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          大跨徑拱橋怎么建更經濟環保?

          2021-04-21    作者:admin  閱讀:21次

          現代山區公路多位于崇山峻嶺的深溝峽谷,橋梁數量多、主跨跨徑較大、后期維護困難。選用主跨300m左右的鋼筋混凝土拱橋更具有比較優勢,假如選用一般勁性骨架法成拱,外包主拱混凝土工序雜亂、工期長、安全危險高。而C120超高強鋼管混凝土微弱骨架成拱技能,既可以削減和簡化外包混凝土工序、縮短工期,一起,主拱的鋼管混凝土微弱骨架與主拱外包鋼筋混凝土一起受力,還節約了外包混凝土和鋼筋等資料用量。該技能支撐了主跨364m四川廣元昭化嘉陵江大橋、主跨320m四川廣安官盛渠江大橋和正在制作的主跨510m四川新市西寧河大橋等工程,社會經濟環保效益明顯。

          受限于傳統工法的拱橋跨過

          傳統鋼筋混凝土拱橋因為跨徑相對較小、跨過的溝谷較淺、施工節段分量較輕等原因,選用支架澆筑法、預制纜索吊裝法、全表現澆轉體施工法等方式合理可行。隨著現代公路向雜亂山區延伸,山區公路橋梁制作面對深山峽谷、河流縱橫、溝深水流急、生態脆弱靈敏等制作條件。制作拱橋的跨徑大、距離溝底高度較高,選用支架法成拱技能面對支架數量多、工程造價高、排洪困難、裝置拆除工序多、環境破壞嚴峻等困難(圖1)。選用預制纜索吊裝法成拱技能,預制主拱的節段總數少,面對組裝胎架本錢高、預制主拱節段精度差、節段重而運輸本錢高等困難(圖2)。選用懸臂澆筑法成拱技能,當跨徑超越240m時,現有技能懸臂澆筑節段分量大、主拱扣掛系統工程量大,導致主拱成拱的工程造價高等困難(圖3)。選用全表現澆主拱再轉體合龍法成拱技能,當跨徑超越200m時,導致拱座的平衡重更重、轉盤體量大,山體開挖邊坡高,安全危險壓力大、工程造價高等困難。

          因而,現有成熟技能,已不是雜亂制作條件下大跨徑鋼筋混凝土拱橋的最佳挑選,而選用鋼管混凝土勁性骨架的成拱技能,成為主跨大于240m鋼筋混凝土拱橋制作的僅有挑選。但是,一般鋼管混凝土勁性骨架的成拱方法,主拱外包混凝土的工序多、工藝難度高、施工工期長、勁性骨架外包混凝土主拱受力雜亂等要素,制約了鋼筋混凝土拱橋的競爭力。1997年后的12年間,我國沒有制作主跨超越180m的鋼筋混凝土拱橋。

          在滑坡、泥石流和崩塌體的地質災害地區,洪水沖刷嚴峻的深溝峽谷地區,資源匱乏、環境靈敏脆弱的生態區,高烈度的地震區,高山峽谷高原和遠離人群居住的貧困地區,環境景觀簡練與和諧等要求高的旅行景區,鑒于鋼筋混凝土拱橋承載潛力高、后期維護費用低、跨過才能大、抗災才能強和工程造價低等優勢,造就了其較高的競爭力、適應性和比較優勢。為了進一步提升大跨鋼筋混凝土拱橋競爭力,簡化施工工藝、下降施工危險、節約工程造價、深化核算理論與結構結構等技能,需要對一般鋼管混凝土勁性骨架法的成拱技能再創新,經反復研討,提出了鋼管混凝土微弱骨架法成拱新技能。

          展開鋼管混凝土微弱骨架法成拱新技能的開發,面對的瓶頸主要包含:1.成拱的合理結構結構,而且規劃既要滿意主拱與主拱拱上建筑的系統結構,又需兼顧有利于主拱外包混凝土工序、工藝和危險管控的要求。2.成拱的微弱骨架資料與構件規劃——需樹立鋼管混凝土微弱骨架的判別方針、技能途徑、高強混凝土資料制備、超高強鋼管混凝土構件力學行為和外包工序工藝規劃等技能。3.成拱的鋼筋混凝土主拱核算方法——依據調查研討、模型實驗和實橋測驗數據,科學地樹立主拱相關核算參數和主拱抗力核算方法。

