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1、200km/h时速客货共线铁路40m双线简支箱梁移动模架法施工技术试验研究研究大纲#铁源工程检测#石 家 庄 铁 道 大 学二一年十月目 录1、研究背景12、研究依据与目的22.1 研究依据22.1.1 国家标准22.1.2 部标、行业标准22.2 研究目的33、主要研究内容33.1 理论研究33.2 现场试验与监测44 技术关键45 模拟分析与现场跟踪检测55.1 计算机仿真模拟分析55.2 现场量测与控制106 工作进度187 研究成果18200km/h时速客货共线铁路40m双线简支箱梁移动模架施工技术研究大纲1、研究背景移动模架法制梁最早于1955年在德国Andernach安德纳赫9号公
2、路跨莱茵河的一座桥梁上使用,之后在国外广泛用于高速公路及铁路桥梁施工。国内从20世纪90年代在公路桥梁施工中开始采用移动模架制梁,移动模架是一种自带模板可在桥位间自行移位,逐孔完成箱梁现浇施工的大型制梁设备,制梁不受桥下地质条件的限制,适应深谷、软基、水中等各种施工工况的要求,便于开展平行流水作业,避免大吨位提、运、架设备和预制场的一次性投入,尤其适合于长大定尺寸梁体的制造；近年来在我国高速铁路及客运专线铁路建设中得以迅速发展和广泛应用。我国铁路客运专线及高速铁路双线整孔箱梁常用跨度为24m、32m两种,40m跨度的双线整孔箱梁仅在极个别桥梁上应用过,如向浦铁路东新赣江特大桥、#天兴洲长江特大
3、桥等。目前我国200km/h及以下时速客货共线铁路简支桥梁均采用24m、32m跨度标准T梁,工厂化制梁,架桥机架设。阜六铁路淮河特大桥全长,与上游阜六高速公路淮河特大桥并行,中心间距60m,由于通航及河道防洪防汛汛要求,主河道内北侧跨越濛河分洪道及淮河行洪区的25#墩至36#墩必须与上游阜六高速公路淮河特大桥对孔布置,设计采用11孔、40m跨双线简支箱梁,线间距,移动模架法原位现浇施工。线间距、40m跨度双线简支箱梁国内目前尚无标准设计,虽然移动模架制梁理论成熟,技术上可行；但40m双线简支箱梁移动模架法施工在我国高速铁路及客运专线铁路桥梁建设的应用尚不多见,在200km/h及以下时速客货共线
4、铁路桥梁建设上更是首次应用。40m双线整孔简支箱梁移动模架法原位现浇施工影响因素多、技术难度大、安全质量控制难,国内尚未有可借鉴的成熟经验,因此对200km/h时速客货共线铁路40m双线简支箱梁移动模架法施工技术进行很研究有必要,以拓展移动模架法制梁技术的施工范围,满足铁路建设发展的需要；达到规范移动模架制梁施工、确保工程质量,建立完整统一的施工工艺、作业方法及质量验收标准的目标,同时为完善铁路桥梁标准设计提供借鉴。2、研究依据与目的2.1 研究依据国家标准1、钢结构设计规范GB 50017 2、钢结构工程施工质量验收规范GB 50205 3、钢结构工程质量检验评定标准GB 50221 4、起
5、重机设计规范GB 3811 5、起重机试验规范和程序GB 5905 6、起重机械安全规程GB 6067 7、钢结构焊缝外形尺寸GB 10854 8、紧固件机械性能GB 3098 9、低压电器基本标准GB 1497 10、液压系统通用技术条件GB/T 3766 11、电气装置安装工程施工及验收规范GBJ232 部标、行业标准1、铁路混凝土与砌体工程施工规范TB10210-20012、铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准TB10424-2003 3、铁路桥涵施工规范4、铁路桥涵工程施工质量验收标准TB10415-20035、预应力筋用锚具、夹具和连接器GB/T143706、铁路架桥机架梁规程TB1
