提篮拱桥（共8篇）
提篮拱桥 篇1
提篮式钢箱拱桥使用的钢箱节段先在工厂预制,再将钢箱节段运至施工地点分段拼接。接缝错台主要发生在工厂预制和施工两个阶段。
在钢箱节段工厂预制过程中,会出现放样误差,如温度影响会造成焊接钢板翘曲,从而造成拱箱翼板、腹板平面度未达到精度标准;施工过程中,由于拱箱质量大,施工难度高,吊装的节段很难达到预期位置,同样也会造成拱箱错台。拱箱接缝错台主要表现为:拱箱高度不变,腹板局部错开,腹板加劲肋错开。
随着钢箱拱桥在桥梁工程中的广泛应用,在进行质量控制时,钢箱接缝错台控制标准则是施工质量评定环节的一个重要内容,因此,在规范性文件《公路工程质量检验评定标准》中,错台的限制也不断调整,加强拱箱预制和施工过程中接缝错台的限制。
由于钢箱箱壁较薄,接缝错台可能会给结构的承载力造成较大的不利影响,因此,在提篮式钢箱拱桥施工过程中,对于拱肋接缝错台误差通常是进行严格的限定,但是,目前未见有关钢箱接缝错台对钢箱拱桥影响的分析和处理办法。本文以一座提篮式钢箱拱桥为例,对由于预制原因使腹板发生8 mm错台的节段进行分析,并介绍腹板发生错台的处治办法。
1 工程实例
研究桥梁为某中承式提篮拱桥,桥梁跨径布置为钢筋混凝土岸坡防护带+56 m(钢叠合梁)+274 m(钢箱拱)+45 m(钢叠合梁)+钢筋混凝土岸坡防护带,本桥主拱结构为提蓝式钢箱拱,跨度274 m,拱轴线在其所在平面内为悬链线,矢跨比1/4.4,失高62.3,主拱肋内倾角为9°。拱肋为箱型截面,尺寸从拱顶到拱脚由(2.4×3.5)m渐变为(2.4×6.0)m。双拱肋通过6个钢箱横撑连为一个整体。上下游拱肋沿着桥轴立面内水平线各分为29 节段,其中包括起拱段、标准段(分有横撑及无横撑两类)、合龙段,单肋最重节段约为94.5 t。主梁采用预应力混凝土空心板,先简支后结构连续,预制吊装施工方案边跨为简支钢叠合梁。拱肋主板材料板厚为20 mm、24 mm、30 mm、40 mm,钢材材质为Q345D。钢箱拱施工选用缆索吊装方案,缆索吊装系统总体设计为三跨两组承重索,见图1。
2 分析方法
本文对钢箱拱桥接缝错台的影响分析,以上述钢箱拱桥作为计算模型,建立有限元模型(见图2),设定拱箱无错台与接缝错台发生最大8 mm错台两种情况,在相同的荷载工况作用下进行计算,并根据计算结果分析拱肋接缝错台对内力和变形的影响。在有限元计算中,节段单元用钢臂单元连接,为了考虑最不利的情况,假定左右半拱的接缝错台是反对称的,并且假定拱肋靠近拱脚的节段位置不变。
对于中承式钢箱系杆拱桥来说,拱肋除主要承受轴力外,还承受一定的弯矩作用,轴力引起的应力和弯矩引起的应力叠加后,则是截面总应力见图3。因此,本文将工程中遇到的接缝错台值与无错台情况进行对比,分析接缝错台对截面上缘、下缘应力的影响,根据式(1)～(9)可验算错台截面应力是否超过材料的容许应力,受力分析见图4。
箱型截面特征如下:
翼缘面积:
腹板面积:
加劲肋面积:
截面总面积:
截面惯性矩:
截面抗弯模量:
轴力产生的应力为
式中:N为构件的轴心拉力或压力, At为构件的净截面面积。
弯矩产生的应力为
式中:Mmax为截面所受弯矩, Wx为截面抗弯模量。
