移动模架施工法在桥梁施工中的应用

移动模架施工法在桥梁施工中的应用
王广平 付强
摘要: 移动模架施工法由于其具有安全、经济、高效及施工质量易于保证等优点而在我国的桥梁建设中到了广泛应用。本文介绍了移动模架施工法对桥梁要求以及设计计算方案,最后探讨了如何提高移动模架施工效率。
关键词: 移动模架施工法;要求;设计方案;效率
1 移动模架施工法对桥梁要求
1.1 路线平纵断面
移动模架造桥机的主要承重部件一般是略长于一跨的直线钢箱梁, 当桥梁位于曲线上时, 类似于梁按照切线布置或平分中矢布置。因此要求半径不能太小, 如跨度50 m时,曲线半径不宜小于600 m。这对于铁路桥梁来说较易满足( 一般跨度32 m时曲线半径要求在500～600 m以上) , 但公路桥梁位于小半径( R<200 m) 曲线上的情况较多, 此时模架应采用分节铰接形式以适应小半径, 但目前国内公路造桥机大多还限于采用直线模架横移来实现曲线桥的施工。对纵断面而言, 纵坡不应过大(一般不宜大于3%) 。
1.2 结构形式的选择
梁式桥按照受力分为连续梁和简支梁。对于简支梁, 当采用移动模架造桥机施工时, 除非预应力采用单端张拉, 否则需要考虑张拉空间的问题。而对于连续梁来说, 采用单端张拉对梁部内力、应力影响不大, 可以更好地适应移动模架造桥机施工要求。因此除非特殊情况( 如软弱地基等) , 一般应优先采用连续梁桥。
1.3 桥梁跨度及布置
根据移动模架造桥机施工的特点, 对桥梁最小跨度的要求主要取决于梁部箱内空间, 因为内模自动拆装及走行需要一定的空间, 同时还要考虑成桥后检修要求, 因此跨度太小时较难满足上述要求, 对于公路桥梁而言更是如此。当跨度增大时, 无疑模架承重梁的自重增加, 用钢量增大, 且较大跨度桥梁( 如64 m以上) 一般设计为变高度连续梁, 此时采用移动模架法施工速度与挂篮悬浇相差不大, 且对模架走行、模板制作等要求较高, 与挂篮悬浇相比己无优势可言, 因此采用移动模架造桥机施工时, 桥梁跨度不宜大于60～70 m, 其适宜跨度在30～50 m之间。
1.4 对下部结构的设计要求
对于上承式移动模架造桥机, 箱梁的腹板最好能搁置在模架主梁的顶面上, 这样有利于模架的布置和平衡, 而这又取决于箱梁腹板置于墩顶的位置; 同时桥墩的宽度是移动模架纵向滑曳时必须躲避的障碍, 因此为方便其行走, 桥墩横桥向跨度应尽量减小。当模架的后支点采用牛腿支撑于墩身时, 墩身设计中应考虑预留与牛腿水平肢相应的连接构造;而当后支点采用辅助墩直接支撑于基础顶面时, 一般要求墩身四周基顶应有一定的跨度( 约1.5 m左右) 。不论采用何种支撑方式, 均应作施工荷载检算。
2 设计方案
移动模架结构体系复杂，且承重主梁一般是腹板带孔的箱形结构，模板系统一般是由面板加梁肋组成的组合结构，其受力复杂，基于材料力学的传统方法一般只能用于结构初步设计和选型计算。在模架的设计分析验算时，基于有限元的数值分析方法是目前进行模架受力分析的有效方法。在模架结构验算时，一般包括整体效应和局部效应两个方面，采用的是板壳单元和空间杆、梁单元。
2.1 分析思路
其具体的分析思路如下：
(1) 认真阅读移动模架的设计图纸、桥梁施工组织设计及移动模架的拼装、移动资料，必要时到现场进行实地查看，确保对模架结构构造和工作原理的真正理解。
(2) 选择确定计算分析的力学物理参数。
(3) 根据移动模架的工作原理和作业环境，确定移动模架在使用过程中可能存在的荷载工况。
(4) 根据移动模架的传力机理，将移动模架结构分解成构件级，在此层面上，采用通用有限元软件，用梁、板壳及实体单元建立各受力构件的分析模型。
(5) 采用上述模型，按已拟定的荷载工况，对各构件的强度、刚度及屈曲稳定进行验算。
(6) 根据整体分析的计算结果，对需要进行局部分析的构件进行细部分析。
(7) 整理分析计算结果，便于。
2.2 计算荷载及组合
