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先简支后结构连续梁临时支座的设计与施工控制技术
2011年第6期(总181期)安徽建筑
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先简支后结构连续梁临时支座的设计与施工控制
TemporaryProductionDesignofSimplySuppoSedContinuousBeamStructureanditsConstructionControl
Technology
郭淑玉(中交第一公路工程局有限公司,北京100024)
摘要:临时支座的设计与施工控制是先简支后结构连续粱顺利实现结构体系转换的关键.文章分析了目前常见的临时支座类型,对临时支座的
设计与施工控制技术作初步探讨.
关键词:先简支后结构连续;临时支座;设计;施工控制技术
中图分类号:U443.36文献标识码:B文章编号:1007—7359(2011)06—0064--03
1临时支座的受力特性和技术要求
先简支后结构连续梁是在不设置伸缩缝的墩顶设两排
临时支座,中间安装永久支座,将预制梁就位安装在临时支座
上,让临时支座承受梁体重力,此时永久支座不受力,相邻两
跨的预制梁端头用钢筋连接,浇筑墩顶连续段并张拉纵向预
应力筋后,拆除临时支座,永久支座开始承受上部结构的全部
荷载,预制梁完成由简支结构向连续结构的转换.如何安全,
方便,快捷地拆除临时支座,是先简支后结构连续梁结构体系
转换的关键.
临时支座作为施工过程中的一种辅助工具,主要是承受
预制梁的重力.为避免梁体就位时的冲击损伤,在预制梁安装
过程中,要求临时支座对冲击力有一定的缓冲消散能力.为控
制好预制梁的标高和稳定性,在临时支座的受压过程中还必
须尽可能少的产生压缩和沉降变形,而且压缩和沉降必须均
匀.因此,临时支座必须能承受足够的竖向压力并尽可能少的
产生压缩和沉降,有一定的缓冲能力,还要有良好的稳定性和
抗滑性能,便于安装,拆除和清理,并对梁体和墩帽不产生污
染和损伤等.
2临时支座的设计与施工控制
先简支后结构连续梁是近年来新出现的混凝土梁体结
构,因其良好的使用性能,力学性能和施工便捷性而被广泛应
用.先简支后结构连续梁具有较为成熟的设计和施工工艺,施
工过程中按简支梁的施工工艺,完成结构体系转换后具备连
续梁的受力特性和使用性能,根据梁体类型和跨度的不同,可
间隔100m一5OOm设一道伸缩缝,桥面接缝少,整体性好,行车
舒适性好,而且造价相对较低,工期也较短.由于工程技术的
不断发展和施工特点的不同,临时支座的种类和形式也越来
越多,目前常见的临时支座类型有如下几种.
2.1钢制砂简临时支座
钢制砂筒临时支座就是在钢筒内放入一定厚度的砂,砂
上面放钢板和橡胶板,橡胶板上直接安装预制梁,利用砂的柔
l霁扒币.
硫磺砂浆抗压试件试验结果表1
硫磺砂浆临时支座通电软化情况表2
韧性和可塑性,在钢筒侧面打4qL并用螺栓或小钢板封闭,拆除
临时支座时只需打开4qL掏动砂层即可使钢板下降,临时支座
退出受压状态.砂桶一般采用自制,根据临时支座承载能力的要
求,砂桶又分为几种形式,如简易单缸钢制砂桶(如图1),双缸
套筒钢砂顶(如图2)等,根据施工实际情况的不同,还可在选材
和外观上作适当调整,但基本形式大致相同.
临时支座顶部宽度L必须不小于预制梁底部宽度,根据安
装梁体的设计标高来选择混凝土预制垫块的厚度,也可调整砂
层的厚度,为方便拆除,一般要求钢筒内砂层厚度不小于8era,
而且预制梁安装过程中砂层的压缩厚度必须在橡胶板的自由沉
降范围以为,确保梁体的全部重力通过橡胶板往下传递,拆除临
时支座时掏动砂层即可使临时支座退出受力.
在钢制砂筒临时支座的使用过程中,必须注意以下几个问
题:
①选择合适的砂,最好选用标准砂,防止砂层压缩固结和
过度变形,如用普通砂则要控制好砂的级配,粉尘含量,含泥量
和侧限抗压性能等,必要时可用水洗砂;
②临时支座顶面与安装的梁体底面充分紧贴,确保临时支
座均匀受压且只承受竖向压力,不承担任何水平力,在临时支座
的受力过程中,还应尽量避免梁体上受重压,防止临时支座的过
度沉降;
安徽建筑2011年第6期(总181期)
图1简易单缸钢砂桶示意图图2双缸套筒钢砂顶示意图
图3硫磺砂浆熬制工艺流程图
③墩顶现浇连续段的底模必须不漏浆,不变形,确保临时支座不受水泥浆的
影响,尤其是钢砂筒内的砂层是绝不允许水泥浆进入的,否则砂层凝固,临时支
座拆除困难;
④合理控制梁体顶面标高,在计算临时支座的顶面标高时,合理考虑临时支
座在各阶段的沉降,这是判断临时支座是否正常工作的直接标准.施工过程中,
应多次测量梁顶标高,分析变化的原因,找出规律,总结经验并及时采取合理的
控制措施.
