悬臂施工就是从已建桥墩开始,对称逐段地向两边延伸施工,并通过张拉预应力筋将新建节段与已有节段联结成为整体。悬臂施工过程中不需满设支架,为了承受施工荷载产生的不平衡弯矩,需首先将墩和梁临时固结,施工时先形成两端带悬臂的T形刚架,待合龙后才成为连续梁,因此施工过程中存在体系转换。
悬臂施工法建造预应力混凝土梁桥时,如果将悬伸的梁体与墩柱体做成刚性固结,这样构成了能最大限度地发挥悬臂施工优越性的预应力混凝土T形刚架桥。鉴于悬臂施工时梁体的受力状态,与桥梁建成后使用荷载下的受力状态基本一致,即施工中所施加的预应力,也是使用荷载下所需预应力的一部分,这就既节省了施工中的额外耗费,又简化了工序,使得这类桥型在设计与施工上达到完满的协调和统一。
用悬臂施工法来建造悬臂梁桥和连续梁桥,要比建造T形刚架桥复杂一些。因为在施工中需要采取临时措施使梁体与墩柱保持固结,而待梁体自身达到稳定状态时,又要恢复梁体与墩柱的铰接性质,对此尚需调整所施加的预应力以适应这种体系的转换。
(一)体系转换基本工序
悬臂施工工序不同,体系转换的方式也不一样。
基本工序有如下3种:
第一种:逐跨连续悬臂施工,如图12-2-1所示。
图12-2-1 逐跨连续悬臂施工的程序
此方法的步骤是:
(1)首先从B墩开始进行悬臂施工;
(2)A端边跨合龙,B墩临时固结释放后形成单悬臂梁;
(3)从C墩开始进行悬臂施工;
(4)BC跨中间合龙,释放C墩临时固结,形成带悬臂的两跨连续梁;
(5)从D墩开始进行悬臂施工;
(6)CD跨中间合龙,释放D墩临时固结,形成带悬臂的3跨连续梁;
(7)E端边跨合龙,完成4跨一联的连续梁施工。
逐跨连续悬臂施工可以利用已建结构在桥面上运输,故机具设备、材料、预制节段的运输简捷。此外,每完成一个新的悬臂并在跨中合龙后,结构稳定性和刚度不断加强,因此常在多跨连续梁或较长的大跨桥上使用。
第二种:T构-单悬臂梁-连续梁施工,如图12-2-2所示。
图12-2-2 T构-单悬臂梁-连续梁施工程序
此方法的步骤是:
(1)首先从B墩开始进行悬臂施工;
(2)A端边跨合龙,释放B墩临时固结,形成单悬臂梁;
(3)C墩进行悬臂施工;
(4)D端边跨合龙,释放C墩临时固结,形成单悬臂梁;
(5)BC跨中段合龙,完成3跨连续梁的施工。
此方法可使结构稳定,受力对称,并便于结构内力调整,常在3跨、5跨的连续梁中采用。
第三种:T构-双悬臂梁-连续梁施工,如图12-2-3所示。(www.xing528.com)
图12-2-3 T构-双悬臂梁-连续梁施工程序
此方法的步骤是:
(1)首先从B墩开始进行悬臂施工;
(2)再从C墩开始进行悬臂施工;
(3)BC跨中间合龙,并释放B、C墩的临时固结,形成双悬臂梁;
(4)A端边跨合龙;
(5)D端边跨合龙,完成3跨连续梁的施工。
此方法在结构呈双悬臂状态时,一端施力将引起另一端产生较大的位移,因此稳定性差,且费用昂贵,故较少采用。
上述3种悬臂施工的顺序是施工的基本方法,对于某一具体桥梁的施工顺序,可选择其中的一种,也可兼顾各自优点,综合选用合适的顺序。无论采用哪种工序,都需要悬臂施工前首先将桥墩与墩顶处梁段(称为0号块)临时固结,以承受施工过程中产生的不平衡弯矩。
悬臂施工法最大的优点是施工不受季节、河道水位的影响,不影响桥下通航,不需大量的支架和临时设备,因此这种施工方法在国内外得到广泛的应用。
(二)悬臂施工基本分类