正确分析移动模架在使用期间可能出现的荷载及其组合情况，是进行移动模架分析的关键一步。根据移动模架施工的实际情况，作用于其上的荷载主要有三类：
(1) 常规载荷：移动模架自重、浇注的混凝土重量、起吊物重量。用于屈服、弹性失稳及疲劳失效等验算。
(2) 偶然载荷：是指移动模架在正常工作时不经常发生的偶然出现的载荷，包括由工作状态的风引起的载荷。主要用于结构的强度验算。
(3) 其它载荷：是在其它某些特定情况下发生的载荷，包括在移动模架安装、纵移、平移及拆卸时出现的载荷，作用在移动模架的平台或通道上的载荷等。
2.3 分析工况
2.3.1空载状态
将已合模、混凝土为浇注的状态称为空载状态。在此状态下，主要是分析横向风荷载作用下，模架主梁结构的受力情况。分析时主要考虑的荷载为：钢梁自重和静风荷载。对于风荷载的选取，可依据《公路桥梁抗风设计指南》。
2.3.2首跨浇注
将首跨＋悬臂段的施工工况，称为首跨浇注。该工况浇注的混凝土量最大，是模架主梁、上下横梁系统、模板系统及模架支承系统受力最为不利的一个工况。该工况下，要对主梁、横梁、模板、支承等构件进行全面验算，验算内容包括：强度、变形及稳定性。
2.3.3 标准跨浇注
将标准中间跨的施工定义为标准跨浇注。该工况下，重点对主梁模板、横梁等构件的变形进行验算，同时兼顾强度和稳定性的验算。验算工况主要为：模架自重＋混凝土自重
2.3.4过渡跨浇注
该工况并不是对所有的模架施工都存在的，只对于存在不同跨径过渡段的桥梁是存在的。该工况下，主要是对主梁模板、横梁等构件的变形进行验算，验算工况主要为：模架自重＋混凝土自重。
2.3.5尾跨浇注
将每一联最后一跨的施工，称为尾跨浇注。该工况下，主要是对主梁模板、横梁等构件的变形进行验算，验算工况主要为：模架自重＋混凝土自重
2.3.6移动模架纵向行走
移动模架在行走过程中，其支承条件不断变化，且受到纵向的水平推力。在该工况下，前、后鼻梁受力不利。要求对前后鼻梁的强度、变形及稳定性等进行验算。考虑的情况主要有：鼻梁最大剪力及鼻梁最大弯矩。
3 如何提高移动模架施工效率
移动模架施工现浇预应力混凝土梁一般都是在模架内绑扎钢筋, 因此施工过程的主要时间花在钢筋的绑扎工作,因此合理组织钢筋的绑扎工作对提高每跨梁的施工效率是非常重要的。对于各跨等截面的桥梁运用移动模架法施工时, 如果在进行混凝土浇筑的同时进行下一跨端隔梁钢筋和腹板钢筋的绑扎工作, 等到下一跨施工时可以直接吊装到模板内, 这个过程能节省不少施工时间, 提高施工效率, 其他的施工步骤差别不大, 这几项流程施工方式不同, 详细说明如下。该做法已经取得了很好的效果, 值得推广。
3.1 端隔梁钢筋绑扎
现场专门组织一班工人负责端隔梁的钢筋绑扎, 以提升施工效率。预先于端隔梁钢筋笼样板架上进行绑扎, 绑扎完成后, 等外模完成定位及钢模表面的修整, 即可进行吊装。
3.2 腹板钢筋绑扎
腹板钢筋的绑扎同端隔梁钢筋绑扎一样, 由专门班组负责, 预先于钢筋笼样板架上完成绑扎, 在端隔梁钢筋笼吊装时一同进行。腹板与端隔梁或腹板与腹板之间的交接处,再以现场绑扎方式处理。
结束语:
由于我国移动模架施工方法起步相对较晚，且有相当一部分移动模架的设计制造都是参考国外的。同时由于我国在钢材品质及制作加工工艺上同国际先进水平还存在一定的差距，导致移动模架在实际应用中还存在关键技术需进行更深入地探讨，同时也急需移动模架工法的操作指南及技术规程、规范等成套技术指导文件。
参考文献:
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[2] 赵启林, 濮卫, 陈一飞, 等. 基于光纤监测系统的桥梁移动模架安全性监测与控制[J]. 解放军理工大学学报(自然科学版), 2005, 6(5): 469-473.

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