:王健,男,高级工程师,学士,主要从事道路与桥梁施工技术和智能建造技
7、术方面的研究工作。引文格式:王健.桥梁异形桥墩施工技术研究.市政技术,2 0 2 3,41(8):2 17-2 2 6,30 3.(WANGJ.Researchonconstructiontechnologyofspecial-shaped bridge pierJ.Journal of municipal technology,2023,41(8):217-226,303.)北京市通州区武窑桥工程桥梁全长为6 0 5m,跨径为(37.52+35+55+7 0+55+35+430+3x33+9.4)m,桥涵段共计长为553.4m的桥梁下部结构采用形异形桥墩结构设计。该工程施工工艺流程:施工准备
8、一地基处理一排架搭设一支架校验调整支架预压一安装底模板钢筋加工和绑扎一安装波纹管和预应力钢束一安装外模板和端模板一混凝土市放技术218Journal of Municipal Technology浇筑一混凝土养护第1次预应力张拉一压浆一养护一主梁吊装一第2 次预应力张拉一压浆、封堵75320H25R50A第41卷端头养护拆除模板和支架。武窑桥主桥形异形墩断面结构见图1,各桥墩结构尺寸见表1。3100397.5240HA支200397.5240HA#HIH4平397.5240H2397.5320支HA4HSH3A75100,1022桥中心线道路设计线桥墩中心线310260300H5厂承台B820
9、H7605002001300300H6780820H811005003102607B82060500160200H9,表1武窑桥主桥元形异形桥墩结构尺寸Tab.1 Structural dimensions of-shaped piers for themain bridge of Wuyao Bridge墩号截面尺寸墩高排架高度墩柱间距盖梁尺寸(长宽)33.8561.543.000 x2.010.30053.0002.063.0002.073.0002.011.03883.1461.57.86893.0741.5103.161x1.5113.4251.5124.0011.52模板设计笔者取体
10、积和高度最大的7 号桥墩为设计依据,该桥墩混凝土总体积为2 95m,现场混凝土浇筑工效拟为30 m/h(包括混凝土拌和、运输、浇筑、振捣等工序)。经计算,7 号桥墩整体浇筑时间为9.8 3h,混凝土浇筑速度为1.12 m/h;混凝土落度取为1115cm,混凝土初凝时间为5.7 h;混凝土温度取为20;混凝土重度取为2 6 kN/m;采用泵车匀速连续浇筑。200Fig.1 T-shaped pier section structure of the main bridge of Wuyao Bridge6.6332.6337.3009.1386.1389.4186.4188.0384.8688.
11、0845.0847.6134.6136.8773.8775.9222.922200a)立面图1武窑桥主桥形异形桥墩断面结构示意图m钢板;竖向肋板采用10 号槽钢,间距为30 0 mm;背楞顺桥向采用16 号槽钢组焊,横桥向采用2 0 号槽12.14431x213.00031x213.00031x213.00031x213.00031x212.85431x212.92631x212.83931x212.57531x211.27831x2200b)侧面2.1模板结构设计1-2 1)墩柱模板:面板采用厚度为6 mm的Q235B钢组焊,间距均为6 0 0 mm。墩柱横桥向穿墙对拉杆采用0 2 5精轧螺
12、纹钢,位于横桥向中线位置,上、下间距为1.2 m,采用双螺母紧固并配专用螺帽。2)盖梁模板:面板采用厚度为6 mm的Q235B钢板;横向肋板采用10 号槽钢,间距为30 0 mm;背楞采用18 号双拼槽钢组焊,间距为12 0 0 mm。盖梁横桥向对拉螺栓共设置2 道,分别位于盖梁顶和盖梁顶下2.6 m处(穿墙)。盖梁顶对拉螺栓水平间距为1.2m;盖梁顶下2.6 m处对拉螺栓水平间距为(2.4+2.7+2.4+8.5+2.4+2.7+2.4)m。对拉螺栓均采用0 2 5精轧螺纹钢,采用双螺母紧固并配专用螺帽。3)钢材物理性能指标:弹性模量E=2.06x105N/mm,质量密度p=7850kg/m