构件所受总应力为
3 接缝错台截面应力的影响
该提篮式钢箱拱桥是分29段吊装的,发生错台两节段连接处位于拱肋的L/ 8截面附近,错台情况:腹板中部错边8 mm,长度分别为1 200 mm和1 500 mm。错台截面原设计截面与错台消减后截面如图5所示。接缝错台产生的拱肋错台截面的内力和变形计算结果如表1所示,接缝错台产生的拱肋错台截面的应力结果如表2所示。
注:轴力值受压为负,挠度值向下为负。
注:“-”表示压应力,“+”表示拉应力。
由此可见,在相同工况下,拱肋发生8 mm接缝错台对拱肋内力、竖向变形几乎没有影响,因此,可用无错台情况计算出的轴力值、弯矩值来代替有错台情况的轴力值、弯矩值。由于发生错台截面面积消减后,惯性矩减小,造成截面应力集中,截面应力相应增大,根据式(7)～(9)求得表2中应力,表2所示应力值均未超过容许应力值。
因此,为保证结构的安全,应采取有效措施增大截面有效面积和惯性矩。
4 腹板错台处治办法
4.1 腹板补强方法
为保证桥梁外形美观,避免应力集中,应对错台截面进行处治,采用补强的方法,使接缝位置光滑、平顺。腹板错台处两纵肋之间增加补强纵肋,箱内、箱外两侧补焊打磨圆滑按1∶8过渡,腹板补强纵肋下料前,应按图纸要求加工出双面坡口,确认材质和熟悉工艺要求,放样以1∶1的比例在样板台上弹出大样,确保各构件加工的几何尺寸的准确。腹板纵肋组焊按制造工艺进行操作,采用CO2气体保护焊进行焊接,纵肋边与腹板应密贴,见图6。
腹板纵肋采用补强搭接板搭接,并用拼接板密贴焊接,见图7。
4.2腹板补强验算
原设计焊缝接缝处截面:
A1=684 936 mm2,Ix1=2.73×1 012 mm4;
错台消减后:
A2=663 587 mm2,Ix2=2.42×1 012 mm4(图5);
错台补强后:
A3=698 497 mm2,Ix3=2.75×1 012 mm4(图6)。
补强后,截面积以及惯性矩均大于原设计值。
5 结束语
本文选取一座中承式提篮钢箱拱桥,建立有限元模型,在相同的荷载工况作用下,分析拱肋接缝错台对拱肋轴力、弯矩值、变形和截面应力的影响,并通过补焊加劲板来加强截面强度,得到的结论如下:
1)拱肋接缝错台对拱肋内力、竖向变形几乎没有影响,由于截面面积、惯性矩减小,截面应力相应增大,验算结果表明应力均未超过容许应力值,结构安全。
2)在腹板错台两纵肋之间增加补强,腹板纵肋补强搭接板后,截面积以及惯性矩均大于原设计值,因此,目前的错台处理办法是较为合理的。
参考文献
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[7]余郁,富立志.薄壁钢箱拱桥的施工技术[J].公路交通科技(应用技术版),2010(10):20-23.
[8]宋晖,叶梅新.重庆菜园坝长江大桥提篮钢箱拱施工工艺[J].桥梁建设,2005(6):52-56.
提篮拱桥 篇2
铁路客专大跨度下承式钢管混凝土提篮拱桥拱脚施工技术
以新建甬台温铁路奉化江大桥提篮拱施工为例,详细介绍了大跨度下承式钢管混凝土提篮式系杆拱桥以先梁后拱法施工时拱脚的`施工工艺和方法,总结了施工中的控制要点及注意事项.
