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高墩大跨连续刚构桥施工技术研究报告总报告.doc
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高墩大跨连续刚构桥施工技术研究报告总报告.doc
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超高墩大跨预应力混凝土曲线
连续刚构桥综合施工技术
1 前言
葫芦河特大桥是黄延高速公路上的一座特续刚构箱梁桥,位于黄土高原南部黄
陵县境,是西部大通道———段在境的重要组成局部,连接民族的始祖发源地省黄
陵县及革 命 胜 地。大桥 主 墩 最高达 138m ,主 桥 为 90m+3×160m+90m 共
660m 五跨连续刚构,施工中在墩身质量及梁体的线型控制等面可借鉴的施工经历
稀少,为此,中铁十六局集团以“超高墩大跨径预应力混凝土曲线连续刚桥施工技
术〞为课题,成立了科研攻关小组,进展工程研究。研究的主导思想是:立足国现
有的施工技术、机械设备和工程材料,进展施工技术的综合研究。
中铁十六局集团的有关人员会同省高速公路建立集团公司及等单位,从 2003 年
7 月至 2006 年 9 月组织科研攻关,在刚构桥施工的关键技术上,如:大体积混凝
土温度控制、超高墩外翻爬模施工技术、超高墩大跨曲线连续刚构箱梁线型控制、
高墩边跨直线段无配重现浇施工等,解决了施工难题,有力地保障了工程施工的顺
利进展,大桥于 2006 年 9 月 30 日建成通车,到达了优质、高效、平安的总目标
得到了监理单位、建立单位的肯定。大桥的修建成功,为以后同类工程的修建提供
了可贵的经历,具有重要的参考价值。
2 工程概况及特点
2.1 工程概况
葫芦河特大桥为双向四车道,设计标准为汽车超—20,挂车—120,设计时速
80km/h,桥面净宽为 2×(净 10.75m+0.5m 防护栏)+2.0m(分隔带)。投资总额
14110 万元。
大桥全长 1468m,主桥为 90m+3×160m+90m 预应力混凝土连续箱梁刚
构,引桥分别是:黄陵岸为 6×50m 预应力混凝土连续 T 梁,岸为 10×50m 预应
力混 凝 土连 续 T 梁。全桥平 面 位于 R=2500m 的 S 型曲线上, 纵 面位 于 R=
20000m 的凹型竖曲线上。
2.1.1 桥址区自然地理概况
葫芦河特大桥位于黄陵县阿党镇西龚家塬村南约 2.0km 处,桥位处河道顺直,
水流根本畅通 ,河底断面规那么 ,呈 U 型。沟顶距河底约 190m ,沟底宽约
300m , 水 面 宽 20m 。 桥 位 处
Q1/300=511m
3
/s,H1/300=814.96m,V1/300=2.11m/s。
桥址位于葫芦河下游,位于黄土高塬的沟壑地貌区,谷底较宽阔,分布有一级阶地、
二级阶地。设计地震根本烈度为 6 度。桥位区两岸斜坡上部黄土属 III 级自重湿陷性
黄土,层厚约 12m。
桥址区地处陆,受西伯利亚寒流侵袭,兼之地型复杂,台塬、沟壑、丘陵起伏
不平,构成气候多变。极端最高气温 36.5℃,极端最低气温-21.4℃;最大风速
22m/s,最大积雪深度为 20cm,最大冻土深度为 69cm。雨季在每年的 6-10 月。
多年平均降雨量为 390mm~700mm。
2.1.2 主桥设计要点
主 桥 桩 基 为 直 径 2m 嵌 岩 桩 , 引 桥 为 直 径 1.5m 摩 擦 桩 。 主 桥 桥 墩
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7#、8#、9#、10# 为双薄壁空心 墩,墩高分别为 80m、130m 、138m 和
58m。引桥墩高在 20m 至 55m 围为薄壁空心墩,墩高在 20m 以下为双柱式实心
墩。
见大桥实景图。
葫芦河特大桥实景图
主桥上部构造由上、下行的两个单箱单室变截面箱梁断面组成,箱梁根部高度
9.0m,跨中梁高 3.5m,其间梁高按二次抛物线变化。箱梁顶板宽 12.0m,底板
宽 6.5m ;腹板分别为 0.4m、0.6m,桥墩顶部围箱梁顶板厚 0.5m,底板厚
1.3m,腹板厚 0.8m,除桥墩顶部箱梁设 4 道横隔板外,其余均不设横隔板。主墩
采用 C40 混凝土,主梁采用 C50 混凝土。
主桥两幅连续刚构箱梁采用挂篮悬臂浇筑法施工,T 构箱梁除墩顶 0#块件外,
其余分 20 块对称梁段,即 6×3.0m+6×3.5m+4×4.0m+4×4.5m 进展对称悬
臂浇筑。桥墩顶上 0#块长 12m,中合拢段长 2.0m,原设计为:边现浇段长
8.9m,合拢段长 2.0m。考虑支架现浇难度、平安、工程投入和施工进度,变更为:
调整为通过配重浇注边跨 21#块段〔4.5m 长〕,并调整合拢顺序,即先中跨再次
边跨合拢,最后浇筑边跨合拢段〔1.2m〕,全桥合拢。梁段悬臂浇筑最大块件重量
163.0t,挂篮自重按 80.0t 考虑。挂篮与梁段悬臂浇筑块件重量比控制在 0.5 以。
主梁采用纵、横、竖向三向预应力体系。竖向预应力采用 Ф32
l
粗钢筋,标准强
