专利名称：大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载预压的方法
技术领域：
本发明涉及涉及EOlD桥梁技术或装置，尤其是大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载预压的方法。
背景技术：
高墩大跨径桥梁的设计和建设得到普遍应用。山区桥梁、跨海和跨河大桥，如悬索桥梁、拱桥、斜拉桥、现浇连续梁桥、刚构桥等要求具有较大的跨越能力。这些桥梁在上部构造梁板起步段施工时，基本都需要钢结构支撑来完成，预应力反张拉预压工法的出现正是施工企业技术人员结合现场实际解决大吨位结构预压的一种工法。在桥梁施工工程施工中以贝雷支架、打入式钢管桩作为承重桩，在混凝土浇筑过程中可能会产生沉降，这样会影响支架的整体受力。为了避免浇筑过程中不均匀沉降现象的出现，准确得知支架在荷载作用下的非弹性和弹性变形，检验支架的强度、刚度和稳定性，确定模板底部标高的调整值的工程活动就称为预压。预压的目的是验证支撑构件的强度、刚度和稳定性，消除非弹性变形、测定弹性变形量为确定立模高程提供参数。预应力加载的方法是模拟托架施工状态下的荷载，采用预应力张拉所产生的反向作用力加载的一种工法。现有技术中，采用工厂化生产的预制柱和预制预应力梁，运至现场，直接吊装梁柱就位后，将后张预应力筋穿过粱柱预留孔道，对节点实施预应力张拉预压，通过一榀两层双跨预压装配式预应力混凝土框架作为拼装手段，检验预应力混凝土框架的受力性能和变形能力。另外，现在开始受到重视的挂篮预压方案和千斤顶反压加载法，主要是通过测量挂篮在各级静力试验荷载作用下的变形，了解挂篮结构在工作状态时与设计期望值是否相符，并消除挂篮主桁、吊带及底篮的非弹性变形。所述挂篮常规加载试验有“水箱加载法”和“沙袋加载法”，但是这两种常规的试验方法都存在加载卸载耗时长，荷载不易控制且易受气温、大风等环境因素影响等缺点，易导致加载试验测量观测数据不准确等问题；而挂篮结构采用液压千斤顶加载预压很好地解决了上述问题，其优点在于:加载结构简单，受力明确，每个受力状态模拟比较贴近实际；荷载大小可从液压千斤顶油表直接读取，加卸载过程容易控制；分级加载从开始至结束全过程耗时不到一小时，而常规“水箱加载法”完成加载过程需耗4-5d;因加载耗时少，可反复加载，多次读数，确保了试验数据的准确性；受环境因素影响小。另外，“千斤顶反压加载法”相对常规“水箱加载法”也能节省施工耗时耗材，且试验效果较后者更佳。“千斤顶反压加载法”在的挂蓝施工中得到广泛运用。相关已公开技术较少，如:中国专利申请201120548040桥梁悬臂浇筑施工挂篮非对称加载预压装置，包括墩身上端的O号块，连接于O号块的挂篮，还包括反力架，所述反力架侧视投影呈三角形框架；所述三角形框架由立架、底架和斜架构成，所述反力架设有两个三角形框架，两个三角形框架之间通过横撑连接；使用时底架与斜架的连接点处与挂篮前下横梁之间设有千斤顶；所述底架和斜架与立架的连接端分别与O号块固定连接。
中国专利申请201110297925预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法，其根据钢梁的支点负弯矩影响线，计算出最不利活荷载位置及该位置的活荷载的大小；在钢梁的正弯矩区浇筑正弯矩区混凝土 ；在正弯矩区混凝土上布置预压配重，预压配重的位置及大小与最不利位置的活荷载相同；在负弯矩区浇筑钢纤维膨胀混凝土 ；待钢纤维膨胀混凝土达到硬化强度后，拆除预压配重。钢梁顶部的连接件包括刚性组合连接件、柔性组合连接件或非组合连接件、弹性组合连接件。
发明内容
