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摘要:近年来,随着铁路、公路跨越式大发展,移动模架在工程施工中的形式更加多样化,大跨度、自动化是移动模架的发展趋势。文章结合向莆铁路东新赣江特大桥国内铁路项目最大的移动模架施工48m简支箱梁的施工实例,介绍了MSS1500型移动模架的构造和功能,以及利用该移动模架现浇48m跨预应力砼箱梁的施工工况。
关键词:移动模架;向莆铁路;MSS1500型;砼箱梁;铁路施工
中图分类号:U238文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0018-03
一、工程概况
新建向莆铁路JX-2A标东新赣江特大桥为向莆铁路全线最长的桥梁工程,也是全线控制性工程。全长27.3km。在南昌县东新乡附近跨越赣江,桥址位于既有生米公路大桥上游1.5km处。东新赣江特大桥41#～61#墩为48m预应力砼双线简支箱梁,墩中心距50.3m,按客运专线标准设计、施工。跨江段48m简支箱梁横截面为单箱单室结构,顶板宽9.56m,底板宽5.6m,其中两端支座处底板加宽到6.28m,直腹板,梁高4.3m。单孔箱梁自重约1500t。采用MSS1500型上行式移动模架进行施工。
二、MSS1500型上行式移动模架的特点
该移动模架是铁路工程目前国内使用最大的,较其它上行式移动模架有以下特点:
1.本上行式移动模架采用双主梁在国内属于首创。
2.移动模架双主梁结构稳定性更好,抗风能力更强。
3.它汲取了国内目前先进的上行式、下行式移动模架支腿自行过孔移位的优点,机械化程度高,操作简单,过孔更快捷。
4.受该桥墩身结构限制,移动模架开模打破上行式模架常规翻转开模方式,通过液压千斤顶实现外模系统横向开启及合拢,可操作性强,施工时不受桥下净空限制,过孔时不受墩身高度及宽度限制。
5.过孔时通过四条轨道,四台千斤顶顶推,纵移平稳、安全可靠。
6.模架主梁支撑油缸前、中支点采用4台千斤顶,结构受力更合理,移动模架升降平稳,安全可靠。
7.模架通过挑梁悬挂在主箱梁底面,通过吊臂与侧模架连接的可调螺杆设置模架的预拱度,操作方便,节省了大量时间(常规上行式模架利用吊杆调整底模拱度费时费力)。
三、MSS1500型移动模架的功能及构造简介
MSS1500型移动模架按荷载传递路径可将其结构分为外模板、模架及开模结构、挑梁、吊臂及吊杆、主梁、前中后支腿支撑机构等系统。双主梁通过前中支腿分别支撑在前方墩顶及已浇箱梁横隔墙处。
(一)主梁及导梁
1.主梁。本模架采用双主梁,主梁分5节,采用精制螺栓通过节点板连接,总长58m。两主梁间通过15组桁架横联连为一体,钢箱主梁采用Q345B钢制造,宽2200mm,高4200mm。单节最大重量为32.3t,主梁总重328t,制作过程中设置预拱度。钢箱主梁内侧腹板上部设横联上弦连接法兰孔及加劲,下部设有中吊杆牛腿,牛腿侧面设横联下弦连接法兰。
2.导梁。移动模架导梁由3×12m的等宽变高度桁架梁组成,为辅助模架过孔的结构。导梁与主梁钢箱之间均以精制螺栓通过节点板连接,导梁间采用3组桁架横联以销轴连为一体。
(二)前、中、后支腿体系
1.前支腿。前支腿支承于施工跨的前墩处,为整个造桥机的前端支点,主要包括:支腿立柱、横梁及纵梁、托辊轮箱、支承油缸等。移动模架工作时,竖向荷载通过主梁依次传递至支承油缸、支腿横梁、支腿立柱、墩顶。
2.中支腿。中支腿与前支腿构造基本相同,为整个造桥机的后端支点,在施工每孔砼梁时用垫块支撑于已浇筑砼梁面上。
3.后支腿。后支腿位于主梁尾部,用于辅助造桥机过孔。从上至下依次为球型铰座、支承千斤顶、垫座、分配梁、横移螺旋千斤顶、走行轮箱及轨道。
