勁性骨架混凝土拱橋成拱方法
【技術領域】
[0001]
本發明屬于橋梁工程技術領域,具體涉及一種勁性骨架混凝土拱橋成拱方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國高速鐵路的快速發展,特別是在西南山區鐵路的建設中,越來越多的遇到需采用大跨度拱橋進行跨越的高山峽谷地形。鋼筋混凝土拱橋與其他材料拱橋相比具有剛度大、溫度變形小、經濟性好等優點,能更好的滿足高速鐵路對橋梁結構的要求。基于上述原因,在高速鐵路建設過程中,若需要修建大跨度拱橋,鋼筋混凝土拱橋是優先選擇的方案。
[0003]也正是由于鋼筋混凝土拱橋存在的上述優點,所以,近年來,該橋型在橋梁建筑領域中的發展非常迅速。在1997年我國就建成了 420米的世界第一大跨度的鋼筋混凝土拱橋一一萬縣長江大橋,該橋創造性的采用了鋼管混凝土勁性骨架外包混凝土法成拱。該橋的建成也使得勁性骨架法成拱技術跨上了一個新的臺階,也使得采用該技術建造體量更大的鐵路大跨度混凝土拱橋成為可能。
[0004]但是,本申請的發明人發現,傳統的成拱方法依然存在著不足,由于在外包混凝土澆筑過程中缺乏對勁性骨架應力及時調整的有效手段,使得在進行外包混凝土施工過程中,為了確保勁性骨架變形均勻和各部位始終處于受壓狀態,以及滿足澆筑過程中勁性骨架受力要求,所以,在目前的外包混凝土施工中,都是采用小節段澆筑,一次澆筑的混凝土方量非常有限,目前單次澆筑混凝土方量一般不超過300立方米,如此,使得整個外包混凝土澆筑過程需要較長的工期,以及需要較多的工序,嚴重影響大橋的建設工期和建筑成本。同時由于采用小節段澆筑,為了保持骨架拱圈的受力均勻,必然采取多工作面加載澆筑才能維持拱圈平衡,不僅進一步的提高了施工難度,增加施工成本和工期,而且多工作面和小節段澆筑必然使拱圈接縫多,施工步驟繁瑣、安全風險大且工期較長。
[0005]另一方面,傳統的勁性骨架施工法在外包混凝土施工階段缺乏必要的對拱圈內力調整的手段,導致了勁性骨架內局部位置應力偏大,拱圈受力不均勻,也進一步的影響了混凝土拱圈整體的力學性能。
[0006]正是因為上述這些缺點,也限制了該施工方法在體量更大的鐵路大跨度混凝土拱橋上的進一步發展。
[0007]所以,目前亟需一種能夠適用于大體量混凝土拱橋成拱,并且能夠縮短工期,節約建筑成本,提高拱圈整體力學性能的混凝土拱橋成拱方法。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于克服現有技術中所存在的上述不足,提供一種能夠適用于大體量混凝土拱橋成拱,并且能夠縮短工期,節約建筑成本,提高拱圈整體力學性能的混凝土拱橋成拱方法。
[0009]為了實現上述發明目的,本發明提供了以下技術方案:
一種勁性骨架混凝土拱橋成拱方法,其特征在于,依次包括下述步驟:
A:拼裝拱圈勁性骨架節段直至合攏:所述拱圈勁性骨架節段為鋼管桁架節段,利用拱圈兩側的交界墩作為扣塔,吊裝拱圈勁性骨架節段的同時張拉拱圈的一次扣索,自拱腳起逐段拼裝直至合攏,得到拱圈勁性骨架;
B:壓注拱圈勁性骨架的鋼管的管內混凝土:拆除一次扣索,然后壓注拱圈勁性骨架的鋼管的管內混凝土;
C:張拉二次扣索:待步驟B中,所述鋼管的管內混凝土達到設計強度后,在拱圈兩側利用交界墩作為扣塔,對稱張拉二次扣索;
D:澆筑拱圈勁性骨架的外包混凝土:在澆筑拱圈勁性骨架的外包混凝土過程中,根據拱圈勁性骨架的受力需要,調整二次扣索的張拉索力,以達到調節拱圈勁性骨架的內應力,保證在外包混凝土澆筑過程中,拱圈勁性骨架的各個位置的變形均勻;
E:拆除二次扣索:待外包混凝土達到設計強度后,拆除二次扣索,完成勁性骨架混凝土拱橋成拱施工。
[0010]在橋梁建筑領域中,由于地理因素的限制,采用支架結構對拱圈勁性骨架進行支撐的難度極大,而且在某些施工環境中完全不具備設立支架的條件,所以在本申請的技術方案中,在步驟C中,張拉二次扣索,二次扣索呈張緊狀態,然后再進行拱圈勁性骨架外包混凝土的澆筑,由于有二次扣索的張緊,使得在外包澆筑過程中,不需要設置其他的支撐構件對拱圈勁性骨架進行支撐,首先是節約了施工成本,降低了施工難度,而且,由于是采用扣索對拱圈勁性骨架進行張拉,其與拱圈勁性骨架之間連接時占用的空間較其他支撐方式要小,減小了對后續混凝土澆筑過程中阻擋,進一步的方便了后續混凝土的澆筑施工;