          微弱骨架法成拱的關鍵技能

          微弱骨架法成拱的肋式主拱結構技能

          經過近300座鋼筋混凝土拱橋運用狀況普查,和160座鋼筋混凝土拱橋運用狀況證明,標明既有規劃標準的規定,與實際運行車輛載荷相差較大,實際載荷更大;箱形板拱結構主拱施工縫較多、裂縫操控困難;肋式主拱核算參數牢靠性低、安全儲藏缺少、耐久性差;全壽數周期本錢操控理念沒有貫徹落實,維護本錢高。依據此,提出科學挑選主拱上部結構自重輕的拱上結構系統,下降主拱拱上建筑分量;大跨徑鋼筋混凝土拱橋主拱選用分離式結構,使主拱受力合理、全體性強、可多點加載外包、施作業業面多的主拱結構結構;而當橋梁寬度≤10m時,選用全體式箱形主拱,可進步全體性和橫向剛度。

          鋼筋混凝土拱橋微弱骨架的成拱工法

          1.微弱骨架成拱法的定義,是指主拱選用鋼管混凝土勁性骨架合龍后外包鋼筋混凝土的拱橋。其中,主拱的鋼管混凝土勁性骨架規劃承載才能,需滿意主拱頂板、腹板、底板三環外包混凝土合龍的方針要求,規劃此類鋼管混凝土勁性骨架為微弱骨架。選用微弱骨架法成拱的鋼筋混凝土拱橋,稱為微弱骨架的成拱法。

          鋼管混凝土微弱骨架成拱法的點評方針包含:

          (1)主拱截面含鋼管混凝土率大于8%;

          (2)鋼管混凝土截面與主拱總截面承載力之比大于20%;

          (3)核算主拱抗力時,應計入鋼管混凝土微弱骨架對鋼筋混凝土主拱的承載才能效應。

          鋼管混凝土微弱骨架成拱法的技能途徑為:

          (1)進步主拱鋼管混凝土骨架規劃截面尺度;

          (2)添加鋼管混凝土骨架主鋼管管徑、壁厚和鋼管肢數;

          (3)進步鋼管混凝土骨架鋼管內混凝土強度等級。

          經過比較證明,這些技能途徑是安全儲藏最高、工程造價最低、最節約資源和環保的技能道路。因而,開發了科學確認鋼管混凝土骨架主管厚度比為35~60、主管內灌注強度等級≥C60混凝土、組合式型鋼結構的骨架腹桿等技能。

          2.主管內C120自密實高功能混凝土技能

          經過研討提出的超高強混凝土制備技能效果為:

          (1)開發了高效緩凝、減縮釋水聚合物和脹大劑的多功能外加劑技能,解決了混凝土作業功能安穩、脹大功能安穩、強度高的難題;

          (2)開發“珍珠型”小氣泡外加劑和“先消后引”外加劑復配技能,既下降了混凝土含氣總量,又添加了進步混凝土內部流動功能的微型氣泡數量;

          (3)開發摻入粉煤灰微珠摻和料,實現了高強混凝土黏度、強度和含氣量之間的匹配聯系;

          (4)樹立了依據額定粉體資料用量的密實骨架核算理論,合理展開集料組成規劃,充分發揮骨料的骨架作用,進步混凝土強度。

          技能效果制備的C120超高強度混凝土擴展度≥650mm、作業功能3小時無損失、體積收縮量小于萬分之二、60天抗壓強度≥124MPa。該技能應用于四川廣安官盛渠江大橋,滿意了主拱鋼管混凝土強度、灌注作業功能與無收縮功能要求。鋼管混凝土勁性骨架,鋼管直徑一般<500mm,每根鋼管灌注數量<150m3。一起,鋼管內制備的超高強自密實高功能混凝土,作業功能、體積安穩性好,灌注完結的超高強鋼管混凝土不堵管、無脫空等病害,因而,形成了超高強鋼管混凝土勁性骨架。

          3.C120鋼管混凝土短柱的力學功能:經過48組強度等級為120MPa的鋼管混凝土受壓、偏壓、受彎、受剪等力學功能實驗和容限脫空缺陷力學功能實驗研討,揭示了超高強鋼管混凝土的力學行為:

