高速公路T梁智能工厂化施工技术.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言近年来，山区高速公路占比逐步提高，桥隧占比逐步增多，路基在山区高速公路的占比逐步下降，长路基更少，作为高速公路主要跨越结构的预制T梁，建造场地选择日趋困难，如何采用短路基建设小规模、高标准、高质量、高效率的T梁预制场替代传统梁场具有重要意义。基于此，本文对高速公路T梁智能工厂化施工技术进行研究。1 施工要素配置永杭高速公路 A1合同段位于福建省山岭重丘区，桥隧比68%，桥隧、桥桥之间路基段落短，最长两段不到 300 m，且为石方段落，无法满足传统梁场建设要求，常规产能亦无法满足总工期要求。结合现场条件，A1 合同段梁厂最终选定在金砂互通区 C 匝道范围内，占地5 940 m2，共生产T梁428片，其中梁片最大横坡为3%，最小横坡为0.27%。1.1 全封闭梁场摒弃传统梁场露天野外作业模式，所有作业区均为全封闭车间，如图1所示，可确保各道工序全天候生产，不受大风、降雨、冬季施工等恶劣条件的影响，显著提高梁厂产能。1.2 智能设备1.2.1 移动钢台座摒弃传统混凝土固定台座，采用现代化移动钢台座，如图2所示，配备移动式轨道钢筋定位架，压缩工序之间的衔接时间，实现钢筋绑扎、浇筑、养护在流水线上移动作业，克服了台座占地面积大、周转时间长的缺点，较传统吊装模式省去了钢筋提吊环节，避免了提吊变形，提高钢筋安装整体性和进度，且可以错峰作业，节省了台座挤占时间。图1 全封闭式梁场图2 移动台座绑扎钢筋1.2.2 液压式整体模板摒弃传统组合拼装式模板，采用现代化液压整体钢模具，如图3所示，该模具采用先进的同步系统将18个单缸液压油顶组合成智能液压动力体系，实现模板拆装自动化，打破传统敲、打、撬的拆模工艺，较好地控制了梁体损伤和模板变形。1.2.3 蒸汽养生室摒弃传统覆盖喷淋养护工艺，采用现代化智能变温蒸养系统，如图4所示，由蒸养棚和变温蒸养设备组成。蒸养棚采用试验恒温养护室标准建设，外包隔热保温层；变温蒸养机可随梁体预埋的温度感应器实时收稿日期：2023-03-14作者简介：杨维彬（1985），男，高级工程师，从事公路桥梁施工管理工作。高速公路T梁智能工厂化施工技术杨维彬1，邬靖2，郎彦涛3（1.中化学交通建设集团第一工程有限公司，重庆 401338；2.中建铁路建设投资集团有限公司，北京 100053；3.中建路桥集团基础设施建设有限公司，福建 福州 350011）摘要：为解决预制T梁建造场地选择困难的问题，结合永杭高速公路A1合同段梁场建设实例，介绍了预应力混凝土T梁主要工厂化智能施工技术，对其生产的T梁进行了强度及张拉起拱度分析验算。分析表明，采用蒸汽养生与预应力二次张拉工法生产的T梁，能满足T梁的设计性能要求，通过工艺改进能显著加快施工进度，保证施工工期，在质量控制、安全作业、环境保护等方面具有先进性，应用推广前景良好。关键词：工厂化；智能化；生产流水线；起拱度中图分类号：U445文献标识码：B149总660期2023年第30期（10月 下）调节蒸养室温度湿度，高效提升混凝土强度及弹性模量，及早达到张拉条件。图3 液压整体钢模具图4 现代化智能蒸汽养生房1.2.4 张拉机具张拉机具采用河北高达电子科技有限公司生产的高达预应力智能张拉控制系统，主要由智能张拉主机、智能张拉从机、千斤顶、位移传感器、压力传感器组成，具有一键张拉、自动记录张拉结果、手动单步张拉、支持多种张拉类型和远程监控等功能，如图 5所示。