专利名称：自锚式托架的非原位预压方法及其自锚式托架的制作方法
技术领域：
本发明涉及高墩、大吨位结构物支架施工技术，尤其是涉及一种自锚式托架的非原位预压方法及其自锚式托架。
背景技术：
随着我国经济的迅速发展，交通基础设施的建设也得到迅猛发展，与此同时出现 越来越多的大跨度桥梁施工工程。例如国家重点干线宁波至樟木公路乐山 宜宾段高速公路工程，是成渝地区环 线的重要组成部分，新民岷江特大桥是乐宜高速公路的重点控制工程，位于乐山市犍为县 孝姑镇，新民岷江特大桥跨径组合为(14x40m)简支T梁+(115m+200m+115m)连续刚构 +15x40m简支T梁，桥梁全长1610m，主桥为200m跨预应力混凝土连续刚构。本桥的主墩高度近50米，主梁0号块全长14m，高12. 75m,梁底宽7. 5m,两侧翼缘 宽3m，箱梁顶面全宽13. 50m,桥中线上厚30cm，边缘20cm，两侧翼缘宽3m，桥面横坡2% ；横 隔板设于墩顶处，厚度250cm，底部设200 X 120cm进人洞。0号块施工方量为939. 31113，0#块 混凝土标号为C55，分3次浇注，砼的容重按26KN/m3计算，考虑1. 05的涨模系数，第1次浇 注底板及部分腹板、侧板混凝土，高度4. 5m，重10018kN。根据常规的预压方案，0#块支架需要预压的结构自重达到1000多吨，若上下游 两个0#块同时施工，则需要施压2000多吨。而在现有的技术领域，主要采用水箱预压和 沙袋预压方法，如果按照混凝土模拟荷载预压，墩顶平台为7. 5mX 15m，混凝土的容重按照 26KN/m3取，如果采用水箱预压，水的容重按26KN/m3取，则换算水柱的高度为8. 9m,如果采 用砂袋预压，砂的容重按15KN/m3取，则换算砂袋的高度为6m。十分明显，虽然水箱和砂袋 由于体积较大，同时考虑到塔吊的最大起重量有限，操作费时，在实践中也很难实现，更无 法保证施工工期的需要。因而对于目前日益增多的高墩、大跨度桥梁的施工项目，采用现有的常规预压方 法已存在很明显的不足，有必要提出一种合适此类施工需要的预压方法及设备，对现有施 工技术加以改进。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种自锚式托架的非原位预压方法，该预压方法不仅 能有效地解决高墩、大吨位结构物支架施工中的预压问题，而且在确保工程施工质量的前 提下，能较大程度地节约施工成本，同时也能缩短结构物施工周期，创造较好的经济效益。本发明的第二个目的是提供一种能节省大量的施工临时用材、施工质量更容易保 证、大大减少了时间和危险性、受力明确、安装容易、结构简单的自锚式托架。本发明的第一个目的是这样实现的一种自锚式托架的非原位预压方法，施工步骤如下A 根据结构物自重进行自锚式托架的设计由于结构物重的重量确定了预压的荷载，必须先根据设计图纸设计能够满足承载力要求的自锚式托架，并按照规范要求考虑 一定的安全系数进行验算，确定出自锚式托架顶部承受的竖向荷载，作为预压时千斤顶所 施加的张拉力；B 在工厂加工生产自锚式托架按照自锚式托架的设计图纸进行加工，验收合格 后进行下一步操作；C:布设自锚式托架以及千斤顶配套设施在工厂按照自锚式托架的非原位预压 布置图布置四个自锚式托架、四个150T千斤顶和Φ32精轧螺纹钢，进行非原位预压(1)、将4个相同的自锚式托架平躺放置在平地上布置，4个相同的支撑横 杆底部 呈上下相邻、左右相对的方形排列，且上下相邻的两个自锚式托架的立杆相邻；(2)、在4个相同的支撑横杆底部的结合部挤压有型钢垫块，并通过卡板卡紧，将 左右相对的两个支撑横杆固定在一起，将四个支撑横杆连成整体；(3)、上下相邻的两个自锚式托架的水平拉杆的锚固座相对放置，两个锚固座通过 两根Φ32精轧螺纹钢拉紧固定在一起；(4)、采用四根Φ32精轧螺纹钢将左右两个相对的自锚式托架的水平拉杆外侧的 悬臂端固定在一起，从而使四个自锚式托架连成整体，并在每个水平拉杆的悬臂端上各安 