度 为 750MPa , 采 用 YGM 锚 具 , 设 计 拉 力 为 540kN 。 纵 、 横 向 预 应 力 采 用
фj15.24 高 强 度 低 松 弛 钢 绞 线 , 标 准 强 度 为 1860MPa , 设 计 拉 应 力 均 为
1395MPa 。 其 中 主 桥 顶 板 预 应 力 钢 束 采 用 OVM15-19 锚 固 体 系 , 底 板 采 用
OVM15-16 锚固体系,横向除墩顶箱梁 4 道横隔板为 BM15-5 锚固体系外,其余
均采用 BM15-3 锚固体系。
全桥双幅纵向钢束共计 884 束,其中“T〞构施工阶段纵向钢束为 624 束,体系
转换时拉 260 束;全桥横向钢束为 1796 束,竖向预应力钢束为 8420 根。
2.1.3 支座构造
在边跨处采用 KG.GPZ5000 型桥梁盆式支座,每半幅边跨支点处设置两个该
类型支座。
2.2 施工特点
2.2.1 大体积承台混凝土冬季防裂施工
主墩承台混凝土体积巨大,其中以 8# 、 9# 墩 承 台 体积最大,其尺寸为
18.5m×11.5m×4m〔长×宽×高〕,一次浇筑混凝土最大体积为 851m
3
。而根
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据工期安排承台需在冬季完成施工。对于大体积混凝土施工阶段来讲,裂缝是由于
混凝土外存在温差,因温度变化而引起的。由于混凝土温度变化产生变形受到混凝
土部和外部的约束影响,产生较大应力,尤其是拉应力,是导致混凝土产生裂缝的
主要原因。为防止混凝土出现裂缝,不影响构造的受力和正常的使用,必须采取可
靠措施防止外出现过大温差,对混凝土温度变化加以控制,格控制裂缝出现。工程
地处黄土地区,连续刚构对地基沉降有着格的要求,过大的沉降将会引起构造力的
变化,并危害构造本身。设计要求混凝土的浇注必须一次性完成,如此大体积的混
凝土,产生的水化热非常之大,在冬季施工,给混凝土外温差的控制增加了相当的
难度。
2.2.2 双薄壁空心超高墩施工
主 桥 桥 墩 为 双 薄 壁 空 心 墩 , 7# 、 8# 、 9# 、 10# 墩 墩 高 分 别 为
80m、130m、138m 和 58m,由于桥墩较高,对桥墩的垂直度和偏位要求很高,
对主墩的外模板设计、混凝土的浇注及养护,均有很大的难度。
根据有关的文献资料记载,如此高墩在最大悬臂状态下〔73m 长〕时,构造的
稳定性计算说明试验模型实测的失稳临界荷载总是大大低于理论的计算值,这是由
于构造不可防止地存在一些几偏差和缺陷,而几缺陷对临界荷载的影响很大。本工
程为一典型的连续刚构,理论分析说明,最大悬臂状态下的 9#和 8#墩的稳定特征
值较小,稳定平安储藏不大,如果高墩的墩身由于施工的原因而出现了偏斜、弯曲等
几缺陷,将会使构造的稳定性大大下降甚至产生整体失稳的重后果。在施工中只有
格控制墩身的垂直度,才能使构造的稳定得到根本的保证。
本工程位于黄土沟壑地区,由于工程的特殊地理位置,日照温差较大,而且主
墩均为薄壁空心墩,受日照温差影响后,墩身不可防止将出现位移。根据计算,日
照温差致使混凝土箱形空心墩身发生弯曲变形,使墩顶发生较大位移,138m 高墩
墩顶位移甚至可到达 3cm 左右。温度变化对超高墩混凝土构造的受力与变形影响很
大,并随温度的改变而改变。在不同时刻对构造状态进展量测,其结果是不一样的,
如果在施工控制中忽略了该项因素,就必然难以得到构造的真实状态数据(与控制理
想状态比拟),从而也难以保证控制的有效性。因此,在施工控制中必须考虑日照温
差对构造的位移影响。
根据对连续晴好及连续阴雨天气的数组观测数据进展分析可知,混凝土空心墩
外壁的最大温度差在 20℃左右。从混凝土空心墩温差应力数据分析可知,6 月份最
大温差应力为 1.961MPa,10 月份最大温差应力为 2.134MPa,都接近 C40 混凝
土强度的轴心抗拉标准值 2.60MPa。这种温差应力与其它荷载的组合有可能使混凝
土开裂。尤其在墩身的施工过程中,混凝土构造未到达设计强度之前由于日照温差
的影响完全可能致使构造开裂,因此,高墩的混凝土养护必须考虑空心墩外壁温差
对构造的影响,并尽可能将此种温差控制在该时刻构造允的围,防止构造的开裂。
2.2.3 超高墩大跨悬灌线型控制施工
由于墩高跨大,悬臂浇注时梁段的变形较大,且受日照温差、温度、预应力、
临时荷载及混凝土的强度、弹性模量的影响,各节段的预抛值控制难度较大,线型
控制的合拢精度要求高〔横桥向为 5mm,竖桥向为 10mm〕。梁段的合拢施工技
术较为复杂,成桥后的线型及应力状态必须与设计相吻合。由于受混凝土的变影响,
通车后跨中的挠度下沉较多,影响通车后的构造线型及使用,故必须采取可靠措施
使得各“T〞构在形成体系之前尽可能减少混凝土变对梁体带来的影响。
本工程位于黄土沟壑地区,且为超高墩大跨径的曲线连续刚构桥梁,由于工程
的特殊地理位置,日照温差较大,而且主墩均为薄壁空心墩,主梁为箱梁,均为箱
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wsbhm62
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