4.支承油缸。支承油缸为砼浇筑施工时支承主梁的刚性支承部件。其结构型式有别于普通液压油缸,配有双向液压锁和机械锁(抱箍或螺旋顶),以保证主梁浇筑砼状态万无一失。工作时,它支承于主梁底和支腿横梁之间。支承油缸上法兰为球面结构,可绕球心转动±5°,以适应施工要求。
(三)挑梁、吊臂及滑梁(模架悬挂系统)
挑梁和吊臂是移动模架重要的传力结构,负责悬挂整机模架、模板等砼成型结构。过孔走行过程中,挑梁和吊臂悬挂所有外模板及模架;砼施工状态,为吊杆分担部分模架、模板和砼重量,并传递至移动模架主梁。
挑梁位于主梁外,挑梁下弦设有滑梁,以实现模架整体横移,挑梁桁架左右各12片。滑梁位于挑梁与吊臂之间,与挑梁成对加工,并安装于挑梁下弦,用于模架的开启与合拢。吊臂为焊接桁架结构,上下分别与挑梁及侧模架通过销轴连接。
(四)模板系统
1.底模。架的移动模架的力。侧模架上弦杆设有可调撑杆,用于调节翼板模板,移动模架移动模架底模是箱梁砼的直接支承结构。底模与底模架始终保持一体对应分块制造,左右各12组,左右两组底模架通过8.8级精制螺栓用螺栓对拉,形成整体。考虑预拱度调整,在纵桥向两相邻底模板间均留有10mm的缝隙。底模架的上弦杆内侧通过φ50的高强度吊杆吊挂在钢箱梁内侧腹板的牛腿上,其上弦最外侧两个节点设置有吊挂滚轮,吊挂滚轮与侧模架的下弦连接,实现底模架的横移开启。
2.侧模。侧模架与侧模始终保持一体对应分块制造12组,侧模架设有可调撑杆,用以固定模板和辅助拆模。侧模架下弦杆设有螺旋支承,以利于调节腹板模板的位置及抵抗浇注砼时的侧压力。侧模架上弦杆设有可调撑杆,用于调节翼板的角度和拱度。
(五)移位系统
移位系统由固定在滑梁上的和固定于底模架吊挂轮处的各12台横移油缸及后支腿处4台纵移油缸组成。横移时,通过顶推吊臂顶面滑梁和底模吊挂轮处千斤顶,实现外侧模架横向开启和合拢。纵移时,由固定在支承台车上的两个纵移油缸顶推主梁纵向移动。通过垂直油缸和横移油缸的竖直与水平作用,以实现造桥机脱模与合模的目的。根据该造桥机的施工特点,液压系统按其功能和布局要求分为四个独立的子系统。该系统可驱动主梁纵移、横移和竖直移动,从而实现造桥机的过孔、脱模和合模。
四、MSS1500型移动模架的工作原理
其工作原理是在砼箱梁的上方设置承重钢主梁来承受模板、梁重和各种施工荷载,主梁在支承千斤顶及托辊的作用下,可实现升降及纵向移动;模架及模板在模架液压开启机构的作用下完成模架开启及闭合的动作。
模架通过挑梁、吊臂及吊杆悬挂在主箱梁底面,利用可调撑杆及吊杆调节模板的预拱度,按设计要求调整梁底的线形高程。当一跨梁段张拉完毕后,脱模卸架,由模架上配套的液压系统和传动装置,使钢箱主梁和模板纵移至下一跨。
五、移动模架施工工况介绍
(一)浇注砼时工况
前、中支腿油缸顶升至工作状态并锁定,底模及吊臂分别横移合拢并锁定,安装吊杆,调整模板系统至设计标高;前支点通过前支腿将荷载传递至墩顶,中支点通过横梁将力传递至已浇筑箱梁横隔墙上。
(二)脱模工况
1.根据设计要求一期张拉完成后,拆除墩顶散模及墩顶侧模拉杆,拆除吊杆、解除底模间和底模与侧模纵向连接螺栓。
2.拆除前、中支腿油缸位置的抱箍,前、中支腿油缸回油脱空,模架整体下落。
3.前、后支腿油缸伸出,模架起顶,中支腿油缸吊挂前移50.3m,至梁端隔墙处。
4.中支腿油缸伸出与桥面顶紧锁定,解除前支腿与墩顶间锁定,前支腿油缸回油脱空。
5.中、后支腿油缸收回,整机下落。
6.底模架及吊臂分别横移开启并锁定,准备第一次前移过孔。
(三)过孔工况
1.启动造桥机后支腿主动电机,整机前移18m后停下。
2.中、后支腿起顶,用卷扬机将前支腿拉到前一墩位置与墩顶预埋件锁定。
3.中、后支腿油缸回油,前中后支腿同时支撑移动模架大梁,准备第二次前移过孔。
4.启动后支腿主动电机,移动模架前移32.3m后到位。
六、MSS1500型移动模架的拼装