装一台用于张拉Φ32精轧螺纹钢的150Τ千斤顶；(5)、然后张拉Φ32精轧螺纹钢，通过量测精轧螺纹钢的变形量来观测自锚式托 架的变形，四个150Τ千斤顶同时加载，加载按50 %、80 %、100 %、125 %分级进行，每级持荷 时间为5min，每次反压过程中均测量左右两个自锚式托架之间的相对变形(即四根Φ32精 轧螺纹钢的伸长量)，并将左右两个自锚式托架变形总量的一半作为单只托架的变形值，对 于每个观测点，均在加载前、加载过程中、持荷过程和卸载过程中分次观测；D 按照50 %、80%、100%、125%逐级施加荷载进行预压；E 观测自锚式托架的变形量并确定支架的预拱度对现场观测的数据进行统计 分析，确定出自锚式托架的弹性变形量和非弹性变形量，同时结合支架力学计算得出的挠 度，综合分析确定自锚式托架的预拱度。一种自锚式托架，特征是由支撑横杆、立杆、斜撑、水平拉杆和锚固座组成，立杆的 下端垂直固定在支撑横杆的上部中间，斜撑的下端斜向固定在支撑横杆的上部、立杆下端 的旁边，水平拉杆固定在立杆的上端和斜撑的上端之间，水平拉杆与立杆和斜撑共同构成 三角形，在立杆上端的水平拉杆上焊接有锚固座。本发明采用非原位模拟荷载进行预压，其工作原理是在加工厂内采用张拉Φ32 精轧螺纹钢的方法对自锚式托架施加反力，使其受反力等同于砼荷载，避免在高空预压所 产生的不安全性。预压总重量按结构物砼自重并按照规范要求考虑一定的安全系数进行 预压，以消除自锚式托架加工后的非弹性变形，得出弹性变形，从而设置自锚式托架的预拱度。采用本发明自锚式托架的非原位预压方法进行预压的优点如下1、有效地节约施 工时间，施工难度小；2、成本投入较小，采用材料设备均可作为后期施工所用，不需要额外 投入资金；3、适用的限制条件少，能够适用于所有受环境所限制而无法按常规预压方法施 工的项目；4、本预压方法技术含量高，能有效地达到模拟状态，保证工程质量，有效地解决 施工过程中的预压问题。
自锚式托架的结构特点是结构简单、受力明确，自锚式托架在工厂或工地放样后 下料焊接，检查合格后整体空中安装，操作简单，无需空中切割和焊接，再安装纵向分配梁 和横向分配梁，在横向分配梁上支模施工0#块。自锚式托架的设计必须结构物自重的受力 要求，并有完整的力学计算过程，确保自锚式托架的受力合理。与传统的落地支架比较，自 锚式托架节省了大量的施工临时用材；与常规的托架比较，自锚式托架少了墩身施工中的 预埋件以及空中焊接切割，施工质量更容易保证，安装也容易，大大减少了施工时间和危险 性。
图1为自锚式托架的非原位预压布置图；图2为自锚式托架的结构示意图；图3为本发明实施过程中自锚式托架的立面布置示意图；图4为图3的俯视图。
具体实施例方式下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。图3为本发明在新民岷江特大桥0#块支架的实施方案中的立面布置图，此0#块为单箱单室结构，采用自锚式托架法进行现浇施工，即自锚式托架2的支 撑横杆8伸入到墩身13侧壁的墩孔14内，自锚式托架2上部的水平拉杆5之间采用精轧 螺纹钢15对拉，将墩身13左右两侧的两个自锚式托架2-1、2-2锚固在墩身13上，形成自 锚体系，在自锚式托架2的水平拉杆5的上部布置2156a作为主承载梁16，在主承载梁16 的上方布置了与主承载方向垂直的I56a作横向为分配梁17，主承载梁16和横向分配梁17 之间为刚性接触，弹性变形为零。由于0#块方量较大，第1次浇注底板及部分腹板、侧板混 凝土，高度4. 5m，重10018kN，需要预压的结构物自重达到1000吨以上。预压总重量按结构 物砼自重并按照规范要求考虑一定的安全系数进行预压，以消除自锚式托架加工后的非弹 性变形，得出弹性变形，从而设置自锚式托架的预拱度。一种自锚式托架的非原位预压方法A、根据预压的对象、所需要预压的总重量，来确定预压时所施加的张拉力。