在桥梁施工中,简支T梁、连续T梁和先简支后连续是怎么回事?
在桥梁施工中,简支T梁、连续T梁和先简支后连续是怎么回事?其实这就是个夏侯惇睁眼的问题,一目了然。
壹首先说一下简支T梁,假如现在需要将一条河流或者山谷连通,最简单粗暴的办法就是直接在两边架一根结实的梁,梁两端搭在两边坚实的支撑物上,这就是最直接的简支概念。
它的核心在于,每一根梁都是独立的,自个儿承担自个儿身上的荷载,然后将力通过两端的支座传递给桥墩,这种结构形式,我们就称之为简支T梁。
那么,如何得到这根T梁呢?
第一种就是场站预制,现场装配,就像今天标准化工厂里要生产一个大型构件,就得把相应的配件生产出来后运到现场像搭积木一样进行安装。
首先在一个设施完善的预制场里,工人们会用钢模板把T梁的形状搭出来,当然,这套模板必须是高精度的,确保T梁的形状和尺寸符合设计要求,否则后续工作就是夏侯惇再中一箭,两眼抓瞎
接着进行钢筋骨架的绑扎与安装,钢筋布置要三从四得,从设计从细致从验收,少不得错不得松不得乱不得,毕竟人伤筋动骨都容易报废,何况这玩意儿。
然后就到了浇筑混凝土环节,这一步咋说呢,诶,《登徒子好色赋》有句话怎么说来着,叫增之一分则太长,减之一分则太短 ;著粉则太白,施朱则太赤。
同理,在浇筑的过程中,要不停地用振捣器对混凝土进行振捣,振捣也不能瞎捣,振捣不足容易出现蜂窝麻面等质量缺陷,振捣太过就容易骨料分离。
所以,任何事情都得有个度。
浇筑完成后还没完,拆模后的T梁身价暴涨,不说几百个w,十几个w是有的,这时候就要好生伺候着,要让它在合适的温度和湿度的环境下休养生息,慢慢增长强度。
当它的强度达到设计规定值后,就到了一个极为关键的工序——预应力张拉。
这个预应力又是咋回事儿呢?
混凝土大家都不陌生吧,跟各位脆弱的牛马不同,它的抗压能力很强,能承受较大的压力,但抗拉能力就有点拉胯了。
抗压这个很好理解,毕竟梁的上面以后会有车跑,车的重量加上梁的自重以及上面附属设施的重量就是红果果的压力。
可抗拉从何说起?梁怎么会受到拉力呢?
其实,梁在受到压力的同时,因为梁板本身的结构以及长度,下部就会产生拉应力,你可以拿一本书用手指往下压,书就会向下向内变形,这就是下部产生的拉应力了。
如果你还无法理解,可以在书封面上绑一根绳子,当书受到向下的压力时,由于书向下向内形变,绳子也会被拉紧,这个就是拉应力。
所以,为了克服这一弱点,一般都会预先在“梁体”内埋设高强度的钢绞线,混凝土硬化后,用大吨位的千斤顶以精确控制的力去拉伸这些钢绞线,然后将其锚固住。
也就是说,在梁体承受外部荷载之前,我们预判它的预判,先给它一个预加的压力,让这个预压力去抵消未来使用过程中产生的部分拉应力,从而使梁体能够承受更大的荷载,并且变形(挠度)更小。
还是以书来举例子,你在书中间放一根绷紧的钢丝,这时候再用手指去压,是不是感觉形变就小了很多。
张拉完成后,要立即向包裹钢绞线的管道内压注密实的水泥浆,这一步的目的就是让钢绞线与空气隔绝,防止其锈蚀,并保证预应力能够有效地传递给混凝土。
最后,这片制作完成的T梁由专用车辆运至桥位,使用大型架桥设备将其精准吊装就位。
走完了这些步骤,咱再说回预制装配法,综上所述,它的优势很明显,梁体在条件可控的场地内生产,质量稳定,并且可以实现标准化、流水线作业,生产效率高,能显著缩短现场施工时间,同时对桥下现有交通或环境的影响也相对较小。
但是它的局限性也很明显,需要占用较大的预制场地,并且依赖重型运输和吊装设备,梁体自重大,长途运输不仅成本高,风险还大;
此外,由于每片梁都是独立的,桥面在每跨连接处都必须要设置伸缩缝,因此车辆驶过时就会产生颠簸感,影响行车的平顺性与舒适性。
第二种则是“现场支模,整体浇筑”,也就是“现浇法”。
现浇现浇,也就是现场浇筑,它和预制梁法比起来,就如同一个预制菜,一个现炒菜。
当然,这只是个粗糙的比喻啊,并不是说现浇就比预制好,其实在工程施工中,没有什么方法是最好的,主要还是要看合不合适。
毕竟合适的才是最好的嘛!