本发明的目的是提供大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载预压的方法，缩短工时，降低造价并保持和提高施工品质。本发明的目的是通过如下技术措施实现的:在包括张拉锚固端设置、钢结构支撑体系安装完毕和千斤顶油泵准备的准备工作完成后，安装张拉端分配横梁，然后安装锚固端锚固横梁，然后安装钢绞线和千斤顶，然后开展张拉预压施工，观测记录杆件变形情况，然后判定，如刚度满足要求则放张卸载，拆除张拉设备，开展下道工序施工；如刚度不满足要求，则进行钢结构杆件加固设计施工，再从准备工作步骤进入工序。本发明的有益效果是:对于大跨径、高墩的大型钢构支撑体系，突破常规堆载预压思路，特别适用于大跨径桥梁上部构件支撑体系预压施工，可加快分项工程施工进度，缩短工期。具有操作简易、工艺相对简单，工时少、压缩工期和降低成本的优势，张拉预压设备材料可回收利用。取消了庞大的配载并且现场操作简便、快捷，无需额外投入任何材料，基本不需投入机械，对加快施工进度和成本节约有着显著的改善，能够更接近结构实际承载状态、加载精度更精确等特点并具有良好的社会经济效益。
图1为本发明中的加载预压方法工艺流程示意2为本发明中大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载结构示意3为加载预压后浇筑形成的桥梁结构示意图附图标记包括:承台1，墩身2，锚固端3，钢绞线4，预应力加载端5，横梁6，牛腿弦杆7，附壁钢板8，拉杆9，斜支撑10，预埋钢板11，斜拉腹杆12，竖向腹杆13，千斤顶14。
具体实施例方式本发明原理是利用穿心式液压千斤顶14张拉所产生的反向作用力对结构支撑体系进行强度、刚度及稳定性能测试的一种方法；预应力反张预压是由后张预应力施工延伸而来的一种工法，实施方法和预应力施工操作如出一辙，可以说是一种简单易于操作的工法。以下结合附图和实施例进一步说明。本发明中的加载预压方法工艺流程，如附图1所示，在包括张拉锚固端3设置、钢结构支撑体系安装完毕和千斤顶14油泵准备的准备工作完成后，安装张拉端分配横梁6，然后安装锚固端3锚固横梁6，然后安装钢绞线4和千斤顶14，然后开展张拉预压施工，观测记录杆件变形情况，然后判定，如刚度满足要求则放张卸载，拆除张拉设备，开展下道工序施工；如刚度不满足要求，则进行钢结构杆件加固设计施工，再从准备工作步骤进入工序。前述中，预压的目的是验证支撑构件的强度、刚度和稳定性，消除非弹性变形、测定弹性变形量为确定立模高程提供参数。预应力加载的方法是模拟托架施工状态下的荷载，采用预应力张拉所产生的反向作用力加载的一种工法。本发明中，预应力张拉预压法是一种较新颖的对钢结构支撑杆件进行预压检测的方法，可广泛应用于各种大吨位的钢结构支撑构件和悬臂钢结构等的预压检测。实施例1:如附图2所示，大桥主桥1#块牛腿托架设计为5片一组的桁架式钢结构，在安装牛腿托架的墩身2位置预埋钢板11，每块预埋钢板11预留6孔Φ32孔洞，墩身2施工完毕后开始安装牛腿托架，牛腿托架的牛腿弦杆7和墩身2的连接采用Φ32精轧螺纹钢进行螺栓连接；牛腿弦杆7连接、牛腿托架与附壁钢板8连接采用Φ700πιπι16钢销连接；牛腿弦杆7与斜拉腹杆12或竖向腹杆13连接采用螺栓连接，考虑牛腿托架悬臂端受力薄弱因此在牛腿托架前端设置斜支撑10。牛腿弦杆7中的上弦杆主要承受弯拉应力因此设置了斜拉腹杆12和竖向腹杆13，以提高悬臂端和跨中刚度。前述中，牛腿托架安装完成后需对螺栓和钢销连接情况进行详细全面的检查，然后进行预压设备杆件安装。预应力反拉前先定位锚固端3，加载前先安装牛腿托架位置张拉横梁6，张拉横梁6采用2根两米的200型工字钢制做而成。锚固端3采用400型工字钢连接精轧螺纹钢安装于承台I上，钢绞线4采用锚环和夹片固定在工字钢位置。张拉加载端在张拉横梁6上安装锚环但不安装夹片，这样做的目的是便于放张卸载。预应力加载设备采用预制箱梁张拉设备，钢绞线4使用数量根据预压荷载和设备情况而定但不小于4根，钢绞线4长度根据现场实测。