MSS1500型移动模架结构总重达780t,其中仅主梁重量就达332t,主梁单件最重32.3t,最轻26t,拼装难度最大的就是主梁,若采用在施工墩位搭设支架进行拼装,不仅费工、费时,且均为高空作业,安全风险较大。根据施工工期安排,结合移动模架的特点,主梁在岸边进行拼装,利用施工墩跨处优良的水深,采用260t浮吊将单组主梁(重166t)整体起吊就位。移动模架前、中支点提前安装好。小型构件采用30t浮吊以及50t履带吊站在支栈桥上直接拼装。
七、MSS1500型移动模架线形控制
为了确保箱梁张拉完成后,其线型与设计相符,预拱度设置必须准确。
移动模架在荷载作用下发生弹性变形及非弹性变形,通过预压模拟施工中加载过程,分析观测结果来计算移动模架的弹性变形和非弹性变形值,根据箱梁设计的反拱度与弹性变形值组合计算出施工时底模应设置的预拱度,实测移动模架承受施工荷载引起的弹性变形,与理论计算进行比较,验证计算模式。
八、移动模架使用过程中的问题
由于移动模架自身结构复杂,在使用过程中难免也会也会出现一些问题,本移动模架在施工过程中主要出现了以下两个方面的问题,其处理方法如下:
1.砼浇筑过程中由于支点处主梁弯曲上翘,各千斤顶反力相差较大。处理方法:按靠近跨中4台千斤顶先行全部满负荷受力,每台千斤顶350t,按总荷载1400t控制,如荷载超过1400t,千斤顶将被破坏。当总荷载(即模架自重780t和砼自重620t)达到1400t时,即砼浇筑到248m3时,进行起顶,起顶时靠跨中的4台千斤顶原则上不能有起升高度。靠外侧的4台千斤顶,参照油压表可控制其最大油压。
2.移动模架过孔过程中,在大悬臂状态下导梁前端下挠值实测为340mm,前支腿自行过孔时,在最不利处产生的下挠值为200mm,导梁前端总下挠量达到540mm。造成导梁无法上到前支腿,无法过孔。
处理措施:将前支腿割除500mm高,改为一个500mm高的垫块。垫块先不安装,待前导梁到达前支腿后,2台50t千斤顶起顶前支腿,加入垫块后固结,完成过孔。
九、结语
近几年来,随着铁路、公路跨越式大发展,移动模架在工程施工中的形式更加多样化,大跨度、自动化是移动模架的发展趋势,本文通过MSS1500型移动模架的成功应用为广大工程设计、施工人员提供一定参考价值。
关键词:移动模架;向莆铁路;MSS1500型;砼箱梁;铁路施工
中图分类号:U238文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0018-03
一、工程概况
新建向莆铁路JX-2A标东新赣江特大桥为向莆铁路全线最长的桥梁工程,也是全线控制性工程。全长27.3km。在南昌县东新乡附近跨越赣江,桥址位于既有生米公路大桥上游1.5km处。东新赣江特大桥41#～61#墩为48m预应力砼双线简支箱梁,墩中心距50.3m,按客运专线标准设计、施工。跨江段48m简支箱梁横截面为单箱单室结构,顶板宽9.56m,底板宽5.6m,其中两端支座处底板加宽到6.28m,直腹板,梁高4.3m。单孔箱梁自重约1500t。采用MSS1500型上行式移动模架进行施工。
二、MSS1500型上行式移动模架的特点
该移动模架是铁路工程目前国内使用最大的,较其它上行式移动模架有以下特点:
1.本上行式移动模架采用双主梁在国内属于首创。
2.移动模架双主梁结构稳定性更好,抗风能力更强。
3.它汲取了国内目前先进的上行式、下行式移动模架支腿自行过孔移位的优点,机械化程度高,操作简单,过孔更快捷。
4.受该桥墩身结构限制,移动模架开模打破上行式模架常规翻转开模方式,通过液压千斤顶实现外模系统横向开启及合拢,可操作性强,施工时不受桥下净空限制,过孔时不受墩身高度及宽度限制。
5.过孔时通过四条轨道,四台千斤顶顶推,纵移平稳、安全可靠。
6.模架主梁支撑油缸前、中支点采用4台千斤顶,结构受力更合理,移动模架升降平稳,安全可靠。