1.2.5 压浆机具压浆设备采用河北高达电子科技有限公司生产的智能压浆台车，主要由高速、低速搅拌电动机、高速、低速搅拌桶、螺杆泵、水箱、上料口、LED屏组成，具有自动配料、自动压浆、自动记录配料和压浆数据、远程网管等功能，如图6所示。1.3 智能生产流水线梁厂设置四条生产流水线，每条生产线包含钢筋绑扎区、制梁区、蒸汽养生区、存梁区，如图7所示。首先移动台座依靠龙门吊吊至钢筋绑扎区绑扎梁肋及横隔板钢筋并布置预埋钢板、预应力管道，完成后台座依靠自身动力装置移动至制梁区，液压模板依靠自身液压系统合模；然后开始绑扎翼板钢筋，布设负弯矩预应力管道，调整梁片横坡；最后浇筑混凝土，采用龙门吊配吊斗吊入模内浇筑，待12 h混凝土强度达到规范设计要求后拆模。混凝土强度达到初凝条件后台座移动至蒸汽养生房养护24 h，待混凝土强度达到设计强度的75%后，打开蒸汽养生棚，进行T梁预张拉。预张拉完成后，T梁吊至存梁区自然洒水养护6 d，待图5 预应力智能张拉系统示意图图6 管道智能压浆示意图150交通世界TRANSPOWORLD混凝土强度达到设计强度的90%后，进行T梁二次终张拉。台座依靠龙门吊吊至钢筋绑扎区，重复上述流程，达到流水线循环生产，生产效率是普通梁场的2.4倍。图7 智能生产流水线2 强度相关验算2.1 技术标准根据现行 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 33622018）及永杭高速公路A1合同段施工设计图纸。2.2 相关参数2.2.1 荷载参数1）预制T梁结构自重（不包含横隔板）：由软件根据模型中的材料特性及截面特性自动计算其效应；2）预制 T 梁横隔板自重施加：计算横隔板容重，直接通过集中力的方式进行加载；3）预应力施加：根据施工设计图纸中所示的预应力钢束布置图与附注相关内容，在软件中施加所建立的预应力钢束张拉力，预张拉施加控制应力为 0.45fpk（837MPa），二次终张拉控制应力为0.75fpk（1 395 MPa）。2.2.2 材料参数预张拉验算时的混凝土强度 C37.5（设计强度的75%），短暂状况施工阶段的混凝土轴心抗拉强度标准值和抗压强度标准值分别取ftk=2.3 MPa和fck=25.1 MPa。二次终张拉验算时的混凝土强度 C45（设计强度的90%），短暂状况施工阶段的混凝土轴心抗拉强度标准值和抗压强度标准值分别取ftk=2.5 MPa和fck=29.6 MPa。2.2.3 边界条件在离梁端0.8 m的两吊点处设置简支边界条件模拟两吊点。2.3 验算结果2.3.1 模型说明采用Midas Civil建立空间有限元模型进行分析，以30 mT梁为例，计算模型如图8所示。2.3.2 计算结果1）T梁预张拉及吊装移位应力验算结果如表 1所示，模型应力计算结果如图9所示（以30 m边跨边梁为例，其他模型计算方式相同）。表1 T梁预张拉及吊装移位应力验算结果单位：MPaT梁类型30 m边跨30 m中跨T梁型号边梁中梁边梁中梁T梁截面验算项目法向最大拉应力法向最大压应力法向最大拉应力法向最大压应力法向最大拉应力法向最大压应力法向最大拉应力法向最大压应力容许值（0.7ftk/0.7fck）1.617.61.617.61.617.61.617.6验算结果0.078.910.087.730.057.98无（全截面受压）6.06是否满足要求满足满足满足满足满足满足满足满足图9 30 m边跨边梁截面法向最大拉/压应力（最大拉应力：0.06 MPa，最大压应力：8.90 MPa）2）二次终张拉及吊装移位应力验算结果如表2所示，模型应力计算结果如图10所示（以30 m边跨边梁为例，其他模型计算方式相同）。