前述中，选择具有代表性两组牛腿托架进行施加预应力反拉以完成预应力的加载预压，选择反拉预压的牛腿托架分别为，腹板位置两片牛腿和顶底板位置两片牛腿托架；加载前检查钢结构有无变形，检查牛腿托架与墩身2间的连接是否牢固，检查合格后方能进行加载工作；荷载试验按施工中托架受力最不利的部位进行等效加载，测定各级荷载作用下托架产生的挠度；根据各级荷载作用下挂篮产生的挠度绘出挂篮的荷载-挠度曲线，为悬臂施工控制提供可靠的依据；加载按照分级加载进行从0% -20% -40% -60% -80% -100%，逐级记录牛腿支架悬臂端挠度变化，满足要求后持荷观察杆件的抗疲劳稳定性。前述中，采用的机具设备配置如下:1)2台套200t穿心式自锚液压千斤顶14。2)4孔工作锚、4孔工具锚各2套。3) 4件20t螺旋式千金顶14。4)锚固端3和横梁6为4X lm200a工字钢；张拉端横梁6为4X2m200a工字钢。5)锚固端3预埋Φ 32精轧螺纹钢4X2.5m。6) Φ3 = 15.2低松弛钢绞线4。在本实施例中，工法实施前应先埋设构成锚固端3的张拉锚固材料，将千斤顶14张拉所产生向上的拉力传递至锚固端3 ;反张预压的千斤顶14型号选择不小于1.5倍荷载的穿心式千斤顶，张拉加载位置选择在结构受力最不利位置；锚固端3安装完毕后进行钢绞线4和千斤顶14安装，张拉时根据加载吨位计算油表读数并分级逐步张拉至加载值，观察和测量每一级荷载结构的变形情况，超出规范允许变形范围时应停止加载并对钢结构进行加固处理，张拉完毕后稳压观察结构的稳定性。然后，预压完成后，如附图1所示，在上不钢结构基础上浇筑形成的桥梁结构。在本发明中，大吨位钢结构支撑体系运用预应力张拉预压工法，加快分项工程施工进度，缩短工期。利用预应力反张拉预压工法对于大跨径、高墩的大型钢构支撑体系压缩工期和降低成本的优势更为突出，取消了庞大的配载并且张拉预压设备材料可回收利用。工艺相对简单，现场操作简便、快捷，对加快施工进度和成本节约有着显著的改善。预应力张拉预压工法是将结构线性均布荷载以点荷载形式进行模拟检测，并且在预压部位选择上比较灵活可以对结构受力最不利的部位进行单独检测，因此该工法对于支撑构件的安全性保证更高。本发明工法有别于以往常规的堆载预压方法，优点比较突出实施简易、工时少、无需额外投入任何材料、基本不需投入机械、能够更接近结构实际承载状态、加载精度更精确等。预应力反张加载预压工法的成功应用功效明显提高，施工期间节省了庞大的堆载材料、人工、工字钢、模板、架杆、起吊设备等，工料机的投入成本明显降低并且工法实施简便易于操作，此工法的适用性、安全性、经济性经工程实践验证可靠。本发明适用范围包括，高墩大跨径桥梁上部构造施工，如连续刚构桥梁起步段、现浇连续梁起步段、悬索桥梁起步段、斜拉桥梁起步段等采用悬臂施工的桥梁，以及采用悬臂结构和简支结构的钢结构支撑杆件的预压检测。
权利要求
1.大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载预压的方法，其特征是:在包括张拉锚固端(3)设置、钢结构支撑体系安装完毕和千斤顶(14)油泵准备的准备工作完成后，安装张拉端分配横梁(6)，然后安装锚固端(3)锚固横梁(6)，然后安装钢绞线(4)和千斤顶(14)，然后开展张拉预压施工，观测记录杆件变形情况，然后判定，如刚度满足要求则放张卸载，拆除张拉设备，开展下道工序施工；如刚度不满足要求，则进行钢结构杆件加固设计施工，再从准备工作步骤进入工序。