13、,泊松系数v=0.3,截面塑性发展系数=1.0。4)钢材强度设计值:抗拉、抗压轴向力=215MPa,弯曲应力w=215MPa,剪应力t=125MPa;钢模板板面容许挠度fiL/500(1.5mm)(L为计算跨度),模板主肋容许挠度【f2L/500;背楞容许200第8 期挠度为f3 L/500。T形异形墩模板三维示意图见图2,模板整体结构尺寸图见图3。王健:桥梁异形桥墩施工技术研究219岩棉被防水土工布帆布塑料薄膜图3T形异形墩模板整体结构尺寸图formworka)正视图b)左视图c)俯视图d)三维图图2 形异形桥墩模板三维示意图Fig.2 3D schematic diagram of-sha
14、ped pier formwork2.2楼模板受力计算分析32.2.1墩柱模板1)设计侧压力:根据动荷载包括振捣荷载Q1(4k N/m)和倾倒混凝土荷载Q2(6kN/m),恒荷载分项系数为1.2,动荷载分项系数为1.4,计算得到设计Fig.3 Overall structural dimension diagram of r-shaped pier侧压力Fo=0.062N/mm。根据相关规范3规定,计算得到标准侧压力F=0.04N/mm。2)面板验算:由于面板被纵肋分成的矩形方格的长宽比为L,/L,=3000/300=102,所以按照相关规范3规定该面板为单向板结构,肋间距为30 0 mm,由
15、于面板处于连续布置,所以面板按四等跨连续梁计算,经查得弯矩系数Km=0.077,挠度系数Kw=0.632,frmx=KwQL/(100EI)=0.632 FoLA/(100EI)=0.96 mm1.50mm(I为惯性矩),因此满足设计要求。3)竖肋验算:竖肋支撑在背楞上,按简支梁计算偏于安全,fmx=5Q2L4/(384EI)L/500mm=0.05mm600/500=1.20mm,因此满足设计要求。4)背楞验算:背楞支撑在拉杆上,按二等跨连续梁计算,fm=KwQLA/(100EI)=0.521FL/(100EI)=4.4mm4000/500mm=8.0mm,因此满足设计要求。5墩柱穿墙拉杆验
16、算4-5:根据相关规范4可知,拉杆采用0 2 5精轧螺纹,级别为PSB830,屈服强度设计值f=830N/mm,水平间距为4m,上、下间距为1.2 m。拉杆有效面积A,为490.9mm,A,xf=407447N297600N,因此满足设计要求。6)墩柱对角拉杆验算:根据相关规范4可知,对角拉杆采用0 32 精轧螺纹,级别为PSB830,屈服强度设计值f=830N/mm,水平间距为8 m,上、下间距为0.6 m。对角拉杆有效面积An为490.9mm,A,xf=407447N297600N,因此满足设计要求。2.2.2盖梁模板盖梁部分模板面板和横肋与墩柱部分选用材料和间距相同,墩柱部分模板计算合格
17、,盖梁部分不再重复计算,仅验算背楞和拉杆即可。1)背楞验算:背楞支撑在拉杆上,采用双2 0 号槽钢,水平间距L2=1200mm,拉杆上、下间距L=2202 700 mm。f mx=5Q2L/(384EI)L/500 mm=4.5 mm2700/500=5.4mm,因此满足设计要求。2)盖梁穿墙拉杆验算4-5:拉杆采用0 2 5精轧螺纹,级别为PSB830,屈服强度设计值f=830N/mm,水平间距为2.4m,上、下间距为2.7 m。0 2 5拉杆有效面积A,为 490.9mm,Anxf=407447N4017600 N,因此满足设计要求。3BIM模型建立及验算3.1建建立模板模型笔者利用结构的
18、对称性,采用1/2 桥墩结构建立BIM模型,模型分为墩柱钢模板和盖梁钢模板2 个Journal of Municipal Technology第41卷部分。钢模板采用AutoCAD进行三维建模,采用ABAQUS/CAE进行计算分析6-8 1,背楞、面板、横框板、竖框板、竖肋、横肋均使用壳单元模拟;对拉钢筋使用线单元模拟。面板与肋部、框板以及肋部与背楞均采用绑定连接,对拉钢筋与背楞采用耦合连接,工字钢与面板采用绑定连接,支架与背楞采用绑定连接。墩柱底部采用横向位移、竖向位移和纵向位移3个方向约束,盖梁1/2 截面处采用横向位移、竖向转动和横向转动3个方向约束。模板BIM模型见图4。3.2墩柱模板
19、面板计算结果7 墩柱模板面板在混凝土作用下的应力与变形云图见图5。a)墩柱钢模板模型b)盖梁钢模板模型图4模板BIM模型示意图Fig.4 Schematic diagram of the template BIM modelc)内部对拉钢筋模型14:13283-1.8222ko5e:000a)应力云图(MPa)Fig.5 Cloud chart of stress and deformation of the pier column template panel under concrete action从图5可以看出,墩柱模板面板最大应力出现在正面模板角隅部位,其值为18 7.6 MPa,小