6、02137、预制后张法预应力混凝土铁路简支箱梁TB14968、钢桥制造通用技术条件TB/T2659.1 9、钢桥制造、板梁、箱梁技术条件TB/T2659.3 10、铁路钢桥制造规范TB10212 11、铁路钢桥保护涂装TB/T1527 12、铁路钢桥高强度螺栓、连接施工规定TBJ214 13、装配通用技术要求/ZQ4000.9 14、焊接件通用技术要求/ZQ 4000.15、8616、铁路桥混凝土工程施工质量验收补充标准铁建设2005160号17、铁路混凝土工程施工技术指南TZ210-20052.2 研究目的移动模架制梁工法的特点在于在移动的模架上进行混凝土梁的施工,与现场预制吊装的情况相比,
7、移动模架制梁的成品质量目前还达不到现场预制梁的水平,但两者之间的质量和工作性能是否存在实质性的差异,移动模架制梁是否能满足设计要求、能否达到铁路桥涵工程施工质量验收标准是本研究课题需要解决的主要问题。40m双线简支箱梁目前仅在客运专线铁路个别桥梁上有所应用,200km/h时速客货共线铁路尚属首次应用,且为双线架梁、单线铺轨,桥梁偏载作用明显。通过对成桥过程及成桥后应力的监控与比较,研究桥梁偏载对结构性能的影响,为桥梁的维护与保养提供参数；通过对桥梁实际应力状态与设计应力状态的进行对比、分析,研究200km/h时速客货共线铁路40m双线简支箱梁力学特点,为完善铁路桥梁标准设计提供借鉴。3、主要研
8、究内容3.1 理论研究本项目理论研究的主要工作内容如下：1、40m双线简支箱梁移动模架造桥机制梁关键技术研究,变形控制技术,预压测试方法,预拱度计算与设置方法,支座安装方法,混凝土入模技术和温度控制方法；2、40m双线简支箱梁偏载应力状态研究,通过对成桥过程、成桥后及运营条件下的应力监控与比较分析,研究桥梁在长期偏载作用下的应力状态,提供维修保养参数；并为优化类似工程的设计提供依据；7、根据以上研究成果,偏载状态40m双线简支箱梁维修养护手册。现场试验与监测1、移动模架造桥机制梁混凝土性能研究,确定适合移动模架造桥机制梁的高性能混凝土；2、现场跟踪试验与监测研究：混凝土强度、弹性模量变化特性测
9、试,混凝土水化热变化特性测试,管道摩阻、锚口和喇叭口摩阻、锚具回缩等预应力损失测试,控制截面混凝土预压应力效果测试、梁体弹性上拱度测试,梁体压缩量测试,混凝土收缩、徐变测试,梁体徐变上拱度测试,成桥线性及应力监控,线上工程完工后线性及应力监控,运营条件下线性及应力监控。4 技术关键分析研究移动模架制梁混凝土入模技术和温度控制、预应力张拉工艺等方面影响移动模架制梁质量的内在成因,并研究制定对策；调查分析偏载状态下40m简支箱梁的应力状态及偏载对桥梁使用性能的影响,并研究制定对策；关键技术研究预拱度计算与设置方法移动模架制梁预拱度包括箱梁设计预拱度和模架本身的弹性变形,通过研究主要提出箱梁设计预拱
10、度复核性计算、移动模架造桥机的变形计算和预拱度的设置方法；混凝土入模温度和温度控制方法混凝土入模温度和温度控制对梁体质量控制主要是温度裂缝和收缩裂缝控制至关重要,主要通过研究分析混凝土入模温度和梁体温度变化规律与梁体温度裂缝和收缩裂缝之间的内在因果关系,解决混凝土裂缝控制技术；研究移动模架造桥机制梁现场施工跟踪检测现场施工跟踪检测是本研究项目最重要的核心内容,通过检测成果与理论计算结果对比分析,检验、求证移动模架制梁是否能满足设计及有关要求；5 模拟分析与现场跟踪检测计算机仿真模拟分析和现场跟踪检测是本研究项目最重要的核心工作内容,研究过程中需加强现场移动模架制梁的跟踪检测、试验与监测工作,作
11、好相关技术咨询和现场指导,及时收集、整理、总结各阶段的原始技术资料,最终通过现场跟踪检测结果与理论计算结果对比分析,验证移动模架制梁造桥机结构性能、产品质量是否能满足设计要求。同时加强对成桥后、线上工程完工后及运营条件下三个阶段的线性及应力监控,总结提出偏载对桥梁使用性能的影响。5.1 计算机仿真模拟分析计算机仿真分析思路在对施工图充分理解的基础上,与施工单位广泛接触,尽可能详细的了解施工过程,调查施工荷载的大小与位置。根据设计及施工单位选定的施工方法进行40m箱梁的有限元理论分析时,尽可能预先精确模拟计算施工全过程,获得结构各施工阶段的期望状态,给出各施工过程中的断面的内力、应力和变形的期望