2.如权利要求1所述的大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载预压的方法，其特征在于，在安装牛腿托架的墩身(2)位置预埋钢板(11)，每块预埋钢板(11)预留孔洞，墩身(2)施工完毕后开始安装牛腿牛腿托架，牛腿托架的牛腿弦杆(7)和墩身(2)的连接采用精轧螺纹钢进行螺栓连接；牛腿弦杆(7)连接、牛腿托架与附壁钢板8连接采用钢销连接；牛腿弦杆(7)与斜拉腹杆(12)或竖向腹杆(13)连接采用螺栓连接，在牛腿托架前端设置斜支撑(10)。
3.如权利要求1所述的大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载预压的方法，其特征在于，牛腿托架安装完成后需对螺栓和钢销连接情况进行详细全面的检查，然后进行预压设备杆件安装；预应力反拉前先定位锚固端(3)，加载前先安装牛腿托架位置张拉横梁(6)，锚固端(3)采用工字钢连接精轧螺纹钢安装于承台(I)上，钢绞线(4)采用锚环和夹片固定在工字钢位置；张拉加载端在张拉横梁(6)上安装锚环但不安装夹片。
4.如权利要求1所述的大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载预压的方法，其特征在于，预应力加载设备采用预制箱梁张拉设备，钢绞线(4)使用数量根据预压荷载和设备情况而定但不小于(4)根，钢绞线(4)长度根据现场实测。
5.如权利要求1所述的大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载预压的方法，其特征在于，选择具有代表性两组牛腿托架进行施加预应力反拉以完成预应力的加载预压，选择反拉预压的牛腿托架分别为，腹板位置两片牛腿和顶底板位置两片牛腿托架；加载前检查钢结构有无变形，检查牛腿托架与墩身(2)间的连接是否牢固，检查合格后方能进行加载工作；荷载试验按施工中托架受力最不利的部位进行等效加载，测定各级荷载作用下托架产生的挠度；根据各级荷载作用下挂篮产生的挠度绘出挂篮的荷载-挠度曲线，为悬臂施工控制提供可靠的依据；加载按照分级加载进行从O % -20% -40% -60% -80% -100%,逐级记录牛腿支架悬臂端挠度变化，满足要求后持荷观察杆件的抗疲劳稳定性。
6.如权利要求1所述的大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载预压的方法，其特征在于，工法实施前应先埋设构成锚固端(3)的张拉锚固材料，将千斤顶(14)张拉所产生向上的拉力传递至锚固端(3);反张预压的千斤顶(14)型号选择不小于1.5倍荷载的穿心式千斤顶，张拉加载位置选择在结构受力最不利位置；锚固端(3)安装完毕后进行钢绞线(4)和千斤顶(14)安装，张拉时根据加载吨位计算油表读数并分级逐步张拉至加载值，观察和测量每一级荷载结构的变形情况，超出规范允许变形范围时应停止加载并对钢结构进行加固处理，张拉完毕后稳压观察结构的稳定性。
全文摘要
大跨径桥梁上部钢结构支撑预应力反张拉加载预压的方法，在包括张拉锚固端(3)设置、钢结构支撑体系安装完毕和千斤顶(14)油泵准备的准备工作完成后，安装张拉端分配横梁(6)，然后安装锚固端(3)锚固横梁(6)，然后安装钢绞线(4)和千斤顶(14)，然后开展张拉预压施工，观测记录杆件变形情况，然后判定，如刚度满足要求则放张卸载，拆除张拉设备，开展下道工序施工；对于大跨径、高墩的大型钢构支撑体系，突破常规堆载预压思路，缩短工期。张拉预压设备材料可回收利用。取消了庞大的配载并且现场操作简便、快捷，对加快施工进度和成本节约有着显著的改善，能够更接近结构实际承载状态、加载精度更精确。
文档编号E01D21/00GK103174097SQ201310123978
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月11日 优先权日2013年4月11日
发明者朱建国, 王蜀元, 沈丙军, 李强, 唐志超 申请人:新疆北新路桥集团股份有限公司