頂推法施工中導(dǎo)梁作用與應(yīng)用

1頂推過程中導(dǎo)梁受力分析在上推法的施工中，導(dǎo)梁的作用是另一方面降低主梁的懸臂長度，顯著降低主梁的負(fù)彎矩峰值。另一方面，我們必須引導(dǎo)主梁出發(fā)，使主梁容易折疊和偏轉(zhuǎn)，確保施工精度。導(dǎo)梁在主梁前端與主梁剛性相連,在頂推過程中,同混凝土主梁一樣,周期性地呈現(xiàn)懸臂、簡支和懸臂狀態(tài),受力處于動態(tài)中,在不同狀態(tài)將出現(xiàn)不同的內(nèi)力組合。在純懸臂狀態(tài),導(dǎo)梁各截面將出現(xiàn)負(fù)彎矩,在與箱梁的連接處出現(xiàn)最大負(fù)彎矩,此值僅由自重作用產(chǎn)生,彎矩較小;當(dāng)導(dǎo)梁上墩后,在墩頂滑行時,將出現(xiàn)正彎矩,正彎矩值遠(yuǎn)比負(fù)彎矩值大,是隨導(dǎo)梁上墩位置而變化,并且由導(dǎo)梁與主梁剛度比來分配,同時有剪力和扭矩,受力較為明確。2工字形變截面實腹鋼板導(dǎo)梁與桁架導(dǎo)梁的優(yōu)缺點常用的導(dǎo)梁構(gòu)造分兩種,一種是用桿件拼成的桁架導(dǎo)梁;另一種是工字形變截面實腹鋼板導(dǎo)梁。桁架導(dǎo)梁一般用萬能桿件或貝雷桁架拼裝而成,也有由設(shè)計成專用導(dǎo)梁的桿件拼裝而成。桁架導(dǎo)梁由上弦桿、下弦桿、立桿、斜腹桿和橫向聯(lián)系腹桿等組成,各節(jié)點用螺栓連接。桁架導(dǎo)梁的優(yōu)點是:重復(fù)利用率高,閑置時可用作其他用途,運(yùn)輸保存方便;其缺點是:作為桁架受力的特點是節(jié)點受力,而導(dǎo)梁上橋墩后,整個下弦都要在滑道上作平面滑動,故兩節(jié)點間的弦桿還要做加強(qiáng)處理,這樣,導(dǎo)梁自重增大;連接螺栓緊固要求高;自重?fù)隙却蟆ｋS著頂推箱梁跨徑增大,寬度加寬,自重加重,桁架導(dǎo)梁就很難滿足技術(shù)要求。工字形變截面實腹鋼板導(dǎo)梁一般由采用16Mn鋼板焊成兩根工字形變高度主梁及縱、橫向聯(lián)系桿組成,主梁頂、底板按計算剛度決定鋼板的寬度和厚度,一般采用多層鋼板加強(qiáng)。這樣,便于鋼板的接長和改變主梁的剛度。腹板為變高度鋼板。為便于拼裝和運(yùn)輸,每根主梁縱向分成三節(jié),節(jié)與節(jié)之間用拼裝鋼板與螺栓拼裝而成,兩根主梁之間用鋼管、型鋼組成桁架式橫聯(lián)和縱聯(lián),增強(qiáng)導(dǎo)梁的整體性和剛度。其優(yōu)點是,工字形縱梁在墩上滑動,下弦受力有利,不需作特別加強(qiáng)處理,且便于加工成變截面,減輕自重,拼裝拆除工期短。缺點是運(yùn)輸保存困難,拼裝拆除需大噸位吊車配合,主梁無其他用途,只做頂推專用。工字形變截面實腹鋼導(dǎo)梁與桁架導(dǎo)梁相比,在受力和方便施工方面均有很大的優(yōu)勢。近年來在多座特大型橋梁施工中應(yīng)用廣泛。3結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析導(dǎo)梁的控制內(nèi)力為發(fā)生在導(dǎo)梁與箱梁連接處的正、負(fù)彎矩。較長的導(dǎo)梁可以減少主梁懸臂負(fù)彎矩,但過長的導(dǎo)梁會使導(dǎo)梁與箱梁接頭處的負(fù)彎矩和支反力相應(yīng)增加,合理的導(dǎo)梁長度應(yīng)使主梁最大懸臂負(fù)彎矩與使用狀態(tài)支點負(fù)彎矩基本接近。在滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的條件下,宜選用較少重量及變截面的導(dǎo)梁,以減少頂推時主梁最大懸臂狀態(tài)的負(fù)彎矩,使負(fù)彎矩的兩峰值更加接近。以湖南岳陽洞庭湖大橋和湘陰湘江大橋為例對導(dǎo)梁的計算方法加以介紹:兩座實橋的標(biāo)準(zhǔn)斷面和導(dǎo)梁構(gòu)造見圖1,設(shè)計參數(shù)對比見表1。1)岳陽洞庭湖大橋東引橋頂推梁全長10×50m,導(dǎo)梁與湘陰湘江大橋相同,只在靠近主梁段進(jìn)行加強(qiáng)。導(dǎo)梁長度與主梁跨徑之比為0.68,導(dǎo)梁重900kN,與主梁自重比為0.055,剛度比為EsIs/IcEc=1/5.22,用橋梁綜合程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。計算結(jié)果如下:①導(dǎo)梁自重最大懸臂時,導(dǎo)梁與箱梁連接斷面出現(xiàn)最大負(fù)彎矩,此值較小,不控制計算。