12、值,对选定的施工控制主要参数及主要成果应形成施工控制预备文件,在此基础上进行施工误差灵敏度分析,确定各施工步骤的允许误差及误差出现后的内力及位移调整方案,作为施工依据。模拟分析具体步骤如下：先将结构按照实际工况离散成单元。按照实际施工顺序,包括混凝土浇筑、预应力一次张拉、模架过孔前移、预应力二次张拉等安排若干个施工阶段,根据各施工阶段主梁的受力状况进行仿真计算。计算过程中应同时考虑温度场的效应。将结构按照正装计算结果,得出箱梁各梁段理论施工控制值。在整个施工控制过程中,对结构变化有影响的变化因素进行跟踪计算,以确保施工控制计算结果的可靠性。5.1.2计算机仿真模拟分析模型与结果利用大型有限元分
13、析软件Midas/civil建立计算模型,采用梁单元进行模拟,根据截面变化,共划分24个单元,计算模型如图5.1所示。图5.1 计算模型计算工况如下：1、013天完成第一孔箱梁混凝土浇筑工作；2、1415天完成钢绞线所有安装张拉工作；3、以15天为一个工作周期,共计11孔,则最后一孔完成时间应该4、为第165天,并上二期恒载205kN/m；4、考虑10年时间的收缩徐变发展；5、施加列车荷载。施工过程箱梁截面应力包络图如图5.2所示。图5.2施工阶段应力包络图 梁体最大压应力应力最大截面的横断面应力分布如图5.3所示。图5.3横断面应力分布施加活荷载后应力如图5.4所示。图5.4施加列车荷载后应
14、力分布 梁体最大压应力预应力及恒载作用下梁体变形如图5.5所示。图5.5恒载作用下梁体变形图列车荷载作用下梁体变形如图5.6所示。图5.6列车荷载作用下梁体变形图根据以上两项变形按下式进行叠加得到施工预拱度。预拱度=-恒载变形+列车荷载变形/2梁体由于预应力、混凝土收缩和徐变等因素引起的弹性压缩量如图5.7所示。图5.7收缩徐变作用下梁体梁体弹性压缩量活动支座位移量指桥梁施工阶段结束后,活动支座的上支座板偏移支座理论中心线的位移,主要分为两部分：因梁体的弹性压缩、混凝土收缩徐变引起的位移量1 ,由于体系温差引起的位移量2,故活动支座位移量为1+2。因活动支座的预设偏移量是抵消施工阶段各墩活动支
15、座产生的纵向水平位移量,故支座预设偏移量与支座位移量相反：即支座预设偏移量为=。支座预偏量计算所需气温数据：支座预偏量计算结果10月气温11月气温12月气温1月气温2月气温3月气温平均气温3.8 0.7 5.4 10.5 温度伸缩梁1.1 -2.5 -4.4 -5.6 -3.7 -1.8 弹性压缩量-27.3 -27.3 -27.3 -27.3 -27.3 -27.3 预偏量26.2 29.8 31.7 32.9 31.0 29.1 5.2现场量测与控制施工监控量测系统建立的原则与依据桥梁施工监控量测系统的建立,必须依据桥梁施工所选用的施工方法及详细的施工计划来进行。对多跨同类型的桥梁结构,监
16、测系统的线路布置与规划服从于桥跨及监测断面的空间位置,与结构施工的先后次序密切相关。淮河特大桥40m箱梁采用预应力混凝土连续梁,由于采用移动模架原位现浇,施工方法复杂,技术含量高,施工难度大。根据施工和科学研究的要求,必须在施工过程中建立跟踪检测监控系统,对40m箱梁进行施工全过程的施工监测,确保大桥安全施工,满足桥梁结构内力与线型的要求。根据时速200公里客货共线铁路双线40m移动模架现浇简支箱梁施工图的设计意图、描述的施工过程、施工步骤,编制施工监测实施细则。施工监控量测工作一方面是保证各个施工阶段能安全、可靠地进行；另一方面是结合测试分析和模拟计算,对施工过程中结构状态的变化进行有效的预