钢制砂筒临时支座制作简单,稳定性好,可操作性强,便于控制施工质量和
安全,适用范围广,是目前使用较多的一种类型.尤其是对跨数较多的桥可方便
地拆除后进行重复利用,能显着节省时间和资金,如杭州湾跨海大桥先简支后结
构连续段的50m箱梁施工就用到了双缸套筒钢砂顶,施工效果良好.简易单缸钢
砂筒适用于跨径较小,预制梁自重不大(一般不超过2000的桥型,而双缸套筒钢
砂顶则在跨径较大,适合在预制梁自重较大的桥型中使用.
2-2硫磺砂浆临时支座
硫磺砂浆是指将硫磺加热到一定温度形成液态并充分脱水,然后加入适当
比例的预热干燥耐酸粉料和粒径1.25ram以下的细骨料,形成的一种新型热塑性
材料,它具有硬化快,强度高,可熔性好,便于回收,经济安全等特点.硫磺砂浆临
时支座就是充分利用硫磺砂浆的这些优点,制作方体或圆柱体形的硫磺砂浆承
受梁体的重力,在拆除临时支座时,用氧气烧化,预埋电阻丝电热软化或人工凿
除等方法方便地拆除.
硫磺砂浆临时支座的应用对技术的要求比较高,主要是硫磺砂浆的配比设
计和电阻丝的选择.根据施工条件和相关要求的不同,硫磺砂浆的组分和配合比
设计有很多种,以下介绍沪蓉西宜长高速公路上某大桥施工采用的硫磺砂浆情
况.
2.2.1硫磺砂浆的组分
2.2.1.1硫磺
硫磺是硫磺砂浆的胶粘剂,通常选用的硫磺为工业粉状硫磺或块状硫磺,要
求纯度高(一般大于98%),杂质少,含水量小(小于1%).硫磺为热施工材料,对
温度要求严格.在常温下,硫磺为淡黄色固体,在不同的温度下,将形成不同的同
素异形体和三态.当硫磺温度介于115~C一160~C之间时,易于施工操作.
2.2.1.2耐酸粉料
水泥可充当硫磺砂浆的耐酸粉料,掺人
适量的水泥,可提高硫磺的耐酸性,增加强
度,改善其可燃性,减少体积收缩等.水泥的
耐酸率要求不小于95%,细度要求通过
0.16ram筛孔筛余率不大于5%且通过
0.08mm筛孔筛余率为8%%一20%,含水率不
大于0.5%,使用前必须烘干.除水泥外,也可
用其它符合要求的耐酸粉料.
2.2.1_3细骨料
细骨料即砂,要求砂的耐酸率不低于
94%,含水率小于0.5%,含泥量小于1%,
1.25mm筛孔筛余量小于5%,使用前需烘干
脱水.
2.2.2硫磺砂浆的配制
2.2.2.1配合比设计
硫磺硬化是冷却时的固化过程,其强度
随温度的变化而不同,在20℃一40.c时其强
度最大,和普通砂浆的水化硬化有本质区
别.在配比设计过程中,应充分考虑到桥梁
结构体系转换中使用临时支座的强度要求
与可熔性的合理结合,设计多种不同的硫磺
砂浆配合比,进行对比试验和分析后,确定
最佳的配合比设计.图3给出了硫磺砂浆的
熬制工艺流程,其试配程序如下.
①将硫磺打成2em～5era粒径的小块,
按比例称好分批放入锅中,加热至130oC
～
150℃熔化,边熔边放边搅拌,注意均匀受
图4硫磺砂浆临时支座电阻丝平面布置图
图5混凝土预制块砂池临时支座示意圈
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2011年第6期I总181期)安徽建筑
热,以达到充分脱水的目的.
②硫磺脱水后,分批将已搅拌均匀的130℃烘干细骨料,
水泥放人锅中不断搅拌,脱水,均匀混合,严格控制熬制温度,
一
般为140oC一170oC,最高不超过180℃,熬制约3h一4h.
③待熬制的硫磺砂浆色泽均匀,气泡完全消失时,取样检
查,以鉴定其质量;如不符合要求,应继续熬制,直到合格.
④鉴定硫磺砂浆质量:在140~C时,浇入"8"字形抗拉试模
中,观察其冷却时应无涌泡,凹陷,欠密实,分层等现象;折断
!后,其颈部断面内,若肉眼可见小孔多于5个,说明熬制时间不一I
一够,延长熬制时间,直到可见小孔不多于5个为止.表1中列出
了4种配合比设计的硫磺砂浆抗压试件的试验结果.
2.2.2-2硫磺砂浆的硬化和软化
为确保硫磺砂浆的正常工作和方便拆除,必须通过多次
试验准确确定硫磺砂浆的硬化和软化温度.按以上4*配合比
试件的试验结果为:温度冷却到110℃以下时硫磺砂浆迅速硬
化,当降至85~C时硬化基本完成.其硬化情况还与成型模板的
散热性及外部气温环境有关,一般在0.5h～2h即可完全硬化,
达到100%的设计抗压强度.当温度在2O℃80℃时,硫磺砂浆
无软化现象,但超过80~C特别是90℃时,硫磺砂浆出现明显的
软化,达到120oC时完全液化.