7.模架通过挑梁悬挂在主箱梁底面,通过吊臂与侧模架连接的可调螺杆设置模架的预拱度,操作方便,节省了大量时间(常规上行式模架利用吊杆调整底模拱度费时费力)。
三、MSS1500型移动模架的功能及构造简介
MSS1500型移动模架按荷载传递路径可将其结构分为外模板、模架及开模结构、挑梁、吊臂及吊杆、主梁、前中后支腿支撑机构等系统。双主梁通过前中支腿分别支撑在前方墩顶及已浇箱梁横隔墙处。
(一)主梁及导梁
1.主梁。本模架采用双主梁,主梁分5节,采用精制螺栓通过节点板连接,总长58m。两主梁间通过15组桁架横联连为一体,钢箱主梁采用Q345B钢制造,宽2200mm,高4200mm。单节最大重量为32.3t,主梁总重328t,制作过程中设置预拱度。钢箱主梁内侧腹板上部设横联上弦连接法兰孔及加劲,下部设有中吊杆牛腿,牛腿侧面设横联下弦连接法兰。
2.导梁。移动模架导梁由3×12m的等宽变高度桁架梁组成,为辅助模架过孔的结构。导梁与主梁钢箱之间均以精制螺栓通过节点板连接,导梁间采用3组桁架横联以销轴连为一体。
(二)前、中、后支腿体系
1.前支腿。前支腿支承于施工跨的前墩处,为整个造桥机的前端支点,主要包括:支腿立柱、横梁及纵梁、托辊轮箱、支承油缸等。移动模架工作时,竖向荷载通过主梁依次传递至支承油缸、支腿横梁、支腿立柱、墩顶。
2.中支腿。中支腿与前支腿构造基本相同,为整个造桥机的后端支点,在施工每孔砼梁时用垫块支撑于已浇筑砼梁面上。
3.后支腿。后支腿位于主梁尾部,用于辅助造桥机过孔。从上至下依次为球型铰座、支承千斤顶、垫座、分配梁、横移螺旋千斤顶、走行轮箱及轨道。
4.支承油缸。支承油缸为砼浇筑施工时支承主梁的刚性支承部件。其结构型式有别于普通液压油缸,配有双向液压锁和机械锁(抱箍或螺旋顶),以保证主梁浇筑砼状态万无一失。工作时,它支承于主梁底和支腿横梁之间。支承油缸上法兰为球面结构,可绕球心转动±5°,以适应施工要求。
(三)挑梁、吊臂及滑梁(模架悬挂系统)
挑梁和吊臂是移动模架重要的传力结构,负责悬挂整机模架、模板等砼成型结构。过孔走行过程中,挑梁和吊臂悬挂所有外模板及模架;砼施工状态,为吊杆分担部分模架、模板和砼重量,并传递至移动模架主梁。
挑梁位于主梁外,挑梁下弦设有滑梁,以实现模架整体横移,挑梁桁架左右各12片。滑梁位于挑梁与吊臂之间,与挑梁成对加工,并安装于挑梁下弦,用于模架的开启与合拢。吊臂为焊接桁架结构,上下分别与挑梁及侧模架通过销轴连接。
(四)模板系统
1.底模。架的移动模架的力。侧模架上弦杆设有可调撑杆,用于调节翼板模板,移动模架移动模架底模是箱梁砼的直接支承结构。底模与底模架始终保持一体对应分块制造,左右各12组,左右两组底模架通过8.8级精制螺栓用螺栓对拉,形成整体。考虑预拱度调整,在纵桥向两相邻底模板间均留有10mm的缝隙。底模架的上弦杆内侧通过φ50的高强度吊杆吊挂在钢箱梁内侧腹板的牛腿上,其上弦最外侧两个节点设置有吊挂滚轮,吊挂滚轮与侧模架的下弦连接,实现底模架的横移开启。
2.侧模。侧模架与侧模始终保持一体对应分块制造12组,侧模架设有可调撑杆,用以固定模板和辅助拆模。侧模架下弦杆设有螺旋支承,以利于调节腹板模板的位置及抵抗浇注砼时的侧压力。侧模架上弦杆设有可调撑杆,用于调节翼板的角度和拱度。
(五)移位系统
移位系统由固定在滑梁上的和固定于底模架吊挂轮处的各12台横移油缸及后支腿处4台纵移油缸组成。横移时,通过顶推吊臂顶面滑梁和底模吊挂轮处千斤顶,实现外侧模架横向开启和合拢。纵移时,由固定在支承台车上的两个纵移油缸顶推主梁纵向移动。通过垂直油缸和横移油缸的竖直与水平作用,以实现造桥机脱模与合模的目的。根据该造桥机的施工特点,液压系统按其功能和布局要求分为四个独立的子系统。该系统可驱动主梁纵移、横移和竖直移动,从而实现造桥机的过孔、脱模和合模。
四、MSS1500型移动模架的工作原理