          (1)含鋼率大于0.6%時,C120鋼管混凝土短柱的本構聯系為典型的延性資料,與一般鋼管混凝土比較,延性更好;

          (2)鋼管對C120混凝土套箍效應在受力初期已十分明顯,初始泊松比較一般鋼管混凝土進步12%;

          (3)模型實驗數據剖析標明,選用一般鋼管混凝土承載力核算方法,含鋼率小時,核算值偏低,含鋼率大時,核算值偏高,據此,樹立了超高強度鋼管混凝土極限承載力核算方法。

          極限承載力的核算值與測驗值離散系數小于0.04,符合度高。

          4.微弱骨架法的鋼管骨架成拱工藝技能:鋼管骨架裝置成拱選用纜索吊裝與斜拉扣掛裝置法、平轉骨架合龍轉體裝置法兩種;鋼管骨架主管內混凝土灌注,選用從拱腳向拱頂泵送,按照規劃順序逐根灌注完結主管混凝土澆筑。

          超高強鋼管混凝土主管與加強型腹桿等組成的微弱骨架,作為主拱外包混凝土施工支架,依據主拱微弱骨架極限承載才能大小,一般分為底板、腹板和頂板三環,或底板與兩側邊腹板、中腹板與頂板兩環,主拱每環分八個或更多作業面完結主拱外包鋼筋混凝土澆筑合龍。主拱作業面澆筑混凝土的工序包含施工平臺、模板裝置、鋼筋綁扎、外包混凝土輸送與振搗、維護等內容。為操控收縮裂紋,主拱外包混凝土強度等級一般≤C60。

          鋼筋混凝土主拱核算方法

          依據鋼筋混凝土拱橋運用現狀、病害機理等調查研討,發現了既有鋼筋混凝土拱橋超載才能的安全儲藏小、動載沖擊系數大、荷載橫向分配系數的核算值小、主拱偏疼彎矩增大、系數核算缺少合理性等問題。提出了鋼筋混凝土拱橋車輛沖擊系數核算法、主拱橫向分配系數核算法、主拱偏疼彎矩增大系數核算法,并樹立了鋼管混凝土微弱骨架成拱法的鋼筋混凝土主拱極限承載才能核算法。

          1.鋼筋混凝土主拱沖擊系數核算方法:依據實橋測驗和模型剖析研討,結合橋面狀況對沖擊系數影響狀況,提出了主拱沖擊系數核算法。該核算方法表現了主拱跨度、主拱的振蕩特性、主拱的橋面不平整度等要素,導致主拱振蕩引起內力改變的響應。

          2.鋼筋混凝土主拱橫向分配系數核算方法:依據五組1:20模型進行實驗研討,樹立板式箱形主拱應按“偏疼受壓法”核算橫向分配系數,分離式箱形主拱應按“杠桿法”核算橫向分配系數的原則。

          3.主拱偏疼彎矩增大系數:經過比照世界土木行業八本標準確認的偏疼受壓構件極限承載才能彎矩增大系數核算方法標明,每本標準核算偏疼彎矩增大系數不同較大,沒有規律性。但是,沒有發現因偏疼彎矩增大系數核算不精確,導致工程安全事故發生,因而,現有偏疼受壓構件極限承載才能彎矩增大系數核算方法存在不合理性。據此,展開了拱橋模型跨度10m的三個試件(模型A、B、C)和拱橋模型跨度6m的兩個構件(模型M1、M2)合計兩批次實驗,展開極限荷載與彈性荷載的二階效應模型實驗研討,實測主拱模型的偏疼彎矩增大系數,校準實橋受壓構件偏疼彎矩的核算方法。結合實際工程主拱彈性和非線性精細化模型核算剖析標明,德國標準規定的核算方法與本次實驗研討較符合,其核算誤差范圍在2.0~3.0之間,誤差較小。

          4.樹立了鋼管混凝土微弱骨架成拱法的鋼筋混凝土主拱極限承載才能核算方法:依據微弱鋼管混凝土單肢、啞鈴形、箱形等34個試件,展開了軸壓、偏壓、受彎實驗研討,依據實驗效果,結合數學物理模型和力學原理,樹立了鋼管混凝土微弱骨架成拱的鋼筋混凝土主拱組合截面極限承載才能核算方法。核算值與實測值比照的平均值為0.948、標準偏差為0.078,牢靠度高。