悬臂施工方法是大跨径连续梁桥的主要施工方法。悬臂对称施工,根据施工方法的不同,可分为悬臂浇筑(简称悬浇)和悬臂拼装(简称悬拼)两类。悬臂浇筑是在桥墩两侧利用挂篮对称浇筑混凝土,待混凝土达到张拉强度后,张拉预应力筋,而后移动挂篮继续下一段的悬臂浇筑。悬臂拼装是利用吊机将预制块在桥墩两侧对称吊装,张拉预应力筋后使悬臂不断接长。
(三)悬臂浇筑施工程序
悬臂浇筑施工利用悬吊式的活动脚手架(或称挂篮)在墩柱两侧对称平衡地浇筑梁段混凝土(每段长2~5 m),每浇筑完一对梁段,待达到规定强度后就张拉预应力筋并锚固,然后向前移动挂篮,进行下一梁段的施工,直到悬臂端为止。但梁体部分不能与墩柱平行施工,施工周期较长,而且悬臂浇筑的混凝土加载龄期短,混凝土收缩和徐变影响较大。
梁体一般要分为四部分浇筑,如图12-2-4所示。A为墩顶梁段(又称0号块),B为由0号块两侧对称分段悬臂浇筑部分,C 为边孔在支架上浇筑部分,D为主梁在跨中合龙段。主梁各部分的长度视主梁形式和跨径、挂篮的形式及施工周期而定。0号块一般为5~10 m,悬浇分段一般为3~5 m,支架现浇段一般为2~3个悬臂浇筑分段长度,合龙段一般为1~3 m。
图12-2-4 悬臂浇筑分段示意图
悬浇中各独立T构的梁体处于负弯矩受力状态,随着各T构的依次合龙,梁体也依次转化为成桥状态的正负弯矩交替分布形式,这一转化就是连续梁的体系转换。因此,连续梁悬浇施工的过程就是其应力体系转换的过程,也就是悬浇时实行支座临时固结、各T构的合龙、固结的适时解除、预应力的分配以及分批依次张拉的过程。
(四)悬臂拼装施工
悬臂拼装法是利用移动式悬拼吊机将预制梁段起吊至桥位,然后采用环氧树脂胶和预应力筋连接成整体。采用逐段拼装,一个节段张拉锚固后,再拼装下一节段。悬臂拼装的分段,主要决定于悬拼吊机的起重能力,一般节段长2~5 m。节段过长则自重大,需要悬拼吊机起重能力大,节段过短则拼装接缝多,工期也延长。一般在悬臂根部,因截面面积较大,预制长度比较短,以后逐渐增长。悬拼施工适用于预制场地及运吊条件好,特别是工程量大和工期较短的工程。
悬拼和悬浇均利用悬臂原理逐段完成全联梁体的施工,悬浇是以挂篮为支承进行逐段浇筑,悬拼是以吊机逐段完成梁体拼装。实践表明,悬拼和悬浇与支架施工等方法相比除有许多共同优点外,悬拼还有以下特点:
(1)进度快。传统的悬浇法灌注一节段梁周期,在天气好时也需要1个星期左右;而采用悬拼法,梁体节段的预制可与桥梁下部构造施工同时进行,平行作业缩短了施工工期,且拼装速度快。
(2)制梁条件好,混凝土质量高。悬拼法将大跨度梁化整为零,在地面施工,预制场或工厂化的梁体节段预制有利于整体施工的质量,操作方便、安全。悬浇的混凝土有时会因达不到强度而造成事故,处理起来较麻烦,延误了工期,损失较大。采用悬拼法,节段梁在地面有足够的预制时间,可以设法弥补工程施工中的不足。
(3)收缩、徐变变形小。预制梁段的混凝土龄期比悬浇成梁的长,从而减少了悬拼成梁后混凝土的收缩和徐变。
(4)线形好。节段预制采用长线法,长线法是在按梁底曲线制作的固定底模上分段浇筑混凝土的方法,能保证梁底线形。
(5)适合多跨梁施工。当桥梁跨度越大、桥跨越多,则越能体现悬拼法的优越性,也就越经济。悬拼的核心是梁的吊运与拼装,梁体节段的预制是悬拼的基础。
悬拼施工工序主要包括:梁体节段的预制、移位、堆放、运输;梁段起吊拼装;悬拼梁体体系转换;合龙段施工。具体见相关施工手册。
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