專利名稱：大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載預壓的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及涉及EOlD橋梁技術或裝置，尤其是大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載預壓的方法。
背景技術：
高墩大跨徑橋梁的設計和建設得到普遍應用。山區(qū)橋梁、跨海和跨河大橋，如懸索橋梁、拱橋、斜拉橋、現(xiàn)澆連續(xù)梁橋、剛構橋等要求具有較大的跨越能力。這些橋梁在上部構造梁板起步段施工時，基本都需要鋼結構支撐來完成，預應力反張拉預壓工法的出現(xiàn)正是施工企業(yè)技術人員結合現(xiàn)場實際解決大噸位結構預壓的一種工法。在橋梁施工工程施工中以貝雷支架、打入式鋼管樁作為承重樁，在混凝土澆筑過程中可能會產生沉降，這樣會影響支架的整體受力。為了避免澆筑過程中不均勻沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)，準確得知支架在荷載作用下的非彈性和彈性變形，檢驗支架的強度、剛度和穩(wěn)定性，確定模板底部標高的調整值的工程活動就稱為預壓。預壓的目的是驗證支撐構件的強度、剛度和穩(wěn)定性，消除非彈性變形、測定彈性變形量為確定立模高程提供參數(shù)。預應力加載的方法是模擬托架施工狀態(tài)下的荷載，采用預應力張拉所產生的反向作用力加載的一種工法?，F(xiàn)有技術中，采用工廠化生產的預制柱和預制預應力梁，運至現(xiàn)場，直接吊裝梁柱就位后，將后張預應力筋穿過粱柱預留孔道，對節(jié)點實施預應力張拉預壓，通過一榀兩層雙跨預壓裝配式預應力混凝土框架作為拼裝手段，檢驗預應力混凝土框架的受力性能和變形能力。另外，現(xiàn)在開始受到重視的掛籃預壓方案和千斤頂反壓加載法，主要是通過測量掛籃在各級靜力試驗荷載作用下的變形，了解掛籃結構在工作狀態(tài)時與設計期望值是否相符，并消除掛籃主桁、吊帶及底籃的非彈性變形。所述掛籃常規(guī)加載試驗有“水箱加載法”和“沙袋加載法”，但是這兩種常規(guī)的試驗方法都存在加載卸載耗時長，荷載不易控制且易受氣溫、大風等環(huán)境因素影響等缺點，易導致加載試驗測量觀測數(shù)據(jù)不準確等問題；而掛籃結構采用液壓千斤頂加載預壓很好地解決了上述問題，其優(yōu)點在于:加載結構簡單，受力明確，每個受力狀態(tài)模擬比較貼近實際；荷載大小可從液壓千斤頂油表直接讀取，加卸載過程容易控制；分級加載從開始至結束全過程耗時不到一小時，而常規(guī)“水箱加載法”完成加載過程需耗4-5d;因加載耗時少，可反復加載，多次讀數(shù)，確保了試驗數(shù)據(jù)的準確性；受環(huán)境因素影響小。另外，“千斤頂反壓加載法”相對常規(guī)“水箱加載法”也能節(jié)省施工耗時耗材，且試驗效果較后者更佳?！扒Ы镯敺磯杭虞d法”在的掛藍施工中得到廣泛運用。相關已公開技術較少，如:中國專利申請201120548040橋梁懸臂澆筑施工掛籃非對稱加載預壓裝置，包括墩身上端的O號塊，連接于O號塊的掛籃，還包括反力架，所述反力架側視投影呈三角形框架；所述三角形框架由立架、底架和斜架構成，所述反力架設有兩個三角形框架，兩個三角形框架之間通過橫撐連接；使用時底架與斜架的連接點處與掛籃前下橫梁之間設有千斤頂；所述底架和斜架與立架的連接端分別與O號塊固定連接。