作 者：王福生 Wang Fusheng 作者单位：中铁十二局集团第四工程有限公司,西安,710021刊 名：铁道建筑技术英文刊名：RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY年，卷(期)：2010“”(1)分类号：U443.16关键词：提篮拱 先梁后拱 拱脚施工
客运专线提篮拱桥动力性能分析 篇3
关键词：提篮拱桥,动力性能,基频,钢管拱肋
随着客运专线和城际轨道交通大修建,提篮拱桥得到不断应用。下承式尼尔森体系的钢管混凝土提篮拱桥是钢管混凝土系杆拱桥的一种特殊形式,具有造型美观建筑高度低,跨越能力强,外部静定结构,适应性强,桥梁结构竖、横向刚度大,整体桥面对轨道的应对性能好,造价经济,养护方便等优点,能较好地适应高速铁路对桥梁结构的要求。提篮拱桥的主梁除要承受各种荷载产生的弯矩外,还要承受吊杆的拉力,拱肋主要承受轴力。钢管内混凝土承受三向受力状态,大大提高了其承载能力,钢管的套箍作用还提高了混凝土的塑性性能。另一方面混凝土内填于钢管,增强了钢管的管壁稳定性,提高了钢管的抗腐蚀性和耐久性,刚度也远大于钢结构,使其整体稳定性也有极大的提高[1]。
本文以广珠铁路货运专线上的一座跨度为112 m提篮拱桥为例,采用空间有限元建立分析模型,得到桥梁的自振频率,并讨论拱肋横撑的位置和形式的不同以及拱肋截面形式的不同对桥梁自振特性的影响。
1工程实例
该桥梁位于广珠铁路货运专线上,跨径为112m,梁全长116 m,计算跨长为112 m,矢跨比为,拱肋平面内矢高22.4 m,拱肋采用悬链线。拱肋截面采用哑铃形钢管混凝土截面,钢管内采用C55无收缩混凝土填充,截面高度h=3.0 m,沿程等高布置,钢管直径为1 200 mm,由厚18 mm的钢板卷制而成,每根拱肋的两钢管之间用腹板连接。每隔一段距离,在圆形钢管内设加劲环、在两腹板中焊接拉筋。拱肋在横桥向内倾9°,形成提篮式,拱顶处两拱肋中心距6.99 m,拱脚处两肋中心距14.00 m。系梁采用C50混凝土,按整体箱形梁布置,采用单箱三室预应力混凝土箱形截面,桥面宽15.6 m,梁高2.5 m。拱脚顺桥向8.0 m范围内设成实体段,横桥向宽度由15.6 m增至16.6 m,截面渐变处设倒角或过渡段。吊杆布置采用尼尔森体系,在吊杆平面内,吊杆水平夹角在,横桥向水平夹角为81°,吊杆顺桥向间距为8 m。两拱肋之间共设五道横撑,拱顶处设X型撑,拱顶至两拱脚间设4道K型横撑。桥梁立面图如图1,平面图如图2[2]。
2有限元模型的建立
本文采用桥梁通用有限元软件MIDAS/Civil来模拟,全桥分为666个节点,779个单元,采用梁单元来模拟桥梁结构,主桥有系梁、拱肋、吊杆、桥面系组成,主梁两端采用铰结,其中右端x方向不约束,其中桥面系采用均布荷载分布在桥面上。全桥有限元模型如图3。
在建模中对钢管混凝土拱肋采用等效处理的方式来建模,即将一种材料换算成另一种材料来计算,本文采用将混凝土换算成钢材来计算,采用下面的换算公式[5]:
undefined。
式中:Es为钢材的弹性模量;Ec为混凝土的弹性模量;As、Is分别为钢管截面面积和惯性矩;Ac、Ic分别为钢管内混凝土的截面面积和惯性矩。
3桥梁动力特性分析
3.1桥梁自振特性分析
MIDAS/Civil程序中的模态分析过程主要由建模,加载求解,扩展模态以及察看结果等四个主要步骤组成。在提取模态方法中采用Subspace方法,MIDAS/Civil程序将结构的自重转化为Z方向上的质量。分析结果如表1[3,4]。