在本设 计方案中，在每个墩身13的左右两侧各安装有自锚式托架2-1和自锚式托架2-2，根据支架 力学计算结果，自锚式托架2-1荷载按1000kN预压检验，自锚式托架2-2荷载按1300kN预 压检验，由于对单个自锚式托架逐片进行预压，从而有效地降低了需要预压的总重量；B、按照自锚式托架2的设计方案在钢结构加工厂内进行自锚式托架2的加工制 作，加工完成后进行验收；C、将在工厂内加工完成并检验合格的自锚式托架2按照图1进行布置，将四片相 同的自锚式托架2按照图示位置采用0 32精轧螺纹钢3、10连成整体，在四片相同的自锚 式托架2的支撑横杆8底部布置一个型钢垫块11 (型钢垫块11的长度为支撑横杆8伸入 墩身13侧壁的墩孔14内长度的两倍，起到模拟支撑横杆8伸入墩孔14的效果，型钢垫块 11的厚度不宜过小，应大于自锚式托架2两倍的变形量，避免预压过程中因为自锚式托架2 的变形过大，相对的两片自锚式托架2的支撑横杆8相互接触，导致无法量测自锚式托架2的变形量)，然后采用卡板9将左右相对的支撑横杆8连成整体，上下两个相邻自锚式托架 2的两个锚固座4采用两根Φ 32精轧螺纹钢3连起，起到模拟将自锚式托架2锚固在墩身 13上形成自锚体系的效果，最后在左右两个相对的自锚式托架2的水平拉杆5外侧的悬臂 端12上穿设四根Φ32精轧螺纹钢10，布置四台150t千斤顶1，由四台150t千斤顶1实施 对自锚式托架2的加载；D、按照顺序进行预压，首先是加载，按图1中布置位置，四台千斤顶1同时施加荷载，加载按50%、80%、100%, 125%分级进行，每级持荷时间为5min，加载的过程遵循对称 张拉的基本原则，保证自锚式托架2的各部位的受力均勻；张拉完成后，进行卸载，卸载的 顺序与加载相反，同样按照100%、80%、50%分级进行卸载；观测自锚式托架2的变形量应 同加载、卸载同步，在分级荷载到位，应及时记录自锚式托架2的变形量，同样在卸载的过 程中，也需同步记录变形量；观测过程中现场技术人员应认真负责，如实记录，记录完成后 将实测数据上报项目部总工和监理工程师；E、根据观测数据进行统计分析，确定出弹性变形量及非弹性变形量，然后结合自 锚式托架2的力学计算得出的挠度，分析确定出预拱度，提供给现场施工。在现场施工的过程中应在第一次混凝土浇注前，在现场安装到位的自锚式托架2 上设置观测点，等待混凝土浇注完成后，再对观测点进行复测，并混凝土浇注之前的数据进 行比较，作为后续施工0#块的参考。在自锚式托架2上设置的观测点，均为加载前、加载过程、持荷过程和卸载过程中 分次进行观测，并进行记录。每片自锚式托架2的支撑横杆8插入薄壁墩的墩身13侧壁上的墩孔14，使得自 锚式托架2附着在墩身13上，两个相对自锚式托架2的水平拉杆5通过墩身13侧壁上的 两个Φ80πιπι预留孔18安装两根Φ32精扎螺纹钢15对拉，将两个相对的自锚式托架2_1、 2-2锚固于墩身13上，自锚式托架2的作用是支撑主承载梁16和横分配梁17，把主承载梁 16和横分配梁17上的荷载通过斜撑6传递到墩身13，水平力通过精扎螺纹钢筋对拉克服， 自锚式托架2为主要受力构件。自锚式托架2在每片薄壁墩身3的顺桥向(见图4)两侧对称布置，每墩共计4个， 自锚式托架2由支撑横杆8、立杆7、斜撑6、水平拉杆5和锚固座4组成，立杆7的下端垂直 固定在支撑横杆8的上部中间，斜撑6的下端斜向固定在支撑横杆8的上部、立杆7下端的 旁边，水平拉杆5固定在立杆7的上端和斜撑6的上端之间，水平拉杆5与立杆7和斜撑6 共同构成三角形，在立杆7上端的水平拉杆5上焊接有锚固座4。水平拉杆7由2根[20b组合焊接而成，斜撑6由2根I36b或2根132b焊接而成， 在三角形的自锚式托架2上布置有2根I56a的主承载梁16，在主承载梁16上布置有多根 I56a横分配梁17，在横分配梁17上安装0号块底模。
权利要求
