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超高性能混凝土(UHPC)桥面铺装专业设备研究

发布时间:2020-01-11浏览次数:

本文结合实际工程案例介绍了UHPC桥面铺装专业设备的研究,针对此工程中UHPC桥面铺装标高控制过程中出现的问题进行研究,设计出一套自动化设备,以实现施工过程中整平梁能够根据行走位置自动调整标高,从而实现自动连续调整横纵坡以及桥面标高的目的。实践结果表明,该UHPC桥面铺装专业设备是可行的,且可以取得良好的施工效果。

超高性能混凝土(UHPC)因具有较高的力学性能逐步被广泛运用于钢桥面与桥面沥青铺装层之间作为粘结过渡层。超高性能混凝土强度高、扩展性好,但通常相对比较粘稠且含有钢纤维,因此桥面摊铺作业时,不适合采用以人工为主的摊铺作业方式,传统的路面摊铺设备需加以改装后方能使用,通常采用专用的设备进行摊铺。同时,钢桥面设计时又不完全是平面,而出现了微曲面设计,这对施工铺装用的桥面定型设备提出了新的线形控制要求。

1、工程概况

援马尔代夫中马友谊大桥跨越马累岛和机场岛之间的 Gaadhoo Koa 海峡,全桥总长1390m。钢箱梁部分的桥面采用超高性能混凝土(UHPC)-钢轻型组合结构+SMA13面层的形式,其中组合结构为超高性能混凝土(UHPC)等材料与钢箱梁顶板的组合结构,见图1。UHPC铺筑在顶板上,厚度为6cm,在UHPC铺筑层中包含涂刷在顶板面上的防腐涂装层、焊接在顶板面上的栓钉、布置在铺筑层中的钢筋网。超高性能混凝土(UHPC)-钢轻型组合结构共分三段50m+50m+22m,见图2。

2、桥面铺装专业化设备研究

2.1 施工要求

目前钢桥面UHPC专用摊铺设备多以人工控制为主,在进行UHPC桥面表面标高控制方面主要依靠振捣整平设备的整平梁的底标高(或刮板底标高)进行控制。在桥面横坡和纵坡发生变化处,采用人工调整整平梁的两边吊杆高度来控制横坡,纵坡主要通过整平设备的行走轮的轨道施工前调整到位来控制。这种标高控制方法主要以人工调整为主,在桥面横坡纵坡固定不变的情况下比较方便有效。随着城市高架桥广泛采用钢箱梁结构后,UHPC用处越来越广。桥面线形多变情况越来越多,使得路面横纵坡变化越来越大,例如弯道处的超高段横纵坡不仅变化大,而且还存在连续变坡的情况,这样传统人工调整整平梁的控制标高方法就难以满足标高和坡度的精度要求,操作起来效率也很低。在援马尔代夫中马友谊大桥工程中UHPC桥面铺装段不仅有一定横坡而且处于纵坡变化段(桥面横坡为2.5%,纵坡3.2%),对标高控制有很高的要求。

2.2 UHPC桥面铺装专业设备研究

针对此工程中UHPC桥面铺装标高控制过程中出现的这些问题,通过设计一套安装在振捣整平设备上的控制系统装置,以实现施工过程中整平梁能够根据行走位置自动调整标高,从而实现自动连续调整横纵坡以及桥面标高的目的。其技术关键点有:

1)采用可伸缩承压杆设计,通过调整承压杆长度来控制梁底线形。通过将振动梁的上部承压杆设计成长度在一定范围内多点可调的伸缩杆件,使得振动梁的下部起成型混凝土作用的主梁工作面线形发生变化。

2)采用多点调整伸缩杆长度,可实现多种线形自由调整。通过采用在上部承压杆安装多个可伸缩的丝杆加工件作为调整长度的节点,可实行局部调整以及整体梁的线形调整。

3)采用中间加限位吊杆的设计,确保调整后梁体不变形,结构简单易操作。通过采用在振动梁中部等分位置加设限位吊杆来确保施工过程中以及闲置较长时间的情况下调整后的梁体保持形状不变。吊杆采用全丝杆设计,通过弹簧加螺母拧紧的方式上下夹紧限位,采用人工操作,结构简单易实现。

4)采用自动化机械控制吊杆高度,施工效率高,更加安全。该系统采用电机齿轮组机械化控制旋转角度调节吊杆高度的方式,代替了人工上下设备操作,施工效率很高,使得标高控制操作实现了机械自动化,施工更加安全。

5)采用传感器测量相对高度和行程,控制精度高,标高控制更加连续。通过预先安装一条通长的相对标高控制轨道作为控制标高参照物。通过位移传感器测量相对高度和行走距离,实现比人工更高频次和更高精度的标高控制。比常规采用控制设备轨道标高控制的做法精度更高,节约了大量时间,同时设备轨道标高控制已不再作为要求。

6)系统组成简单,操作容易,安装方便。该系统装置组成简单,是在整平设备上安装的常用控制性装置,安装和拆除都很方便,参照标高和设备参数录入计算机后,操作简单容易。

如图3所示,UHPC桥面铺装设备主要构成为:1) 设备行走齿轮组;2) 控制器;3) 相对标高控制轨道;4) 导向轮;5) 相对高程传感器;6) 行走距离传感器;7) 吊杆高度控制右电机齿轮组;8) 设备大梁;9) 振动整平梁左吊杆;10) 吊杆高度控制左电机齿轮组;11) 振动整平梁右吊杆。通过在常规桥面振动整平梁上安装该系统后,实现由纯人工适时操作设备到全自动化电脑控制设备的转变。

如图4所示,该设备的电器构成原理主要是由电脑应用程序、控制器、吊杆高度控制左右电机齿轮组、行走距离传感器、相对高程传感器和相对标高控制轨道组成。通过电脑应用程序搜集行走距离传感器和相对高程传感器的现场数据,根据事先设定的设备参数和工程设计需摊铺路面参数,控制吊杆高度控制左右电机齿轮组来达到控制混凝土成型表面标高的目的,实现机械自动化控制整个超高性能混凝土摊铺施工作业。

2.3 施工效果

通过采用研究开发的UHPC桥面铺装专业化设备进行施工,保证了桥面铺装的施工质量,取得了预期的效果,施工完成后的图见图5、图6。

3 结论

本文结合援马尔代夫中马友谊大桥UHPC桥面铺装工程,对UHPC桥面铺装设备进行了分析和探讨,得出以下结论:

a.采用该UHPC桥面铺装专业设备进行施工是可行的,且取得了良好的效果。

b.在桥面铺装施工前,必须对轨道标高进行精准测量控制,保证输入电脑程式原始数据的准确性,这是保证施工质量的关键。

c.该文所研发设计的UHPC桥面铺装专业设备为后续类似工程提供了参考。

该文依重载车辆过桥为背景,分析了当桥梁承载力不足时多种处理方法的利弊,将该问题提炼为数学模型,并对数学模型的变量、约束条件进行了分析,最后利用lingo语言,采用隐穷举法对问题进行了求解,并给出了相应的代码。最后将该计算体系运用到一个重载运输问题上,得出了相应多座桥梁的优化处理方式,对于不同的桥梁,处理方式可能不同,但在该案例中未优化出重建的方案。

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