由表1可以看出:
(1) 该桥型低阶振动以拱肋的横向振动或扭转振动为主,在前六阶振型中有四个是拱的面外侧向振动,且拱的横向自振频率小于主梁的竖向自振频率,说明拱面内刚度大于拱面外刚度,横向刚度比竖向刚度要小。
(2) 由于拱肋的原因,使竖向刚度比横向刚度大,故桥梁的竖向弯曲振动出现得较晚。
(3) 在桥梁的第3阶振型出现拱肋和主梁横向和扭转同步振动,在桥梁的第4阶振型出现拱肋和主梁竖向和扭转同步振动。
3.2拱的变化对自振基频的影响
拱的刚度对整个结构的刚度有影响,为了研究拱的刚度的变化对结构的自振基频的影响,本文从改变钢管拱的直径和钢管的壁厚两个方面来模拟。具体计算结果见表2和表3。
从表2可以看出在钢壁厚18 mm的情况下,随着钢管直径的增加,结构的自振基频减小,由公式undefined可知,其质量的变化速度要大于刚度的变化速度,导致在直接增大情况下,结构自振基频减小。
从表3可以看出在钢管直径1.2 m情况下,随着钢管壁厚的增加,结构的基频将增大,但不是很明显。
3.4横撑的变化对自振基频的影响
在钢管混凝土拱桥中,拱肋间的横撑能够增加整个结构的稳定性,提高结构的空间刚度,为了研究拱肋的形状和多少对结构的振动频率的影响,本文通过有限元软件从改变横撑的位置、改变横撑的数量以及改变横撑的形式来模拟,计算结果见表4。
由表4可知:不管改变拱肋横撑的数量、形状还是位置都对结构自振基频有明显的影响。由表4中将横撑改变后计算所得频率小于原模型的频率,说明减少K撑将减小结构的自振的基频,K撑对提高结构的自振基频有帮助;由②和③、⑤和⑥可知改变K撑的位置将改变结构的基频,并且K撑越靠近底部基频越大。
4结束语
本文通过以112 m提篮拱桥为例,计算分析了提篮拱桥的动力性能,得出了各阶频率,且各阶频率逐渐增大,减少拱肋的横撑,结构的自振基频将减小,其中采用K撑的拱肋的稳定比采用一字形横撑的稳定性要好;在保持钢管壁厚为18 mm不变的情况下,随着钢管的直径增加,结构的基频减小;在保持钢管直径为1.2 m的情况下,随着钢管壁厚的增加,结构的基频增加。
参考文献
[1]房贞政.桥梁工程.北京:中国建筑工业出版社,2004
[2]中铁第四勘察设计院集团有限公司.跨某高速公路大桥112 m拱桥设计资料2,009
[3]刘晶波,杜修力.结构动力学.北京:机械工业出版社,2005
[4]傅志方,华宏星.模态分析理论与应用.上海:上海交通大学出版社,2000
提篮拱桥 篇4
1 桥梁结构概述和养护维修的必要性
某桥位于城市中心城市主干道上,主桥为130 m复式钢箱提篮拱桥。
1.1 桥梁结构概述
1.1.1 主桥主跨主拱和副拱
主拱为二次抛物线无铰拱,计算跨径L=120 m,面内计算矢高f=26 m,矢跨比为1/4.615。主拱采用钢板焊接等宽变高箱型断面,顶板和底板宽度均为2.06 m,箱宽1.94 m,拱脚断面拱箱高度3.8 m,拱顶断面拱箱高2.20 m,顶底板设有纵向加劲肋。拱箱横隔板分两类:一类为垂直于拱轴线分布的横隔板,另一类则对应于吊杆,每根吊杆上设两片横隔板,所有横隔板按高度设置进人孔。
