钢管混凝土拱桥桥面板更换的施工方案优化.pdf

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1、论文THESIS钢管混凝土拱桥桥面板更换的施工方案优化文／山西省公路局大同分局孙成利钢管混凝土拱桥具有自重轻、强度大、抗变形能力强等优点。本文以某钢管混凝土拱桥的维修加固工程为实例，介绍桥面板更换的施工顺序优化。工程概况某中承飞燕式钢管混凝土系杆拱桥，主桥中跨108m，两侧边跨均为36m。桥面系共有21根横梁，除边跨端部两横梁为一般钢筋混凝土结构外，其他19根均为预应力混凝土梁，所有横梁与4根纵梁交叉连接成强劲的网格结构，并由拱上立柱和吊杆支撑或悬吊形成桥面系。由于交通量大、重载多等原因，大桥运营六年后，该桥桥面空心板及纵梁混凝土均出现不同程度的开裂，主桥吊

2、杆防腐措施失效，结构存在安全隐患。为防止桥梁病害进一步恶化，保证桥梁运营安全，决定对该桥进行维修加固。加固主要内容包括：原桥面板由空心板变更为T梁：对主拱圈、立柱、横撑、斜撑钢结构表面防腐处理等。本文主要针对该桥桥面板更换的施工方案优化进行论述。原施工方案及结构分析结果施工单位提供的加固施工方案主要工序见表l。按照该施工方案，原桥面板的更换施-FN序为：整体更换内侧三板(施工步骤4和步骤7)；整体更换中间三板(施工步骤8和步骤11)；整体更换外侧三片空心板(施工步骤12和步骤13)。根据施工单位提供的方案，监控组对该桥建立有限元模型，并按照表1中的施工步骤进

3、行了仔细的施工阶段分析。分析结果表明：原施工方案中，桥面板更换过程分为三个阶段进行整体更换，这种方式虽然具有工期较短的优势，但由于施工过程中对桥面荷载一次性卸载过多，可能会引起桥面系预应力横梁的反拱过大，甚至造成横梁开裂。特别是在拆除内侧三片空心板的过程中，空心板卸载引起的ll号横梁跨中截面上缘拉应力变化值达到5．6MPa，累计应力值达9．5MPa。为保证施工过程中结构安全和避免留下安全隐患，必须对原施工方案进行优化并在施工过程中加强监控。施工方案优化思路及结果主要优化思路整体上看，该桥的桥面系是由纵横梁交叉形成的网格体系，受力情况比较复杂。但对于单根横梁来

4、讲，仍可将步骤施工内容步骤施工内容步骤施工内容1加端部配重9拆除4号系杆17安装6号系杆2拆桥面铺装、隔离带及系杆盖板10安装4号系杆18拆除1号系杆3拆酗号系杆11安装中间三片T梁19安装1号系杆4拆除内侧三片空心板12拆除外侧三片空心板20拆除2号系杆5拆除5号系杆13安装外侧两片T粱21安装2号系杆6安装5号系杆14拆除3号系杆22安装系杆盖板7安装内侧两片T梁和中央隔离带15安装3号系杆23拆除端部配重8拆除中间三片空心板16加桥面铺装表1施工单位提供的加固施工方案(横桥向上下游对称施工)96CNnaHighwav步骤旖工内容施工内容1加端部配重14

5、拆除6、15跨空心板27安装1、20跨-T梁2拆隔离带15安装6、15跨T梁28拆3号系杆3断6号系杆16拆除5、16跨空心板29安3号系杆4拆除10、11跨空心板17安装5、169‘-T梁30桥面铺装5安装10、11跨T梁18拆4号系杆31安6号系杆6拆除9、12跨空心板19安4号系杆32拆1号系杆7安：99、12跨-T梁20拆除4、17跨空心板33安1号系杆8拆除8、13跨空心板21安装4、17跨T粱34拆2号系杆9安装8、13跨-T粱22拆除3、18跨空心板35安2号系杆10断5号系杆23安装3、18跨T梁36安机非隔离带11安装5号系杆24拆除2、1

6、9跨空心板37拆端部配重12拆除7、14跨空心板25安装2、19跨-T梁13安装7、14@T粱26拆除1、20跨空心板表2优化后的加固施工方案(蟥桥向上下游对称施工)5O’㈧[[∑二≥=3⋯。。一其近似看作两端由吊杆悬吊的预应力简支梁来进行分析。因此，要控制横梁跨中截面的应力，最好的办法就是控制横梁跨中附近的荷载，从而抵消由预应力引起的反向力。通过对原施工方案的施工过程分析可以发现，横梁跨中截面上缘产生拉应力的决定性工况出现在步骤4到步骤5，也就是说，是原施工方案中一次性整体拆除内侧三块桥面板的方式，使得横梁跨中荷载大幅度下降而导致拉应力的产生。因此，对原施

7、工方案的优化应集中在对桥面板拆除和安装过程的优化上。施工方案优化针对横梁的受力特点和原有施工顺序的缺陷，监控组经过认真研究和商讨，决定从施工顺序和施加配重两方面来解决施工过程中横梁的受力问题。具体为：优化桥面板更换顺序：将桥面板更换顺序由原来的全桥纵向整体更换，优化为由桥梁主跨跨中到两端，按每跨桥面板以桥梁中跨跨中为对称线进行整体对称更换；在每一跨更换桥面板过程中，在桥面中央隔离带两侧添加施工配重。为考虑施工方便，配重荷载使用从原桥上拆下的旧桥面板，每次配重用旧桥面板为4块。优化后的加固施工方案见表2。根据表2中的优化施工方案计算得到的11号横梁跨中截面应力

8、随施工阶段的变化曲线(见图3)。100加固施工过程的