17、测和控制,使结构在建成时达到设计所希望的几何形状与合理的内力状态。施工监控量测的主要流程如下：收集设计、施工文件混凝土试验成果、施工挂蓝参数、施工工艺、施工计划施工过程的计算机模拟细化和优化施工监控方案、制定施工监控细则专家审查监测监控准备工作材料设备购置仪器设备和测试系统标定辅助设施的设计制作传感器的安装调试基准点设置监测、监控关键工序的实时跟踪监测阶段性监测控制点变形控制截面应力线型、位移应力测试温度场预应力监测结果分析偏差分析环境作用分析材料参数变异分析修正模拟计算值预测指导下一步施工图 施工监控量测流程图本桥施工量测控制主要包含以下内容：1施工监控的主要内容与技术路线；2结构截面的应力
18、监测；3砼弹模、容重的测定和热膨胀系数的确定；440m箱梁结构施工监控；5预应力管道摩阻损失的测定；6温度监测；7预应力钢筋应力监测；8腹板抗剪性监控；9施工控制误差分析；注：其中有些项目是由施工单位委托相关的检测机构进行。5.1.240m箱梁施工量测实施细则淮河特大桥40m箱梁施工监测工作界面为：全桥进行基础沉降、桥墩纵向变形观测与控制、全桥箱梁施工挠度观测与标高控制、箱梁主要截面应力观测与控制。1 变形及位移监测1箱梁施工平面及高程控制实施细则为了保证淮河特大桥40m箱梁预应力混凝土箱梁施工质量和安全,控制每一梁段施工的中线位置和标高,监测施工过程中各段箱梁的挠度变化情况,特制定箱梁施工的
19、平面和高程控制实施细则。2箱梁施工测量网的建立为预应力混凝土箱梁施工服务的测量控制网应一次建立在各墩的承台上,尔后再根据施工的进度安排将承台上的控制点转移到各自的箱梁上。平面控制网采用淮河特大桥建立的控制网点,平面控制网采用全站仪建立。3梁段测点的埋设箱梁的各梁段的测点布置见图。图 梁体变形测点布置示意测点标志使用沉降观测标或由钢筋自制圆头。埋设的测点必须与箱梁顶板中上、下层钢筋焊接牢固,其底端要抵紧底板的底模板。在混凝土施工中严禁踩踏、碰撞。4箱梁施工过程中,测量小组应进行以下工况的挠度测量和高程控制测量：移动模架就位立模后；浇筑箱梁混凝土前、后；纵向预应力钢束张拉前、后。 同时,应进行以下
20、两个工况的箱梁平面中线位置控制测量,即：移动模架就位及立模板后；浇筑箱梁混凝土之后。 为了克服温度变化所引起的变形影响,固定观测时间比较重要,一般应选择在早上日出之前以前完成外业测量。另外,箱梁浇筑混凝土后也应在次日的清晨时间测量变形。 在现场测量中,若实测梁段的标高值与预测标高计算值差值大于15mm时；实测箱梁平面中线位置差值大于5 mm时,应进一步核实测量结果并及时向施工控制组汇报,待监理和施工控制组认可测量结果后方可结束测量工作。5桥墩基础沉降观测是箱梁施工控制观测的组成部分。 桥墩基础沉降观测点设在各墩的承台上,每个承台上设4个测点对称设置,测点采用承台埋置式测点。桥墩基础沉降观测按相
21、关测量的精度等级要求进行实测。每个桥墩基础沉降观测资料应及时整理。当出现异常沉降时,应分析异常沉降原因及时上报施工控制组以供分析决策用。2施工应力监测1应力监测项目 监测箱梁截面正应力是否在设计要求范围内。观察预应力钢束张拉锚固、恒载、体系转换等作用下箱梁混凝土正应力变化等。监测箱梁混凝土主应力。监测箱梁在合拢后混凝土主应力是否在设计要求范围内,得到测试数据后与理论分析值进行对比分析。箱梁正应力监测截面,在淮河特大桥40m箱梁长度范围内设置3个监测断面,分别设置内跨度的1/2,1/4处。 每个控制截面上顶板布置5个应力测点、底板布置3个应力测点,腹板设置1个应力测点。全桥共布设30个应力测点。