副拱也是二次抛物线无铰拱,计算跨径L=130 m,面内计算矢高f=29.558 m,矢跨比为1/4.398。副拱仍采用钢板焊接等宽变高箱型断面,顶板和底板宽度均为1.26 m,箱宽1.16 m,拱脚断面拱箱高度2.44 m,拱顶断面拱箱高1.24 m。拱箱横隔板分两类:一类为垂直于拱轴线分布的横隔板,另一类则对应于吊杆,每根吊杆上设两片横隔板,横隔板铅垂设置,所有横隔板按高度设置进人孔。
1.1.2 主桥主跨主拱与副拱的横向连接
在主拱圈和副拱圈间设置了16排(8类)横撑,而在主拱之间设置了两道拱间横梁。横撑沿拱顶连线对称布置,所有横撑腹板均垂直于副拱拱轴线设置,顶、底板均平行于副拱拱轴线设置,横撑高度采用变高度,横撑采用钢箱断面,内设纵向加劲肋和横隔板。拱间横梁亦采用钢箱断面,内设纵向加劲肋和横隔板。
1.1.3 主桥主跨桥道梁系统
桥道梁系统包括车行道和人行道梁系,一个主跨设置了两道纵向钢箱梁和端纵钢箱梁,车道系(钢H型、钢箱型)横梁和人行道系(钢H型、钢箱型)横梁都连接在纵向钢箱梁和端纵钢箱梁腹板上,纵向钢箱梁和端纵钢箱梁通过一根横梁实现结构过渡,端纵钢箱梁连接于桥道系两端横梁上,形成车道梁系大的骨架,并在横梁之间设置两道纵梁。
1.1.4 主桥主跨桥面板和桥面铺装
桥道板采用钢筋混凝土预制板,现浇湿接头,先简支后连续。车行道预制板厚25 cm,人行道板厚20 cm。
车行道铺装:8 cm混凝土垫层+10 cm厚沥青混凝土面层。
人行道铺装:6 cm混凝土垫层+5 cm厚彩色地砖面层。
1.1.5 主桥主跨吊杆系统
吊杆为ϕ7平行钢丝束,吊具为冷铸镦头锚。主拱吊杆对称交叉布置,由于同一端的两吊杆具有不同的内力特点,采用了3种截面的吊杆。吊杆锚固于主拱肋上。副拱吊杆与人行道横梁外端相接,锚固于副拱肋上,采用平行布置。为方便在养护中更换吊杆,主、副拱的每个吊点均采用两根吊杆,在无车辆通过时可拆除一根吊杆进行更换。
1.2 桥梁结构养护维修的必要性
本桥主跨是复式钢箱提篮拱,而钢箱提篮拱的主要构件绝大多数采用的是钢构件,并且结构相当复杂,因此对养护、维修的要求也比较高。为使本桥能够安全正常营运,大桥营运期间除按部颁和地方有关养护、维修规范和条例进行管理养护外,对主桥主跨关键结构需要进行特别的养护维修。
2 桥梁结构养护维修的细则要点
2.1 桥面系的养护维修
1)桥面铺装应保持平整、无车辙、推移、波浪现象;应经常清扫桥面,及时排出积水和积雪,保持桥面坚实、平整、清洁。如出现泛油、壅包、裂缝、波浪、坑槽等病害,应将破损部分凿除,沿铺装层内钢筋方向凿成方形或矩形,及时修复;损坏面较大者,可进行局部翻修或全部凿除,重铺新的铺装层,但不能在原路面上加铺桥面以免增加桥梁恒载。2)桥面的排水管(槽)如有堵塞,应及时疏通,避免雨水不能及时排出而侵蚀钢结构并影响行车安全。3)伸缩缝装置应经常养护,清除缝内沉积物,拧紧螺栓,并加油保护,使其能够自由平顺伸缩;若出现破损、结构脱落、漏水或橡胶老化、断裂等现象时,则应更换新的伸缩装置。维修或更换新伸缩缝装置时为维持通车,可采取分幅施工,也可在伸缩缝装置上架设跨缝设施。4)桥梁车行道防撞栏杆、人行道栏杆、中央隔离带应经常保持完好状态,所有栏杆均应竖立正直,扶手应无损坏、断裂,栏杆在伸缩缝装置处的水平栏杆应能自由伸缩。栏杆、扶手如有缺损,应及时补齐。因栏杆损坏而采用临时防护措施时,使用时间不得超过三个月,所有外露的钢结构至少每年进行一次定期除锈、涂漆。5)桥上的交通标志和标线应经常保持完好,色泽鲜明。反光标志的反光膜和反光漆如有缺损或污垢,应及时清理和补漆。6)桥上灯具应保持完好状态,如有缺损和歪斜,应及时修理、扶正。灯具损坏应及时更换,保证夜间照明。
