文摘:本文着重介绍了汾河二库老虎嘴大桥桥墩施工中无爬杆滑模的应用。
关键词:汾河二库; 桥墩; 无爬杆滑模
引言
老虎嘴公路大桥位于汾河二库大坝下游2km处,是汾河二库进库公路的关键工程,大桥全长154•37m,为4孔30m跨双曲拱桥。桥墩为片石混凝土重力式桥墩,墩高22•3m,底部尺寸12•7m×4•75m(长×宽),顶部尺寸10•5m×2•5m,坡度20∶1,两端为半圆形。施工时考虑到采用普通拼装大模板,内拉锚筋较多,影响片石入仓,且两端半圆变截面采用普通拼装模板工料消耗很大,而采用普通爬杆滑模,需用穿心式千斤顶,加工制作费用大、时间长、操作复杂,爬杆
受片石入仓冲击容易产生倾斜,加之工期要求很紧,最终提出无爬杆滑模方案,经设计与应用,收到满意效果。
1 滑模设计
1.1 设计原则
(1)结构整体性要好,各种使用工况和移动时强度和刚度要满足要求,操作应简便,调节灵活,混凝土施工操作空间大。
(2)滑模各部件尽量避免精加工件,制作加工和组装使用时间要短,施工速度快,成本低。
1.2 滑模构造
滑模基本结构由模板、提升架、横梁、纵梁、千斤顶和收缩装置组成。模板:直段用3012定型钢模,圆弧段用1012定型钢模。直段模用两道2根〔8槽钢做围梁卡扣成整体,固定在提升架上;圆弧段收分模板为钢模中间夹铁皮,用两道扁钢连接,固定在圆弧提升架上。提升架:两侧直段用8个提升架,两端圆弧用10个提升架,均用∠75×7和∠50×5角铁加工而成。提升架连接模板并安装在横梁和幅射梁端头,其在横梁上可以滑动以收缩模板。横梁:用2根〔槽钢拼装而成,用于连接两侧提升架,四道横梁与两道纵梁用钢筋箍连接成整体,两端圆弧部分幅射梁与横、纵梁连成整体。纵梁:用两节5m长∠63×5角钢龙门架支腿改制而成,纵梁将所有横梁、辐射梁连成整体。千斤顶:共配置8t手动千斤顶12个,用于顶升模板,千斤顶下部用混凝土预制块支垫。模板收缩装置:在横梁上通过螺杆将提升架作内外丝移动,设在横梁下部的216对拉螺杆为调节杆件,调整完毕后用顶丝压紧滑动滚珠以固定提升架在横梁上的一定位置。
2 结构计算
模板结构强度和刚度应满足施工要求,杆件截面的选择大多由变形控制,分以下三个工况进行内力计算和杆件验算。
(1)混凝土浇筑至模板顶处,此时侧压力最大;
(2)模板在开始提升时克服模板摩阻力,此时横梁受力最大,千斤顶承载力最大;
(3)特殊提升状态,由于采用手动千斤顶顶升,在行程达到时,需交替垫混凝土块顶升,考虑有50%千斤顶脱离,模板结构容许变动较大,但应力不应超过容许应力。计算要求:(1)所有杆件强度满足钢结构设计规范,模板最大变形δmax<5mm;(2)验证千斤顶的承载能力;(3)对连接固定件强度进行验算;(4)计算滑动连接部分摩阻力,验算收缩装置强度。由于计算内容较多,仅就第一工况(混凝土浇满)时骨架结构计算简述如下:结构简化,将整个结构分为两部分分析。
(1)对圆弧部分支架内力单独作计算,将其在纵横梁的连接点作为支座(vb),验算杆件强度和支座反力,其支座反力为作用在纵横梁上的外力。
(2)对其余骨架结构(包括纵横梁、提升架、围梁)进行整体(空间体系)内力计算,混凝土荷载简化作用在围梁上,将千斤顶位置作为支座(va),验算所有杆件强度和变形,并计算支座反力,复核千斤顶承载能力。
2.1 圆弧部分支架内力计算
(1)对中间圆弧提升架结构简化如下:
图注:fc、fd为围梁作用在模板上的力,数字1~18为
结构计算节点编号,①~○11为杆件编号,va为千斤顶支座反
力,vb为纵横梁连接点支座反力。
图1 中间圆弧提升架结构计算简图
(2)模板侧压力计算
根据混凝土浇筑强度,流态混凝土按铺筑2层70cm高考虑,插入振捣棒影响半径按0•75m,混凝土容重取2•4t/m,侧压力分布图如图2:
图2 中间圆弧段模板侧压力分布图
pmax=0.75×2.4+0.6=2.4t/h每个提升架承担30°范围内力的混凝土侧压力。计算得:fc=5.2kn、fd=5.55kn采用hkn-1计算程序,原程序和基础数据及详细计算略,各型号杆件最大内力如下:横梁nmax= 10. 09kn; mmax= 4. 41kn•m; qmax=0•53kn;提升架∠75×7 n=10.36kn;提升架∠50×5 n=14.40kn;拉杆216 n=2104.21kn。经验算,各杆件强度均满足要求。模板下端水平变形δmax=0.466cm<5mm,支座反力(作用在纵梁上)ya=-10.76kn;yb=10.76kn依次对各圆弧提升架进行验算,均满足要求,对反力求出合力,以备下一部结构计算时用。
2.2 直线段提升架、围梁与纵横结构整体计算
根据结构对称性,取其1/4作为计算单元,结构简化如图3:各杆件材料如下:横梁2×〔10,纵梁4×∠63×5(组合截面),提升架∠75×7,下拉杆216。水平转梁荷载分析:qc、qd为模板荷载作用到上下围梁上的分布力。模板混凝土侧压力,在施工中模板高度1•2m,每层浇筑
30cm,考虑振捣棒插入深度,流态混凝土按两层考虑,70cm以下不考虑侧压力。按施工规范p=γr+c,式中γ为混凝土容重取2•4t/m,r为作用半径取0•75m,c为施工附加力取0•6t/h,pmax=2•4×0•75+0•6=2•4t/h,侧压力分布图如下图4:
图3 直线段围梁与纵横结构计算简图
图4 直线段围梁与纵横结构侧压力分布图
qc=1/2×2.4×0.5-41.67/75+0.2×2.4×15/75=4.