更為重要的是,在本申請的技術方案中,由于有了二次扣索的張拉,使得在外包混凝土澆筑過程中,單次澆筑混凝土量遠遠大于傳統施工方法中,靠拱圈勁性骨架自身強度支撐的單次混凝土澆筑量,如此,大大的縮短了工期,方便了施工,而且,由于單次混凝土澆筑量的大幅增加,也極大的提高了拱圈的整體性能和力學性能;
再一方面,在本申請的技術方案中,二次扣索采用交接墩作為扣塔,在實際施工中,在拆除一次扣索時,可以對部分一次扣索進行調整,使之成為二次扣索,如此,進一步的簡化了施工步驟,降低施工成本和施工難度,縮短施工工期;
更進一步的,傳統外包混凝土澆筑方案在外包混凝土澆筑過程中沒有配合二次扣索調整拱圈勁性骨架內力,因此在外包混凝土澆筑過程中為確保拱圈勁性骨架變形均勻,一次澆筑的混凝土方量不能太大(單次最大混凝土澆筑方量通常不超過300立方米),施工速度極其緩慢,同時由于缺乏對拱圈勁性骨架內應力的調整手段,拱腳等局部位置的應力較其他位置高出很多,拱圈勁性骨架受力不均勻,設計中為了滿足拱腳等局部位置的受力要求,而不得不增大拱圈勁性骨架截面和提高管內混凝土標號,如此使得極大的增加了施工成本和施工難度;而在本申請中,由于設置了二次扣索,在外包混凝土澆筑時,采用二次扣索調整拱圈勁性骨架內應力,使得,可以方便的保證拱圈勁性骨架各個位置的變形均勻,所以,采用本申請的技術方案,還可以減小拱圈勁性骨架的橫截面尺寸,以及降低管內混凝土標號,如此,進一步的降低了施工成本,節約了工期。
[0011]作為本申請的優選方案,所述步驟C中,在進行二次扣索張拉前,先對拱圈勁性骨架進行影響線加載,確定出對控制截面應力變化最敏感的位置作為加載點,然后再在該加載點處張拉二次扣索。
[0012]在橋梁建筑技術領域,拱圈施工中,控制截面多處于拱腳位置,在本申請的上述方案中,通過先對拱圈勁性骨架進行影響線加載,確定出對控制截面應力變化最敏感的位置作為加載點,使得能夠采用最小的扣索數量即可達到對拱圈勁性骨架應力的調整,如此,方便了二次扣索的安裝、調整和拆卸工序,進一步的降低了施工難度,節約了施工成本,縮短了工期。
[0013]作為本申請的優選方案,所述步驟C中,在外包混凝土澆筑前張拉二次扣索,使拱圈勁性骨架向后續加載本應變形的相反方向變形。
[0014]在傳統的成拱施工中,拱圈勁性骨架成拱后的受力情況,外包混凝土的載荷完全有拱圈承擔,而在在本申請的上述方案中,在進行外包混凝土澆筑前,先通過二次扣索使拱圈產生反方向的彈性變形,在外包混凝土澆筑完畢后,拆除二次扣索,將本應由拱圈勁性骨架承擔的載荷,分擔由拱圈勁性骨架和外包混凝土共同承擔,直接降低了拱圈勁性骨架的鋼管和管內混凝土的峰值應力,如此,采用本申請的方案,可以進一步的降低拱圈勁性骨架的截面尺寸和混凝土標號,進一步的降低了施工成本和施工難度;由于拱圈外包混凝土截面面積相對拱圈勁性骨架的鋼管面積要大很多(拱圈勁性骨架的鋼管截面面積僅占拱圈全截面面積的9%左右),所以在顯著減小拱圈勁性骨架的鋼管和管內混凝土應力的同時,外包混凝土截面的應力卻沒有明顯的增加,如此,進一步的使得,采用本申請施工方案的拱圈勁性骨架尺寸,能夠得到很大程度的減小,極大的降低了施工成本,也降低了施工難度,縮短了工期。
[0015]作為本申請的優選方案,所述步驟D中,澆筑拱圈勁性骨架外包混凝土依次包括下述步驟:
D1:對拱圈勁性骨架分環:沿拱圈勁性骨架的截面劃分為邊箱底板、中箱底板、下腹板、上腹板、邊箱頂板和中箱頂板;
D2:分環澆筑外包混凝土:按照步驟D1的分環劃分進行外包混凝土的澆筑,澆筑順序為:邊箱底板、下腹板、上腹板、邊箱頂板、中箱底板和中箱頂板。
[0016]在本申請的上述方案中,對拱圈勁性骨架進行分環,對拱圈勁性骨架按照分環進行分步澆筑,首先是降低了外包混凝土的澆筑難度,同時,在外包混凝土澆筑時,是采用先澆筑底部,然后再澆筑中部,然后再澆筑頂部,先澆筑兩側再澆筑中間的順序,使得在澆筑過程中,拱圈勁性骨架的受力均勻,保證工程施工質量。
[0017]作為本申請的優選方案,所述步驟D中,所述步驟D1與D2之間還設置有步驟D11 ; 步驟D11:將拱圈勁性骨架分為左跨拱圈勁性骨架和右跨拱圈勁性骨架:由拱圈勁性骨架頂部,垂直于拱圈勁性骨架切線方向的截面,將拱圈勁性骨架劃分為左跨拱圈勁性骨架和右跨拱圈勁性骨架;
在步驟D2中,進行拱圈勁性骨架的外包混凝土澆筑時,左跨拱圈勁性骨架和右跨拱圈勁性骨架同時、并且對稱進行外包混凝土澆筑。
[0018]在本申請的上述方案中,將拱圈勁性骨架分為左跨拱圈勁性骨架和右跨拱圈勁性骨架,在進行外包混凝土澆筑過程中,左跨拱圈