中國專利申請201110297925預應力鋼-混凝土組合橋梁制造方法，其根據(jù)鋼梁的支點負彎矩影響線，計算出最不利活荷載位置及該位置的活荷載的大??；在鋼梁的正彎矩區(qū)澆筑正彎矩區(qū)混凝土 ；在正彎矩區(qū)混凝土上布置預壓配重，預壓配重的位置及大小與最不利位置的活荷載相同；在負彎矩區(qū)澆筑鋼纖維膨脹混凝土 ；待鋼纖維膨脹混凝土達到硬化強度后，拆除預壓配重。鋼梁頂部的連接件包括剛性組合連接件、柔性組合連接件或非組合連接件、彈性組合連接件。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載預壓的方法，縮短工時，降低造價并保持和提高施工品質。本發(fā)明的目的是通過如下技術措施實現(xiàn)的:在包括張拉錨固端設置、鋼結構支撐體系安裝完畢和千斤頂油泵準備的準備工作完成后，安裝張拉端分配橫梁，然后安裝錨固端錨固橫梁，然后安裝鋼絞線和千斤頂，然后開展張拉預壓施工，觀測記錄桿件變形情況，然后判定，如剛度滿足要求則放張卸載，拆除張拉設備，開展下道工序施工；如剛度不滿足要求，則進行鋼結構桿件加固設計施工，再從準備工作步驟進入工序。本發(fā)明的有益效果是:對于大跨徑、高墩的大型鋼構支撐體系，突破常規(guī)堆載預壓思路，特別適用于大跨徑橋梁上部構件支撐體系預壓施工，可加快分項工程施工進度，縮短工期。具有操作簡易、工藝相對簡單，工時少、壓縮工期和降低成本的優(yōu)勢，張拉預壓設備材料可回收利用。取消了龐大的配載并且現(xiàn)場操作簡便、快捷，無需額外投入任何材料，基本不需投入機械，對加快施工進度和成本節(jié)約有著顯著的改善，能夠更接近結構實際承載狀態(tài)、加載精度更精確等特點并具有良好的社會經濟效益。


圖1為本發(fā)明中的加載預壓方法工藝流程示意2為本發(fā)明中大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載結構示意3為加載預壓后澆筑形成的橋梁結構示意圖附圖標記包括:承臺1，墩身2，錨固端3，鋼絞線4，預應力加載端5，橫梁6，牛腿弦桿7，附壁鋼板8，拉桿9，斜支撐10，預埋鋼板11，斜拉腹桿12，豎向腹桿13，千斤頂14。
具體實施例方式本發(fā)明原理是利用穿心式液壓千斤頂14張拉所產生的反向作用力對結構支撐體系進行強度、剛度及穩(wěn)定性能測試的一種方法；預應力反張預壓是由后張預應力施工延伸而來的一種工法，實施方法和預應力施工操作如出一轍，可以說是一種簡單易于操作的工法。以下結合附圖和實施例進一步說明。本發(fā)明中的加載預壓方法工藝流程，如附圖1所示，在包括張拉錨固端3設置、鋼結構支撐體系安裝完畢和千斤頂14油泵準備的準備工作完成后，安裝張拉端分配橫梁6，然后安裝錨固端3錨固橫梁6，然后安裝鋼絞線4和千斤頂14，然后開展張拉預壓施工，觀測記錄桿件變形情況，然后判定，如剛度滿足要求則放張卸載，拆除張拉設備，開展下道工序施工；如剛度不滿足要求，則進行鋼結構桿件加固設計施工，再從準備工作步驟進入工序。前述中，預壓的目的是驗證支撐構件的強度、剛度和穩(wěn)定性，消除非彈性變形、測定彈性變形量為確定立模高程提供參數(shù)。預應力加載的方法是模擬托架施工狀態(tài)下的荷載，采用預應力張拉所產生的反向作用力加載的一種工法。本發(fā)明中，預應力張拉預壓法是一種較新穎的對鋼結構支撐桿件進行預壓檢測的方法，可廣泛應用于各種大噸位的鋼結構支撐構件和懸臂鋼結構等的預壓檢測。實施例1:如附圖2所示，大橋主橋1#塊牛腿托架設計為5片一組的桁架式鋼結構，在安裝牛腿托架的墩身2位置預埋鋼板11，每塊預埋鋼板11預留6孔Φ32孔洞，墩身2施工完畢后開始安裝牛腿托架，牛腿托架的牛腿弦桿7和墩身2的連接采用Φ32精軋螺紋鋼進行螺栓連接；牛腿弦桿7連接、牛腿托架與附壁鋼板8連接采用Φ700πιπι16鋼銷連接；牛腿弦桿7與斜拉腹桿12或豎向腹桿13連接采用螺栓連接，考慮牛腿托架懸臂端受力薄弱因此在牛腿托架前端設置斜支撐10。牛腿弦桿7中的上弦桿主要承受彎拉應力因此設置了斜拉腹桿12和豎向腹桿13，以提高懸臂端和跨中剛度。前述中，牛腿托架安裝完成后需對螺栓和鋼銷連接情況進行詳細全面的檢查，然后進行預壓設備桿件安裝。預應力反拉前先定位錨固端3，加載前先安裝牛腿托架位置張拉橫梁6，張拉橫梁6采用2根兩米的200型工字鋼制做而成。錨固端3采用400型工字鋼連接精軋螺紋鋼安裝于承臺I上，鋼絞線4采用錨環(huán)和夾片固定在工字鋼位置。張拉加載端在張拉橫梁6上安裝錨環(huán)但不安裝夾片，這樣做的目的是便于放張卸載。