29kn/mqd=6.51kn/mp1、p2、p3为辐射提升架作用在纵横梁上的力,p1=14.7kn,p2=8.63kn,p3=23.33kn采用hkn-3(混合节点形式结构计算程序),原程序和基础数据及计算结果略,各类型杆件最大内力情况如下:提升架∠75×7:nmin=-34.28kn(压)、nmax=40.07kn
2000(拉);
提升架∠50×5:nmax=36.33kn;横梁2×〔10:nmin=-21.73kn(压);m=7.36kn•m;q=9.88kn
拉杆216:n=52.58kn围梁2×〔8:n=15.40kn;m=7.11kn•m;q桁=23.33kn
纵梁架:nmax=20.04kn;mmax=20.05kn•m;经验算均满足规范要求。最大变形发生在模板下端点,δmax=0.491cm<5mm,满足设计要求。
3 滑模加工、组装和移动
3.1 滑模组装
由于该滑模结构简单,除个别件需购置和精加工外,大部分在施工现场即可制作,主要对提升架几何尺寸应严格把关,避免误差太大而影响墩身锥度。组装前先用普通模板浇筑1•5m高墩身,将混凝土表面基本找平,做为组装平台。组装顺序为:(1)放置横梁,垫高30cm,位置和间距要准确;(2)安装两根纵梁,用钢筋箍和横梁连接成整体;(3)安装两端辐射梁,同横、纵梁连接成整体;
(4)安装提升架;(5)安装纵向围梁和圆弧段扁钢;(6)安装钢模板,与围梁卡成整体,圆弧段钢模间距10cm,中间夹持1cm厚铁皮;(7)安装下拉杆和千斤顶。
3.2 滑模使用步骤
(1)模板尺寸调整。组装好后,升顶模板,用水平仪检查其水平度,要求模板下部50cm卡在混凝土上,在横梁上取4个检查平整度,用经纬仪检查其中心线(纵向和横向),调正时,松开提升架压紧螺丝和下部拉杆螺帽,调好收缩侧的螺杆并固定。
(2)混凝土入仓和升顶。利用5t缆索吊运混凝土和片石入仓,卸料时人站在四周平台上。第一层混凝土浇至滑模顶面后(约6h)开始滑升,每次滑升30cm,以后混凝土满此30cm再滑升,滑升速度按混凝土强度在1~2kg/h控制,约2h滑升一次,每班浇1•2~1•5m。每层先浇筑20cm厚混凝土再掺入片石,时间各用1h,片石掺好后再开始滑升,由于桥墩有难度,模板一滑升即脱离混凝土面,为使混凝土能保持外形,要求混凝土坍落度不大于7cm,且在掺片石1h后提升。提升时用相邻千斤顶交替顶升(行程满后下部加垫块),千斤顶操作时要统一指挥同步上升。每层升顶后再检查水平度和轴线,调整模板符合设计外形尺寸,固定后再开始下层混凝土浇筑。
(3)滑模移设。一个桥墩浇筑完成后,待4h后滑升50cm,将滑模提升架外移出最大尺寸,用缆索整体吊运至下一桥墩处安装就位,纵梁上设4个吊点,钢丝绳角度小于45°。
4 结语
(1)此滑模制作费用低,较爬杆滑模节省投资,大部分构件又可重复利用,使用操作很方便,一个桥墩施工期约一周,进度明显加快。
(2)无爬杆滑模的设计针对其升顶方式简单、同步差的特点,要求其整体性要好,特别是纵梁要求刚度较大,必须根据施工过程中的各个工况,对滑模骨架结构的强度和刚度进行验算。
(3)对于滑模跑偏问题,由于设计中要求下卡老混凝土较多,施工中很少进行纠偏。
(4)在骨架结构设计方面,本结构既克服了单梁结构截面大刚度差的缺点,又克服了双梁结构复杂的缺点,主思路是用横梁保持结构的整体性,用下拉杆解决仅用横梁时混凝土侧压力造成模板变形较大的问题。
(5)对有锥度桥墩的滑模施工,新浇混凝土要在能保证外形尺寸时才能提升。
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