②導(dǎo)梁到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)跨前支承墩,但未上墩時,梁內(nèi)產(chǎn)生最大負(fù)彎矩,其值約為6.8×104kN·m,導(dǎo)梁前端撓度為15.2cm。③導(dǎo)梁過墩18m時,導(dǎo)梁距連接處2m的斷面產(chǎn)生最大正彎矩:4.1255×104kN·m,相應(yīng)下緣拉應(yīng)力為129.2MPa。④導(dǎo)梁過墩20m時,導(dǎo)梁與箱梁連接斷面產(chǎn)生最大正彎矩:4.7449×104kN·m,相應(yīng)下緣拉應(yīng)力為120.9MPa。各截面控制應(yīng)力均符合要求。2)湘陰湘江大橋頂推連續(xù)梁跨徑布置為8×50m+14m,標(biāo)準(zhǔn)斷面的慣性矩為I=1557795308cm4,50#混凝土:E=3.5×104MPa,鋼導(dǎo)梁長34m,E=2.1×105MPa,I=6.435×107cm4～0.124×107cm4變剛度,EsIs/IcEc=1/4。頂推過程中,主梁最大負(fù)彎矩:Mmin=-69437.01(kN·m)導(dǎo)梁上支墩后,梁內(nèi)最大負(fù)彎矩:Mmin=-73474.5(kN·m)頂推到位后,主梁最大負(fù)彎矩:Mmin=-75883.5(kN·m)由于導(dǎo)梁剛度偏大,故主梁在頂推過程中最大懸臂負(fù)彎矩未超過頂推到位后最大支點負(fù)彎矩,兩者很接近,僅差3%。上述兩座實橋的鋼導(dǎo)梁在施工中,運(yùn)行平穩(wěn),沒有出現(xiàn)撓度過大和其他異常變形,主梁內(nèi)力始終在設(shè)計控制范圍之內(nèi),未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,充分體現(xiàn)了工字形變截面實腹鋼導(dǎo)梁在正常操作情況下是安全可靠的。4錨固區(qū)開裂問題的解決措施鋼導(dǎo)梁處于懸臂時,在導(dǎo)梁截面上由自重產(chǎn)生的負(fù)彎矩很小,而當(dāng)鋼導(dǎo)梁上支承墩后,受力主要由剪力和正彎矩控制。鋼導(dǎo)梁和箱梁的連接斷面是最不利斷面,在過去的施工中,曾在該斷面以及箱梁與導(dǎo)梁錨固區(qū)出現(xiàn)過裂縫,需引起重視,受力必須有較大的安全儲備,錨固必須可靠,一旦出現(xiàn)問題,后果不堪設(shè)想,且無法補(bǔ)救。在多座橋梁的頂推施工中,將鋼導(dǎo)梁與箱梁的錨固措施進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),實踐證明,這些改進(jìn)措施非常有效地解決了導(dǎo)梁與箱梁錨固區(qū)開裂的難題。具體優(yōu)化如下:1)鋼導(dǎo)梁上、下翼緣埋入箱梁內(nèi)部分,應(yīng)滿足受力要求,在湘陰湘江大橋采用加長埋入段,下翼板與箱梁利用縱向永久索預(yù)應(yīng)力連接,形成鋼導(dǎo)梁內(nèi)的隱形連接;鋼導(dǎo)梁的腹板接長并焊接錨固鋼筋埋入箱梁內(nèi),一般構(gòu)造見圖2。2)鋼導(dǎo)梁埋入部位的箱梁鋼筋,進(jìn)行實地下料,保證構(gòu)造鋼筋的整體性,并與鋼導(dǎo)梁焊接。3)錨固預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋,在寬度和長度方面均考慮錯位錨固,避免同一斷面預(yù)應(yīng)力集中,由于應(yīng)力差值過大,造成錨固區(qū)開裂。因為錨固區(qū)空間構(gòu)造相應(yīng)復(fù)雜,將錨固預(yù)應(yīng)力改為無粘結(jié)筋,取消壓漿管,保證錨固區(qū)混凝土澆注密實。4)待預(yù)應(yīng)力張拉以后,在錨固斷面加焊水平加勁鋼板,將應(yīng)力擴(kuò)散到導(dǎo)梁的腹板上。5)加強(qiáng)連接區(qū)混凝土振搗,保證混凝土密實。6)按要求嚴(yán)格控制連接預(yù)應(yīng)力筋的張拉,減少預(yù)應(yīng)力損失,保證了實際預(yù)應(yīng)力效果。為確保施工安全,減少箱梁內(nèi)力,頂推施工過程中,應(yīng)注意以下幾點:①避免箱梁長時間處于長懸臂狀態(tài),在不可避免時,應(yīng)加型鋼接長,導(dǎo)梁提前上墩;②不在導(dǎo)梁和箱梁的前端壓施工荷載;③作好迎導(dǎo)梁上墩工作,避免因?qū)Я合聯(lián)隙矒羟斑M(jìn)方向橋墩。5通過優(yōu)化設(shè)計建立工字形實腹變截面鋼板梁,進(jìn)一步加強(qiáng)導(dǎo)梁與箱梁的連接,為擴(kuò)大工字形實腹變截面鋼板梁的應(yīng)用提供了理論和實踐依據(jù)通過多座連續(xù)梁橋、斜拉橋和鋼管系拱