2.2 上部结构主要构件的养护与维修
1)在接收养护的初级阶段,应对全桥钢结构和钢筋混凝土结构作一次全面的检查,如初测疑惑有重大缺陷时,应报请探测处治。2)主副拱钢箱接缝处的纵焊缝、主副拱及各类钢横撑之间的焊缝很容易发生裂纹,应经常检查并及时补焊。3)主副拱裸露的钢箱、横撑等应根据所采用的防腐材料的使用年限,每年进行一次检查。每1年～2年进行一次除锈和涂刷油漆养护。4)除锈时将构件表面的铁锈、旧漆、污垢、油水等仔细清除,做到点锈不留、除锈彻底、打磨彻底、揩擦干净。应注意清除后的污垢不应从泄水管排出,以免堵塞管道。5)油漆层数原则上应为底、面各两层。对于易遭受损坏或工作条件困难的部位应多涂一层面漆。在第一层面漆干燥后,应对裂纹、不平整和局部凹痕的部位用油性腻子封塞,并对腻封质量进行检查。6)油漆工作应在天气干燥和温暖的季节进行,刷漆时的气温应与被漆钢构件表面温度相近。风沙天、雾天、雨天及表面潮湿的钢构件不应进行油漆作业。7)对于主跨主副拱各段钢板及高强螺栓头应注意防锈养护。保持螺栓接合和钢板焊接的正常状态,对螺栓、钢板的焊接接缝应经常检查,如有锈蚀或损伤,应标注记号,做出记录,并视其情况进行除锈或补焊。8)每年洪水来临之前,应对主副拱拱脚处,采用黄油、玛脂进行涂抹,建议采用玻璃布包扎,尽量减少河水浸泡造成对钢结构的锈蚀。9)系杆钢箱(纵梁)要避免横向冲击,防止主桥拱座及过渡墩支撑点下沉,对系杆钢箱的变形、锈蚀情况应仔细检查,如有异常情况发生应及时向上级有关管理部门报告。对吊杆处钢箱应做局部位置的抽查,确定PE管是否老化和钢绞线是否锈蚀。可在局部位置凿开,但不应损坏原有系杆钢箱,检查完后应及时采用环氧材料填补检查口。原则上大桥使用后两年抽检一次,跨中及两边短吊杆各一处(短吊杆的检查应加强),以后每三年抽检一次。10)桥梁长期处于微震状态,每年或重车通行后应对吊杆上连接处的锚头进行检查。检查锚头附近是否出现裂纹,锚头夹片、锲头是否产生滑移;若可能出现滑丝、断丝时,可设临时吊杆,并及早上报核查。同时对吊杆上下连接处的锚头应做好防潮、防锈处理,经常保持干燥和清洁;定期清洗更换两端锚具、锚杯内的防护油;若吊杆PE护套出现老化、开裂、漏水、渗水现象,应及时更换。11)对于吊杆索力应定期抽样循环检测,并对吊杆应力进行观测,原则上每年一个循环,而对两端的三排短吊杆应增加检测频率,每半年一次,如有损坏或承载力不足应及时更换。每个吊点的两根吊杆,在无车辆荷载通行时,可拆除一根进行更换。12)应定期进入钢横梁内部对内部钢板表面的防腐情况进行检查,如有锈蚀应进行除锈、涂漆处理;对钢横梁内部的各焊接接缝进行检查,如有损伤应视其发展情况进行补焊。
上述几点,是笔者在桥梁养护中的小结,由于工作经验尚不够丰富,疏漏甚至错误之处在所难免,望读者予以指正和共同探讨。养护手册的表格按《公路桥涵养护规范》中的附录A(桥梁基本状况卡片);附录B(桥梁经常检查记录表);附录C(桥梁定期检查记录表)制定。
参考文献
[1]JTG H11-2004,公路桥涵养护规范[S].
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[3]钟姜桐.钢筋混凝土结构[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1994.