那什么情况下适合用现浇法呢?
诶,这位朋友这个问题问得就很及时,那肯定是在预制装配法不合适的情况下啊!
咳咳~,当要施工的桥梁所处的地理位置不适合大型构件的运输和吊装,又或者桥梁的线形复杂、跨度组合特殊时,现浇法就是更为合适的选择。
首先在桥位下方搭设坚固的支架系统,为后续施工提供一个稳固的“空中工作平台”。
然后在支架上完成钢筋绑扎、模板安装,并直接在现场浇筑混凝土。
同样的,混凝土的养护、预应力张拉(通常是在混凝土强度充分形成后进行的后张法)和管道压浆等工序也全部在桥位完成。
现浇法的优点在于,它规避了大型构件的运输和吊装的难题,几乎免疫了地形debuff;
另外,它结构的整体性也更好,毕竟没有预制拼装的接缝,人家本来就是一个整体,整体性能不好吗!
优点说完,再来看缺点,首先这套模式比较败家,需要耗费大量的支架和模板材料,成本比较高。
其次现场作业的周期比较长,虽然地形debuff免疫了,但受天气等环境因素deuff却增益了。
你看,我就说老天爷是公平的吧,关上一扇窗,就要开个角门,比如各位,虽然长得丑,但想得美啊……
另外,它支架的基础必须处理得非常稳固,否则就可能存在沉降风险,同时现场施工组织和管理也更为复杂。
贰以上是简支T梁的两种主要施工方法,听起来很麻烦,但实际上也不简单,然而,这还算好的,接下来,我们看一种更复杂的结构形式——“连续T梁”。
连续连续,顾名思义,就是连续的T梁,换句话说,就是将数跨T梁在结构上连接成一个整体,共同受力。
因为是共同受力,所以其受力状态也更为优化,在中间桥墩的支点上方,梁体承受负弯矩,也就是上部受拉;在跨中区域,则承受正弯矩,也就是下部受拉,这样就能更充分地利用材料性能。
有朋友可能会问了,下部受拉我能理解,毕竟上面有荷载,上部受拉是怎么回事呢?
这问题就像路易十六抬手,没头没脑的,你把一本书放手上,你看它上部受不受拉?
要实现这种连续结构,最典型和具有代表性的施工方法是“挂篮悬臂浇筑法”。
这个过程咱抛开其他的不说啊,观感就非常有技术美感,来,感受一下!