表2 T梁二次终张拉及吊装移位应力验算结果单位：MPaT梁类型30 m边跨30 m中跨T梁型号边梁中梁边梁中梁T梁截面验算项目法向最大拉应力法向最大压应力法向最大拉应力法向最大压应力法向最大拉应力法向最大压应力法向最大拉应力法向最大压应力容许值（0.7ftk/0.7fck）1.820.71.820.71.820.71.820.7验算结果1.4119.761.9017.571.2118.121.4214.50是否满足要求满足满足满足满足满足满足满足满足3 起拱分析利用C50混凝土2 d、3 d龄期的实测弹性模量（2 d图8 计算模型151总660期2023年第30期（10月 下）龄期：2.42104 MPa、3 d龄期：2.52104 MPa），分别计算T梁预张拉起拱量，并与设计张拉起拱量（设计弹性模量：3.45104 MPa）进行对比。其他计算分析参数与强度验算相同。T梁张拉起拱分析结果如表3所示，模型起拱量计算结果如图11所示（以30 m边跨边梁为例，其他模型计算方式相同）。通过对T梁预张拉、二次终张拉及吊装移位的应力强度进行验算，其截面的最大压、拉应力均在容许范围内，满足现行公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 33622018）中短暂状况构件应力计算的相关要求；由T梁张拉起拱结果可知，2 d龄期预张拉起拱量略大于3 d龄期预张拉起拱量，因设计张拉应力大于预张拉应力，设计张拉起拱量也大于预张拉起拱量，所有起拱量值均满足小于1/400跨径要求。4 结束语采用蒸汽养生与预应力二次张拉工法生产的T梁，在预张拉后，能满足T梁吊装、移位与存梁期间的抗裂要求，在正式张拉后，能满足T梁的设计性能要求，通过工艺改进能显著加快施工进度，保证施工工期；该工艺工法生产的装配式T梁在标准化、工厂化、智能化程度上较高，在质量控制、安全作业、环境保护等方面具有先进性；当制梁场地受到限制且梁片预制生产规模越高时其经济价值也越高。综上所述，T梁智能工厂化施工技术在山区高速公路施工领域具有良好的应用推广前景。参考文献：1 王海蛟.装配式T梁工厂化生产基于传统梁场比对的可行性探讨J.石家庄铁路职业技术学院学报，2020（3）：63-66.2 黄志刚.高速公路预应力混凝土T梁工厂化预制关键技术研究D.天津：河北工业大学，2022.3 董建兴.装配式预应力混凝土T梁起拱度控制J.山西交通科技，2005（S1）：109-110，115.4 闫世岗.装配式预应力混凝土连续T梁预制标准化施工J.山西建筑，2013（28）：157-159.5 张元海.T形截面梁的应力与挠度计算J.中国铁道科学，2005（2）：83-86.6 向爱兵.“十四五”我国交通基础设施发展思路与路径J.交通运输研究，2022（81）：59-66.7 郭宏剑.T梁工厂化制造工法关键技术研究D.湘潭：湖南科技大学，2020.(a)2 d龄期：13.77 mm(b)3 d龄期：13.22 mm(c)设计弹性模量：26.16 mm图11 30 m边跨边梁预张拉起拱量图10 30 m边跨边梁截面法向最大拉/压应力（最大拉应力：1.41 MPa，最大压应力：19.76 MPa）表3 T梁张拉起拱分析结果单位：mmT梁类型30 m边跨30 m中跨T梁型号边梁中梁边梁中梁2 d龄期预张拉起拱量13.7710.3211.556.093 d龄期预张拉起拱量13.229.9111.095.85设计弹性模量设计张拉起拱量26.1622.1323.4517.05是否满足小于1/400跨径要求满足满足满足满足152