谈钢箱提篮拱桥拱肋架设施工技术 篇5
关键词：拱肋,合龙施工,缆索吊装
1 工程概况
新建南广铁路肇庆西江特大桥主桥采用主跨450 m中承式钢箱提篮拱桥, 拱肋为变高度钢箱结构; 拱肋安装采用320 t缆索吊机节段悬臂拼装、跨中合龙施工方案, 其拱肋合龙施工过程中遇到拱肋刚度大、横向扭转调整难、扣锚索对拱肋标高调节力度有限、合龙口临时锁定施工难度大、合龙点多等技术难题。经过现场监控测量和理论计算分析, 采用对拱肋合龙口提前配切、利用扣锚索对合龙口坐标进行精确调整、连续精确测量合龙口尺寸并对合龙段进行配切、利用码板进行合龙口临时锁定等措施实现了拱肋跨中高精度合龙。
施工过程中, 考虑到缆索吊机工作范围的限制, 拱肋起始四个节段采用500 t浮吊安装, 其余节段均采用缆索吊机安装完成。由于拱肋单个节段重量大, 拱肋除合龙段节段采用双榀起吊外, 其余节段均采用单榀起吊, 为了保证拱肋安装过程中结构的受力安全要求, 并节约工期, 拱肋安装采用两岸对称、上游超前下游两个节段安装, 直至全部节段安装完成, 最后进行跨中合龙段安装, 西江特大桥主桥布置见图1。
2 拱肋拼装架设控制措施
为保证成桥后线形和受力与设计状态一致, 在拱肋拼装架设过程中, 采取了多项控制措施。
2. 1 拱肋节段制造精度控制措施
该桥拱肋采用了“6 + 1”的半长线法制造工艺, 在型钢平台上进行拱肋制造, 采用空间放样、焊接变形控制等技术, 确保杆件结构的长、宽、高及对角线误差均在 ± 3 mm以内, 使其精度满足设计及现场施工要求。
2. 2 预埋段安装定位措施
拱肋预埋段是拱肋的起始节段, 埋置于拱座内, 其尺寸为12 m ( 长) × 5. 1 m ( 宽) × 15. 1 m ( 高) 。预埋段安装精度直接关系到后续节段的安装精度, 对拱肋成桥线形起关键性作用。在起始节段吊装到定位支架上后, 通过设置在支架上的12 台千斤顶进行准确定位, 当起始节段杆件的空间姿态满足精度要求后与定位架焊接成整体并再次测量复核, 确保起始节段准确定位。
2. 3 阶段线形调整措施
拱肋每安装3 个节段进行一次线形精确调整, 当线形满足精度要求后进行临时锚固并进行此状态下的空间姿态测量 ( 复核杆件的定位精度, 当误差超出精度要求时, 重新调整, 直到满足要求) , 然后进行扣、锚索分级张拉和杆件间焊接及高强螺栓连接施工, 最后调索以精确调整拱肋空间线形。当架设到横撑位置时, 除进行以上调整外, 利用横撑的横向调节功能, 对拱肋进行内倾角调整, 使其空间姿态进一步满足此阶段的监控计算要求。
2. 4 合龙施工控制措施
为了保证拱肋能够安全、顺利地合龙, 在拱肋两侧节段扣、锚索张拉后, 做好各项合龙准备工作, 并做好合龙点的变位分析。通过调整扣索索力, 将合龙点位移初步调整到位。在拱肋两侧节段拼装后, 同步精确测量两岸拱肋的内倾角, 并通过后续节段吊装逐步调整合龙段两侧节段的内倾角, 使合龙口两侧的拱肋内倾角差值在容许范围内。在合龙段与其两侧节段间的螺纹钢筋连接后, 利用倒链对拉拱顶、腹板、拱底合龙口两侧的耳座, 并在20 t千斤顶的辅助下, 调整合龙段与其两侧节段间的竖向及横桥向相对位置, 进行精确对位, 待温度降至合龙温度范围内时, 控制焊缝宽度, 快速将合龙段与其两侧节段间的连接件临时锁定, 完成该桥高精度无应力合龙。悬臂拼装方案见图2。
3 跨中合龙施工要点
3. 1 拱肋刚度大
西江特大桥主桥拱肋为变高度钢箱结构, 拱脚至拱顶拱肋高度为15. 1 m ~9. 1 m。拱肋为陀螺形截面, 拱肋上翼缘板宽5. 1 m, 下翼缘板宽3. 1 m, 其中顶底板厚50 mm, 中间水平板厚20 mm, 腹板厚24 mm; 为了保证各板件的局部稳定, 拱肋各板在箱内采用T形肋加劲。受到拱肋的截面结构形式以及拱肋间的横撑影响, 使得拱肋的整体刚度很大, 以至在外力作用下很难使得拱肋整体产生较大的变形。