預應力加載設備采用預制箱梁張拉設備，鋼絞線4使用數(shù)量根據(jù)預壓荷載和設備情況而定但不小于4根，鋼絞線4長度根據(jù)現(xiàn)場實測。前述中，選擇具有代表性兩組牛腿托架進行施加預應力反拉以完成預應力的加載預壓，選擇反拉預壓的牛腿托架分別為，腹板位置兩片牛腿和頂?shù)装逦恢脙善Ｍ韧屑?；加載前檢查鋼結構有無變形，檢查牛腿托架與墩身2間的連接是否牢固，檢查合格后方能進行加載工作；荷載試驗按施工中托架受力最不利的部位進行等效加載，測定各級荷載作用下托架產生的撓度；根據(jù)各級荷載作用下掛籃產生的撓度繪出掛籃的荷載-撓度曲線，為懸臂施工控制提供可靠的依據(jù)；加載按照分級加載進行從0% -20% -40% -60% -80% -100%，逐級記錄牛腿支架懸臂端撓度變化，滿足要求后持荷觀察桿件的抗疲勞穩(wěn)定性。前述中，采用的機具設備配置如下:1)2臺套200t穿心式自錨液壓千斤頂14。2)4孔工作錨、4孔工具錨各2套。3) 4件20t螺旋式千金頂14。4)錨固端3和橫梁6為4X lm200a工字鋼；張拉端橫梁6為4X2m200a工字鋼。5)錨固端3預埋Φ 32精軋螺紋鋼4X2.5m。6) Φ3 = 15.2低松弛鋼絞線4。在本實施例中，工法實施前應先埋設構成錨固端3的張拉錨固材料，將千斤頂14張拉所產生向上的拉力傳遞至錨固端3 ;反張預壓的千斤頂14型號選擇不小于1.5倍荷載的穿心式千斤頂，張拉加載位置選擇在結構受力最不利位置；錨固端3安裝完畢后進行鋼絞線4和千斤頂14安裝，張拉時根據(jù)加載噸位計算油表讀數(shù)并分級逐步張拉至加載值，觀察和測量每一級荷載結構的變形情況，超出規(guī)范允許變形范圍時應停止加載并對鋼結構進行加固處理，張拉完畢后穩(wěn)壓觀察結構的穩(wěn)定性。然后，預壓完成后，如附圖1所示，在上不鋼結構基礎上澆筑形成的橋梁結構。在本發(fā)明中，大噸位鋼結構支撐體系運用預應力張拉預壓工法，加快分項工程施工進度，縮短工期。利用預應力反張拉預壓工法對于大跨徑、高墩的大型鋼構支撐體系壓縮工期和降低成本的優(yōu)勢更為突出，取消了龐大的配載并且張拉預壓設備材料可回收利用。工藝相對簡單，現(xiàn)場操作簡便、快捷，對加快施工進度和成本節(jié)約有著顯著的改善。預應力張拉預壓工法是將結構線性均布荷載以點荷載形式進行模擬檢測，并且在預壓部位選擇上比較靈活可以對結構受力最不利的部位進行單獨檢測，因此該工法對于支撐構件的安全性保證更高。本發(fā)明工法有別于以往常規(guī)的堆載預壓方法，優(yōu)點比較突出實施簡易、工時少、無需額外投入任何材料、基本不需投入機械、能夠更接近結構實際承載狀態(tài)、加載精度更精確等。預應力反張加載預壓工法的成功應用功效明顯提高，施工期間節(jié)省了龐大的堆載材料、人工、工字鋼、模板、架桿、起吊設備等，工料機的投入成本明顯降低并且工法實施簡便易于操作，此工法的適用性、安全性、經濟性經工程實踐驗證可靠。本發(fā)明適用范圍包括，高墩大跨徑橋梁上部構造施工，如連續(xù)剛構橋梁起步段、現(xiàn)澆連續(xù)梁起步段、懸索橋梁起步段、斜拉橋梁起步段等采用懸臂施工的橋梁，以及采用懸臂結構和簡支結構的鋼結構支撐桿件的預壓檢測。
權利要求
1.大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載預壓的方法，其特征是:在包括張拉錨固端(3)設置、鋼結構支撐體系安裝完畢和千斤頂(14)油泵準備的準備工作完成后，安裝張拉端分配橫梁(6)，然后安裝錨固端(3)錨固橫梁(6)，然后安裝鋼絞線(4)和千斤頂(14)，然后開展張拉預壓施工，觀測記錄桿件變形情況，然后判定，如剛度滿足要求則放張卸載，拆除張拉設備，開展下道工序施工；如剛度不滿足要求，則進行鋼結構桿件加固設計施工，再從準備工作步驟進入工序。