确定硫磺砂浆的硬化和软化温度后,应选择临时支座的
拆除方案.以下介绍一种预埋电阻丝电热软化法:先将硫磺砂
浆预制块灌注至一半左右高度,待其表层初步结晶后,将已定
型好的电阻丝均匀布置在其表层,然后完成剩余部分硫磺砂浆
的灌注.电阻丝(如图4)应均匀分布,各电阻丝之间应留有一
定的间隙,一般以2em～4em为宜,间距过大可能出现受热不
均,间距过小可能造成短路.表2给出了硫磺砂浆预制块中分
别预埋500W,800W,lO00W3种不同功率的电阻丝的通电软化
情况.
选择合理的电阻丝是硫磺砂浆能否顺利熔化的关键,电
阻丝功率过大很容易烧断,功率过小熔化效果不好.通过分析
比较可知,预埋500W电阻丝即能取得较好的软化效果.
2.2.3硫磺砂浆临时支座的施工
硫磺砂浆临时支座的应用关键在于其制作过程,科学合
理的制作才能确保临时支座的正常工作和方便拆除,这是一个
需要经过反复试验和验证的过程,在模拟试验中各项指标全部
合格的临时支座才能投入使用.在预制梁安装时应在粱底和墩
帽上与临时支座接触的部位涂抹脱模剂,可使硫磺砂浆熔化后
再硬化时与结构物自然分离,不造成任何污染.
拆除硫磺砂浆临时支座,除按"高空作业"的安全施工要
求外,还应符合以下规定:
①采用电热法熔化硫磺砂浆垫块时,电热丝不得与其它
金属物接触;
②作业时人员应站在上风处操作,并应配戴安全防护用
品;
③人工凿除时,人员站位要拉开距离等.
硫磺砂浆临时支座的优点是强度高,稳定性好,基本无压
缩和沉降,便于控制高程,但其制作过程较为繁琐,且技术要求
_高,它适用于承载力要求较高的桥.
●2.3混凝±预制块砂池临时支座
混凝土预制块砂池就是在墩帽上预制一个四周围护的小
砂池,在砂池里面装砂,砂的顶面再放混凝土预制块和橡胶板
(如图5),其工作原理与钢制砂筒临时支座相同.
混凝土预制块砂池是最简单临时支座,可不设掏砂孔,拆
除时凿掉砂池围护即可掏砂,但其承载能力不强,适用于跨数
不多,跨径不大的小型梁体.与钢制砂桶临时支座一样,施工中
要注意防止水泥浆进入砂池,并密切监测临时支座的压缩和沉
降.
2.4枕木砂池临时支座
枕木砂池与混凝土预制块砂池的结构基本一样,用枕木
替代了混凝土预制块和橡胶板,操作更方便,而且成本更低,在
跨数不多,不方便重复利用的中小型梁体上运用较好.但其承
载能力有限,压缩和沉降量较大且不便控制标高.临时支座的
施工是先简支后结构连续梁体系转换的重要环节,一般应采用
模拟预压试验合格的施工方案,安装前调平墩帽顶面的横坡,
确保临时支座顶面水平并与梁底充分紧贴.拆除时做好安全防
护措施,精心安排好每一道施工工序,控制好每一个施工细节,
才能确保结构体系转换的安全,快捷,方便和经济.
3施工过程中的注意事项
①临时支座的安装和拆除基本都是在高空环境下作业,
要提前做好施工放样,支座安装,梁体安装和支座拆除等各工
序的安全技术交底,并做好安全防护措施,确保施工安全,规
范.
②临时支座的拆除要注意先后顺序和同步性,设计一般
要求从每联的中间开始拆除,且要同时拆除每个墩顶的全部临
时支座,确保墩顶连续段和梁体的全部重力瞬间同步落到永久
支座上,避免梁体,接缝和连续段内出现因不均匀沉降而产生
的内部应力.
③当临时支座拆除困难时,可采用超薄液压千斤顶,厚度
lOem～20em,单个顶能承受50t一140t的重量,行程可达lOem左
右,而且配上同步用泵操作后,可确保整个墩顶整体均匀起落,
在施工过程中拆除临时支座以及在养护过程中更换永久支座
都可以采用此办法.在贵州镇胜高速和陕西十天高速公路的施
工过程中都采用了此法,安全,方便,快捷,效果良好.
4结束语
临时支座虽然是一个较小的施工辅助设施,但其设计和
施工的好坏直接影响到先简支后结构连续梁的施工工期,施工
成本和结构性能等,应给予足够的重视,努力钻研,不断总结经
验,改进设计方法和施工工艺,使其更加成熟和完善.
参考文献
[1]刘阳,林国辉.杭州湾跨海大桥50m预制箱梁安装lI缶时支座结构
设计与施工[J].公路,20o6(9).
[2]申孝昌.先简支后结构连续梁桥的受力特点及施工质量控制lJ】.
青海交通科技,2007(3).