其工作原理是在砼箱梁的上方设置承重钢主梁来承受模板、梁重和各种施工荷载,主梁在支承千斤顶及托辊的作用下,可实现升降及纵向移动;模架及模板在模架液压开启机构的作用下完成模架开启及闭合的动作。
模架通过挑梁、吊臂及吊杆悬挂在主箱梁底面,利用可调撑杆及吊杆调节模板的预拱度,按设计要求调整梁底的线形高程。当一跨梁段张拉完毕后,脱模卸架,由模架上配套的液压系统和传动装置,使钢箱主梁和模板纵移至下一跨。
五、移动模架施工工况介绍
(一)浇注砼时工况
前、中支腿油缸顶升至工作状态并锁定,底模及吊臂分别横移合拢并锁定,安装吊杆,调整模板系统至设计标高;前支点通过前支腿将荷载传递至墩顶,中支点通过横梁将力传递至已浇筑箱梁横隔墙上。
(二)脱模工况
1.根据设计要求一期张拉完成后,拆除墩顶散模及墩顶侧模拉杆,拆除吊杆、解除底模间和底模与侧模纵向连接螺栓。
2.拆除前、中支腿油缸位置的抱箍,前、中支腿油缸回油脱空,模架整体下落。
3.前、后支腿油缸伸出,模架起顶,中支腿油缸吊挂前移50.3m,至梁端隔墙处。
4.中支腿油缸伸出与桥面顶紧锁定,解除前支腿与墩顶间锁定,前支腿油缸回油脱空。
5.中、后支腿油缸收回,整机下落。
6.底模架及吊臂分别横移开启并锁定,准备第一次前移过孔。
(三)过孔工况
1.启动造桥机后支腿主动电机,整机前移18m后停下。
2.中、后支腿起顶,用卷扬机将前支腿拉到前一墩位置与墩顶预埋件锁定。
3.中、后支腿油缸回油,前中后支腿同时支撑移动模架大梁,准备第二次前移过孔。
4.启动后支腿主动电机,移动模架前移32.3m后到位。
六、MSS1500型移动模架的拼装
MSS1500型移动模架结构总重达780t,其中仅主梁重量就达332t,主梁单件最重32.3t,最轻26t,拼装难度最大的就是主梁,若采用在施工墩位搭设支架进行拼装,不仅费工、费时,且均为高空作业,安全风险较大。根据施工工期安排,结合移动模架的特点,主梁在岸边进行拼装,利用施工墩跨处优良的水深,采用260t浮吊将单组主梁(重166t)整体起吊就位。移动模架前、中支点提前安装好。小型构件采用30t浮吊以及50t履带吊站在支栈桥上直接拼装。
七、MSS1500型移动模架线形控制
为了确保箱梁张拉完成后,其线型与设计相符,预拱度设置必须准确。
移动模架在荷载作用下发生弹性变形及非弹性变形,通过预压模拟施工中加载过程,分析观测结果来计算移动模架的弹性变形和非弹性变形值,根据箱梁设计的反拱度与弹性变形值组合计算出施工时底模应设置的预拱度,实测移动模架承受施工荷载引起的弹性变形,与理论计算进行比较,验证计算模式。
八、移动模架使用过程中的问题
由于移动模架自身结构复杂,在使用过程中难免也会也会出现一些问题,本移动模架在施工过程中主要出现了以下两个方面的问题,其处理方法如下:
1.砼浇筑过程中由于支点处主梁弯曲上翘,各千斤顶反力相差较大。处理方法:按靠近跨中4台千斤顶先行全部满负荷受力,每台千斤顶350t,按总荷载1400t控制,如荷载超过1400t,千斤顶将被破坏。当总荷载(即模架自重780t和砼自重620t)达到1400t时,即砼浇筑到248m3时,进行起顶,起顶时靠跨中的4台千斤顶原则上不能有起升高度。靠外侧的4台千斤顶,参照油压表可控制其最大油压。
2.移动模架过孔过程中,在大悬臂状态下导梁前端下挠值实测为340mm,前支腿自行过孔时,在最不利处产生的下挠值为200mm,导梁前端总下挠量达到540mm。造成导梁无法上到前支腿,无法过孔。
处理措施:将前支腿割除500mm高,改为一个500mm高的垫块。垫块先不安装,待前导梁到达前支腿后,2台50t千斤顶起顶前支腿,加入垫块后固结,完成过孔。
九、结语
近几年来,随着铁路、公路跨越式大发展,移动模架在工程施工中的形式更加多样化,大跨度、自动化是移动模架的发展趋势,本文通过MSS1500型移动模架的成功应用为广大工程设计、施工人员提供一定参考价值。