22、测试截面及测点布置示意详见图。图 梁体应力测点布置示意其中,腹板上测点为箱梁主应力较大截面为斜截面观测截面,其腹板测点与水平成45方向布置,布置断面位于箱梁两端腹板厚度改变为450mm处。2温度测试项目观测大气温度变化对箱梁施工时的挠度影响,以便更准确地控制线形,并进行箱梁温度效应分析。测试截面,选择淮河特大桥40m箱梁应力测试截面上,观测大气温度变化时箱梁的变形和应力变化,每一个应力测点均为温度测点埋设的传感器具备同时测试应力和温度的功能。 观测采用24小时的定时温度观测,并与相应变形观测同步进行。 在箱梁温度测试时,还应进行桥上风向、风速、湿度等观测。 温度观测记录与相应箱梁应力和变形观测
23、记录要一一对应。根据温度记录数据应整理出随时间变化,箱梁变形的曲线。 温度观测记录数据应及时整理,并绘出相应的曲线图。原始记录一律归档保存。3测试仪器与测点埋设应力监测采用钢弦式传感器及配套的频率接收仪。传感器必须按规定的测试方向固定在确定位置处的普通钢筋上,保证在混凝土施工中不松动。测试导线应引出箱梁墩顶表面。在箱梁各壁板内,测试导线应沿相应普通钢筋引出,每隔一段距离或方向改变处应用铅丝绑扎牢固。测试导线引出箱梁顶面。要有切实可行的方法保证测试导线编号标志防水及损坏。在预埋混凝土传感器之前,要对传感器逐一检测并做好检测记录。施工单位在施工到应力监测点设置梁段时,应事先通知施工控制组人员进行现
24、场埋设传感器并予以积极配合。在混凝土施工中,对传感器、特别是传感器与导线连接处附近,不要过分振捣,应防止损坏应力计和导线。施工现场中,施工人员应特别注意不要踩踏测试导线。现场若发现有传感器和导线损坏情况,应尽快通知施工控制组,以便采取补救措施。3监测方法和工作内容应力测试人员应在清晨对已埋设的测点进行定时观测。一般可控制在早晨太阳出来之前。在箱梁节段施工中,对箱梁截面混凝土正应力测试要随施工工况进行测试：浇筑混凝土前、浇筑混凝土后、张拉预应力钢束后；各跨合拢前、后。3记录及数据整理混凝土应力监测有专门记录单。应力监测人员应按照应力测试记录表要求,认真填写。应力测试记录数据会同施工中其他数据例如
25、,混凝土弹性模量实测值、预加力实测值、箱梁上临时堆积物信息等及时进行数据分析、计算。若超出设计值较大时或有异常变化时,应及时向施工控制组汇报。4其他事项为了使应力监测成为保证施工达到设计要求的手段,并科研工作服务,应力监测人员应与施工技术人员保持密切的联系和合作。对于埋置应力监测的梁段,应取足够的混凝土棱柱体试件,以测定混凝土在7,14,28天时的弹性模量。施工单位应及时将箱梁预加力实测值,施加预应力中相关情况告知应力监测人员。5.1.340m箱梁混凝土水化热监测与分析混凝土入模温度和温度控制对梁体质量控制主要是温度裂缝和收缩裂缝控制至关重要,主要通过研究分析混凝土入模温度和梁体温度变化规律与
26、梁体温度裂缝和收缩裂缝之间的内在因果关系,解决混凝土裂缝控制技术。在40m箱梁混凝土浇筑前埋设温度传感器,掌握箱梁混凝土由于水化热等因素引起的温度变化规律,结合水化热有限元分析,指导混凝土的配合比设计,确定混凝土合理入模温度。箱梁断面上水化热温度测点布置如图5.11所示。1 梁体混凝土水化热温度测点6 工作进度12010.9.1 2010.10 .1 收集资料,现场调研,充分了解国内外研究现状和技术进展,并提交研究大纲。22010.10.12011.3.20 开展理论分析和模拟计算,进行现场跟踪试验与监测,完成项目研究初步报告。32011.3.20 2011.4 .20 形成研究报告初稿,广泛征求意见。42011.4.202011.6.20 根据反馈意见修改研究报告,提交研究成果,申请结题验收和鉴定。7 研究成果通过本课题研究成果,编制200km/h时速客货共线铁路40m双线简支箱梁偏载作用影响试验报告,为后期养护提供依据。200km/h时速客货共线铁路40m双线简支箱梁偏载作用影响试验报告包含一下内容：1.工程概况；2.检测原理及检测内容；3.检测仪器及检测工艺；4.检测结果及分析；5.影响因素分析及结论；6.专项维修养护措施；