20、于材料抗拉强度(2 15.0 MPa),因此满足设计要求;墩柱模板面板变形相对于模板背肋的最大变形出现在正面面积最大的模板中上部,其值为0.43mm,小于规范要求的1.5mm,因此满足设计要求。3.3墩柱面板背楞计算结果墩柱面板背楞在混凝土作用下的应力与变形云图见图6。b)横桥向位移云图(mm)图5墩柱模板面板在混凝土作用下的应力与变形云图3.4盖梁模板计算结果盖梁模板在混凝土作用下的应力与变形云图见图7。从图7 可以看出,盖梁模板最大应力出现在盖c)顺桥向位移云图(mm)从图6 可以看出,墩柱面板背楞最大应力出现在面板上部背楞中部,其值为6 1.0 MPa,小于材料抗拉强度(190.0 MP
21、a),因此满足设计要求;墩柱面板背楞最大变形出现在正面面积最大的模板中上部,其值为3.6mm,小于规范要求的6 mm,因此满足设计要求。d)竖向位移云图(mm)第8 期王健:桥梁异形桥墩施工技术研究221a)应力云图(MPa)Fig.6 Cloud chart of stress and deformation of the back ridge of the pier column panel under concrete actionb)横桥向位移云图(mm)图6 墩柱面板背楞在混凝土作用下的应力与变形云图5,M(frction=-1.0)c)顺桥向位移云图(mm)d)竖向位移云图(mm)
22、J,UMax:+1.094a+0Min:*2.758e+000R大:+2.2 2 18+0 2话:6 6 114-1.5058+2.7580+00KUAI-4-1.1760话42 97点:KUA1-4-1.2458+1.0940+00小1点:KUA1-4-1.292-1.150e+00Min:-1.15De+000a)应力云图(MPa)b)横桥向位移云图(mm)U,U2J,U0368-001大:+6.7 0 8 0+0 0点:KUA1-4-1.6201-6.6970+00T点KUA1-4-1.10059积大:+1.0 36 0-0 1T点:KUAI-4-1.23691.50+000晨小-2.1
23、15e+00T点:KUA1-4-1.288c)顺桥向位移云图(mm)Fig.7 Cloud chart of stress and deformation of cover beam formwork under concrete action梁模板个别对拉钢筋连接处,其他部位的模板应力小于材料抗拉强度(190.0 MPa),因此满足设计要求;盖梁模板面板相对于模板背肋的最大变形出现在正面面积最大的模板中上部,其值为0.7 9mm,小于SNEG,(fraction-1.0)(平均:7 5%)d)竖向位移云图(mm)图7 盖梁模板在混凝土作用下的应力与变形云图规范要求的1.5mm,因此满足设计要
24、求。3.5盖梁模板背楞计算结果盖梁模板背楞在混凝土作用下的应力与变形云图见图8。S,MisesU,U1Max:+1.060a000第大Max:+2.1500+002+2.150e+022元:X1X1-1.30207点:10 0 3a)应力云图(MPa)7:XIXI-1.9956+1.060e+00Mint-1.767e+000b)横桥向位移云图(mm)易小1-1.7 6 7 e+0075:HEHE-1.123U278HENGLE110-3-1-LIN-2-1.529M:+1.337e-01Max:+1937e-001Min:-2.904e+000c)顺桥向位移云图(mm)d)竖向位移云图(mm
25、)图8 盖梁模板背楞在混凝土作用下的应力与变形云图Fig.8 Cloud chart of stress and deformation of the back ridge of the capping beam template under concrete actionB小4-2.90 40+0 07:HENGLE110-7-1-LIN-2-1.28828:H EH E-1.12 4市放技术222Journal of Municipal Technology从图8 可以看出,盖梁模板背楞最大应力出现在盖梁模板侧面个别连接处,其他部位的模板应力小于材料抗拉强度(190.0 MPa),因此满足
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