          微弱骨架法成拱的技能遠景

          微弱骨架法成拱的鋼筋混凝土拱橋,當規劃安全儲藏相當時,與混凝土斜拉橋比較,混凝土用量削減約48%,鋼材用量削減約29%,主梁剛度進步約25%。與懸索橋比較,混凝土用量削減約50%,鋼材用量削減約40%,主梁剛度進步約52%。與預應力接連剛構橋比較,混凝土用量削減約42%,鋼材用量削減約33%,主梁剛度進步約8%。與傳統拱橋比較,混凝土用量削減約18%,鋼材用量削減約21%,縮短工期約33%,節約工程造價約19%。

          “一種鋼管混凝土微弱骨架的鋼筋混凝土拱橋及其施工方法”等相關效果獲得了國家授權的發明專利,并據此制定了四川省地方標準《鋼筋混凝土箱形拱橋技能規程》(DB/51T1992-2015)等標準。

          該項技能效果為多座大橋供給了技能支撐,詳細事例如下:

          四川廣元昭化嘉陵江大橋為主跨364m,選用分離式主拱,全體式拱上結構的上承式鋼筋混凝土拱橋,橋面全寬27.5m。大橋選用了C80鋼管混凝土微弱骨架成拱法,分底板、腹板和頂板三環完結主拱外包混凝土澆筑施工,全橋建安費約1.92億元,2012年建成通車。

          四川敘永至古藺高速公路的磨刀溪大橋為主跨278m的上承式鋼筋混凝土拱橋,橋面全寬24.5m,選用C100鋼管混凝土微弱骨架成拱法,分為底板與邊腹板、中腹板與頂板兩環外包混凝土完結主拱施工。全橋建安費約1.22億元,2015年建成通車。

          四川廣安官盛渠江大橋為主跨320m的中承式肋拱橋,橋面全寬32m,選用C120鋼管混凝土微弱骨架成拱法,分底板和一半腹板、頂板和一半腹板兩環完結主拱外包混凝土澆筑施工。全橋建安費約1.36億元,2018年建成通車。

          四川涼山州金陽金沙江大橋為四川涼山州溜索改橋的扶貧工程,該橋為主跨280m的鋼筋混凝土上承式拱橋,橋面全寬10.5m;選用C70鋼管混凝土微弱骨架成拱法,分底板與兩側邊腹板、頂板與中腹板二環外包主拱混凝土澆筑施工。建安費0.93億元,2018年建成通車。

          四川涼山州布拖金沙江大橋為四川涼山州溜索改橋的扶貧工程,該橋為主跨260m的鋼筋混凝土上承式拱橋,橋面全寬9.0m,全體式主拱和拱上結構,選用C70鋼管混凝土微弱骨架成拱法,分底板與兩側邊腹板、頂板與中腹板二環外包主拱混凝土澆筑施工。建安費1.29億元,2018年建成通車。

          樂西高速蘇壩特大橋為四川樂西高速公路跨過溝谷的特大橋梁,該橋為主跨350m的上承式鋼筋混凝土拱橋,全寬24.5m,分離式主拱。選用C120鋼管混凝土微弱骨架成拱法,分底板、腹板和頂板三環外包完結主拱混凝土澆筑施工。建安費2.23億元,已于2020年4月開工制作。

          四川新市西寧河大橋為四川沿江高速公路跨過西寧河的特大橋梁,該橋為主跨510m的上承式鋼筋混凝土拱橋,全寬30.5m,分離式主拱。主拱為單箱桁隔三室結構。主拱高8m,主拱箱寬9m,頂底板厚48cm,腹板厚35cm。選用C120鋼管混凝土微弱骨架成拱法,分底板、腹板和頂板三環外包完結主拱混凝土澆筑施工。建安費3.72億元,已于2020年8月開工制作。

          正在籌建的川藏高速公路、川藏鐵路的配套公路工程和四川山區待建高速公路,300m左右鋼筋混凝土拱橋估計超越20座。選用本項目技能效果,不只進步了拱橋競爭力,下降了深山峽谷、位置偏僻營運維護難度。一起,將削減施工周期、節約混凝土用量、下降工程造價和全壽數周期本錢,社會、經濟和環保效益明顯。

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