一种自锚式托架的非原位预压方法，其特征在于一种自锚式托架的非原位预压方法，施工步骤如下A根据结构物自重进行自锚式托架的设计由于结构物重的重量确定了预压的荷载，必须先根据设计图纸设计能够满足承载力要求的自锚式托架，并按照规范要求考虑一定的安全系数进行验算，确定出自锚式托架顶部承受的竖向荷载，作为预压时千斤顶所施加的张拉力；B在工厂加工生产自锚式托架按照自锚式托架的设计图纸进行加工，验收合格后进行下一步操作；C布设自锚式托架以及千斤顶配套设施在工厂按照自锚式托架的非原位预压布置图布置四个自锚式托架、四个150T千斤顶和Φ32精轧螺纹钢，进行非原位预压(1)、将4个相同的自锚式托架平躺放置在平地上布置，4个相同的支撑横杆底部呈上下相邻、左右相对的方形排列，且上下相邻的两个自锚式托架的立杆相邻；(2)、在4个相同的支撑横杆底部的结合部挤压有型钢垫块，并通过卡板卡紧，将左右相对的两个支撑横杆固定在一起，将四个支撑横杆连成整体；(3)、上下相邻的两个自锚式托架的水平拉杆的锚固座相对放置，两个锚固座通过两根Φ32精轧螺纹钢拉紧固定在一起；(4)、采用四根Φ32精轧螺纹钢将左右两个相对的自锚式托架的水平拉杆外侧的悬臂端固定在一起，从而使四个自锚式托架连成整体，并在每个水平拉杆的悬臂端上各安装一台用于张拉Φ32精轧螺纹钢的150T千斤顶；(5)、然后张拉Φ32精轧螺纹钢，通过量测精轧螺纹钢的变形量来观测自锚式托架的变形，四个150T千斤顶同时加载，加载按50％、80％、100％、125％分级进行，每级持荷时间为5min，每次反压过程中均测量左右两个自锚式托架之间的相对变形，即四根Φ32精轧螺纹钢的伸长量，并将左右两个自锚式托架变形总量的一半作为单只托架的变形值，对于每个观测点，均在加载前、加载过程中、持荷过程和卸载过程中分次观测；D按照50％、80％、100％、125％逐级施加荷载进行预压；E观测自锚式托架的变形量并确定支架的预拱度对现场观测的数据进行统计分析，确定出自锚式托架的弹性变形量和非弹性变形量，同时结合支架力学计算得出的挠度，综合分析确定自锚式托架的预拱度。2、如权利要求1所述的自锚式托架的非原位预压方法，其特征在于在自锚式托架的水平拉杆的上部布置2I56a作为主承载梁，在主承载梁的上方布置了与主承载方向垂直的I56a作为横向分配梁，主承载梁和横向分配梁的之间为刚性接触，弹性变形为零。
2、如权利要求1所述的自锚式托架的非原位预压方法， 其特征在于在自锚式托架的水平拉杆的上部布置2156a作为主承载梁，在主承载梁的上 方布置了与主承载方向垂直的I56a作为横向分配梁，主承载梁和横向分配梁的之间为刚 性接触，弹性变形为零。
3.用于如权利要求1所述的自锚式托架的非原位预压方法的自锚式托架，其特征在 于由支撑横杆、立杆、斜撑、水平拉杆和锚固座组成，立杆的下端垂直固定在支撑横杆的上 部中间，斜撑的下端斜向固定在支撑横杆的上部、立杆下端的旁边，水平拉杆固定在立杆的 上端和斜撑的上端之间，水平拉杆与立杆和斜撑共同构成三角形，在立杆上端的水平拉杆 上焊接有锚固座。
4.如权利要求3所述的自锚式托架，其特征在于水平拉杆由2根[20b组合焊接而成， 斜撑由2根I36b或2根I32b焊接而成，在三角形的自锚式托架上布置有2根I56a做为主 承载梁16，在主承载梁上布置有多根I56a横向分配梁，横向分配梁上安装0号块底模。
全文摘要
本发明公开了一种自锚式托架的非原位预压方法及其自锚式托架，它包括以下步骤先根据结构物自重进行自锚式托架的设计；在工厂加工生产自锚式托架在工厂按照自锚式托架非原位预压布置图布置托架以及千斤顶等设备，进行非原位预压；按照顺序逐级施加荷载进行预压；观测自锚式托架的变形量并确定支架的预拱度确定出自锚式托架的弹性变形量和非弹性变形量，同时结合支架力学计算得出的挠度，综合分析确定自锚式托架的预拱度。本发明不仅能有效地解决高墩、大吨位结构物支架施工中的预压问题，而且在确保工程施工质量的前提下能较大程度地节约施工成本，同时也能缩短结构物施工周期，创造较好的经济效益。
文档编号E01D21/00GK101824801SQ201010166438
公开日2010年9月8日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者叶绍其, 彭建萍, 李江, 王湘桥, 罗志雄, 赵则锋, 陈爱军, 韩井东 申请人:中铁大桥局集团第五工程有限公司