首先,在建造好的桥墩顶部浇筑一个坚实的起始段,我们通常称之为0号块。
然后,在0号块的两侧安装一个名为“挂篮”的专用设备,这是一个可移动的钢制平台,集成了模板和工作平台的功能。
工人在挂篮上绑扎钢筋、浇筑一段梁体混凝土,待其达到强度并施加预应力后,挂篮便向前移动,进行下一节段的施工。
如此循环,桥梁从桥墩向两侧对称地、一节节地生长出去,直到与相邻桥墩伸出的梁段相遇。
最后,再选择合适的时机(通常是温度变化较小的夜间),完成中间合龙段的混凝土浇筑,使整联桥梁贯通成为一个连续的整体。
听起来是不是很简单?但这只是听起来,像模板安装与拆卸,钢筋搭设与验收,混凝土浇筑与振捣,预应力张拉和封锚等工序,样样不能少,样样需谨慎。
除此之外,连续T梁的施工,对技术和管理水平的也是一个考验,比如线形控制,施工的过程中必须使用精密仪器,全程监控梁体每一节段的标高和位置,并预测后续的变形,确保成桥线形平顺流畅,毕竟这玩要是出问题了,桥还没施工完就歪七扭八的,那可真就先现了个大眼儿。
同时,预应力张拉的顺序和时机也必须严格遵循设计,任何差错都有可能引起结构内力的紊乱。
另外,混凝土的收缩、徐变特性以及环境温度变化对结构内力和线形的影响,也必须要通过周密的计算和实时的监测数据及时进行补偿与控制。
当然,工序这么复杂,对队伍的专业性和设备要求这么高,施工周期还长,还要精密的施工体系搭配,对地基的不均匀沉降也敏感,要是没点明显的好处,那这项工艺也就不配出现在这里了。
由于结构连续,桥面伸缩缝数量大大减少,因此成型后的桥梁行车平稳舒适,噪音低;除此之外,它的结构刚度大,变形小,在同等梁高下可以实现更大的跨越能力。
当然,除了挂篮法,根据具体条件,连续T梁的施工也可以采用支架现浇法(在桥下搭设满堂支架,在支架上进行一次性浇筑整联)或者顶推法(在桥台后预制梁段,逐段向前顶推就位)等施工。
这个因为目前很少用,有兴趣的朋友可以自行了解。
叁最后,我们再来认识一种巧妙结合了上述两者优点的“组合型选手”——“先简支后连续T梁”,它的设计思想很巧妙,施工阶段,按简支梁操作;成桥阶段,按连续梁工作,可谓是秦始皇照镜子,双赢!
那么,具体怎么实施呢?
拢共分两步。
第一步,采用预制法,像生产简支T梁一样,在预制场批量预制好T梁,然后将它们吊装到桥墩的“临时支座”上。
此时,各片梁因为是独立的,所以仍然是简支受力状态,也就是开头简支T梁里说的,每片梁自个儿承受自个儿的力,岁月静好,互不打扰!
第二步,在所有T梁安装就位后,工人们将相邻梁端伸出的预留钢筋(通常在横隔板和桥面板处)可靠地连接起来,然后浇筑混凝土,将这些“湿接缝”区域连成整体,待连接部位的混凝土达到足够强度后,拆除临时支座,使整联梁体平稳地支承在“永久支座”上。
这里就涉及到一个体系转换的问题,也就是简支变连续的过程,这个怎么理解呢?
按上述的操作,预制好的梁架在了临时支座上,这个时候它们是单独受力的,梁与梁之间没有联系。
如果没有这个体系转换过程,即便后面对湿接缝进行处理,看起来似乎成了一个整体,但因为梁已经单独受力,所以力并未完成转换。
所以就需要将梁先连成一个整体,然后再让他们共同受力,也就是撤除临时支座,让连接好的整联梁同时作用到永久支座上。
可是又产生了一个问题,你说梁都已经架上去了,怎么拆除那个临时支座呢,难不成先让一个大力士把整联梁抬起来一下?
当然不至于,既然梁动不了,那就得从支座上想辄了,临时支座必须安全可靠且便于拆除,比如常用的就是用沙桶,施工完后,拔掉插销,让沙流出来,整联梁就落到了永久支座上了。
通过一系列的“体系转换”操作,原本独立的简支梁就魔术般地转变为一个协同受力的连续梁结构了。
很显然,这个方法博采众长,既吸收了预制法施工快捷、质量易控的优点,又在成桥后获得了连续梁行车平顺、维护需求少、经济性好的效益。
当然,好的东西要求也高,比如湿接缝区域的钢筋连接质量和混凝土浇筑密实度,是保证内力有效传递的关键,容不得半点马虎,另外,体系转换的顺序也必须严格按照设计执行,不能想太多。
虽然先简支后连续这套工艺在某种程度上实现了既要又要,但还是那句话,桥梁施工没有放之四海而皆准的“最佳方案”,只有基于具体条件的最合适选择,现实情况还是要综合考量跨越需求、地形地质、施工条件、工期造价、环境影响以及长期使用性能等诸多因素。
好了,关于简支T梁、连续T梁以及先简支后连续T梁就粗略介绍到这儿,当然,非专业啊,想要了解详细桥梁施工的,还是要多学多看。
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