2.如權利要求1所述的大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載預壓的方法，其特征在于，在安裝牛腿托架的墩身(2)位置預埋鋼板(11)，每塊預埋鋼板(11)預留孔洞，墩身(2)施工完畢后開始安裝牛腿牛腿托架，牛腿托架的牛腿弦桿(7)和墩身(2)的連接采用精軋螺紋鋼進行螺栓連接；牛腿弦桿(7)連接、牛腿托架與附壁鋼板8連接采用鋼銷連接；牛腿弦桿(7)與斜拉腹桿(12)或豎向腹桿(13)連接采用螺栓連接，在牛腿托架前端設置斜支撐(10)。
3.如權利要求1所述的大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載預壓的方法，其特征在于，牛腿托架安裝完成后需對螺栓和鋼銷連接情況進行詳細全面的檢查，然后進行預壓設備桿件安裝；預應力反拉前先定位錨固端(3)，加載前先安裝牛腿托架位置張拉橫梁(6)，錨固端(3)采用工字鋼連接精軋螺紋鋼安裝于承臺(I)上，鋼絞線(4)采用錨環(huán)和夾片固定在工字鋼位置；張拉加載端在張拉橫梁(6)上安裝錨環(huán)但不安裝夾片。
4.如權利要求1所述的大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載預壓的方法，其特征在于，預應力加載設備采用預制箱梁張拉設備，鋼絞線(4)使用數(shù)量根據(jù)預壓荷載和設備情況而定但不小于(4)根，鋼絞線(4)長度根據(jù)現(xiàn)場實測。
5.如權利要求1所述的大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載預壓的方法，其特征在于，選擇具有代表性兩組牛腿托架進行施加預應力反拉以完成預應力的加載預壓，選擇反拉預壓的牛腿托架分別為，腹板位置兩片牛腿和頂?shù)装逦恢脙善Ｍ韧屑?；加載前檢查鋼結構有無變形，檢查牛腿托架與墩身(2)間的連接是否牢固，檢查合格后方能進行加載工作；荷載試驗按施工中托架受力最不利的部位進行等效加載，測定各級荷載作用下托架產生的撓度；根據(jù)各級荷載作用下掛籃產生的撓度繪出掛籃的荷載-撓度曲線，為懸臂施工控制提供可靠的依據(jù)；加載按照分級加載進行從O % -20% -40% -60% -80% -100%,逐級記錄牛腿支架懸臂端撓度變化，滿足要求后持荷觀察桿件的抗疲勞穩(wěn)定性。
6.如權利要求1所述的大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載預壓的方法，其特征在于，工法實施前應先埋設構成錨固端(3)的張拉錨固材料，將千斤頂(14)張拉所產生向上的拉力傳遞至錨固端(3);反張預壓的千斤頂(14)型號選擇不小于1.5倍荷載的穿心式千斤頂，張拉加載位置選擇在結構受力最不利位置；錨固端(3)安裝完畢后進行鋼絞線(4)和千斤頂(14)安裝，張拉時根據(jù)加載噸位計算油表讀數(shù)并分級逐步張拉至加載值，觀察和測量每一級荷載結構的變形情況，超出規(guī)范允許變形范圍時應停止加載并對鋼結構進行加固處理，張拉完畢后穩(wěn)壓觀察結構的穩(wěn)定性。
全文摘要
大跨徑橋梁上部鋼結構支撐預應力反張拉加載預壓的方法，在包括張拉錨固端(3)設置、鋼結構支撐體系安裝完畢和千斤頂(14)油泵準備的準備工作完成后，安裝張拉端分配橫梁(6)，然后安裝錨固端(3)錨固橫梁(6)，然后安裝鋼絞線(4)和千斤頂(14)，然后開展張拉預壓施工，觀測記錄桿件變形情況，然后判定，如剛度滿足要求則放張卸載，拆除張拉設備，開展下道工序施工；對于大跨徑、高墩的大型鋼構支撐體系，突破常規(guī)堆載預壓思路，縮短工期。張拉預壓設備材料可回收利用。取消了龐大的配載并且現(xiàn)場操作簡便、快捷，對加快施工進度和成本節(jié)約有著顯著的改善，能夠更接近結構實際承載狀態(tài)、加載精度更精確。
文檔編號E01D21/00GK103174097SQ201310123978
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權日2013年4月11日
發(fā)明者朱建國, 王蜀元, 沈丙軍, 李強, 唐志超 申請人:新疆北新路橋集團股份有限公司