3. 2 扣锚索对拱肋标高调整力度有限
根据施工设计, 在拱肋吊装过程中, 拱肋每个节段设置两束扣锚索, 且采用一次张拉到位; 拱肋安装至合龙段两侧节段后, 只能通过张拉合龙段两侧节段上的2 束扣锚索对合龙口进行调整, 调节力度有限。
3. 3 合龙口临时锁定施工难度大
受温度变化影响, 拱肋将产生较大的收缩和膨胀变形, 使得合龙口的尺寸变化较大; 在合龙段精确对位完成后, 需要在合龙时间和合龙温度内将合龙口临时锁定, 以消除合龙口在温差作用下的变形, 此项工序现场施工难度大。
3. 4 合龙精度要求高
经过设计、监控和施工单位的充分讨论, 认为只有实现精确合龙, 才能保证拱肋的整体线形, 因此在合龙口坐标控制上, 顺桥向要求与设计坐标相差不大于20 mm, 横桥向和竖向要求与设计坐标相差不大于10 mm, 两侧对应拱肋相对坐标在横向和竖向上要求均不大于5 mm, 且焊缝要求不大于20 mm。
4 无支架缆索吊装
施工中主要临时设施包括缆索吊装系统、临时索斜拉扣挂系统、侧向缆风系统等。缆索吊装系统主要承担安装节段的起吊和空中运输, 一般采用固定式索塔, 塔顶布置双组缆索, 每组缆索具备独立工作能力, 双组联合吊装提高起吊能力。塔顶索鞍可根据吊装需要采用固定式或横向移动式, 横移式能够有效拓展缆索吊机横向起吊范围和起吊能力, 灵活性较强, 具有明显的技术经济优势。缆索吊机承载索一般采用密封式钢丝索, 提高承载能力和使用耐久性; 临时塔架一般采用万能杆件, 当索塔承高度较高、荷载较大时, 可采用钢管或钢管与杆件的组合, 形成组合式索塔, 以提高技术经济性。为提高缆索吊装系统中多台起重或牵引卷扬机操作的同步性和微量调整, 部分工程已经开始应用PLC技术和视频、索力监控技术, 同时缆索吊装系统安全性也得到很大提高。
临时斜拉索扣挂系统一般采用预应力钢绞线扣挂体系, 为悬臂拼装过程中的拱节段提供弹性支承, 保证节段在施工阶段的临时稳定和空间位置满足要求。扣挂体系主要由扣索塔架、扣索、锚索、扣点、锚碇、扣锚索调整装置等组成。其中扣索塔架作为主要承载结构, 一般利用缆索吊装系统中塔架, 实现“吊塔、扣塔合一”。其中的吊装系统布置在塔架顶部, 扣挂系统布置在其下方, 两部分之间的塔架可通过铰接方式进行连接, 以减少塔架索锚固区的变形和位移; 也可将索塔架底部与基础间进行固结, 同时增加塔架上部前后索锚固系统, 以加强塔顶位移控制。扣锚索支承塔也可根据需要单独设置, 一般采用万能杆件进行拼装, 塔架锚固区采用型钢结构, 根据扣索、后锚索的布置方式、索力大小以及张拉要求进行单独设计。
扣索和后锚索采用高强度低松弛钢绞线。扣锚索均应设置防振措施。
扣锚索张拉采用千斤顶, 按对称、均衡、分级加载的方式在塔架上进行, 保持塔架偏移量处于控制范围之内。侧向缆风索根据地形进行布置, 目的是为拱肋节段提供横向稳定支撑, 提高结构施工阶段的横向稳定性。
5 结语
新建南广铁路西江特大桥钢箱提篮拱架设采用“缆索吊机+扣挂法”悬臂拼装方案, 该桥拱肋拼装、架设线形精度要求高, 为了配合拱肋拼装、架设, 确保该桥最终成桥线形及内力符合设计要求, 采用扣缆塔合建的缆索吊机方案, 并研制了吊耳、扣索扣点、锚索锚点、临时连接件等辅助结构临时设施。在拱肋的制造、拼装及架设阶段, 采取了多项线形调整控制措施, 合龙过程中则采取扣索索力调整合龙温度控制等多项措施。
参考文献
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[2]刘中奇.大跨径钢箱提篮拱桥施工控制技术[J].公路工程, 2009 (3) :90-91.
提篮拱桥 篇6
广州市南沙开发区凤凰三桥桥面总宽50 m, 双向八车道。该桥主桥跨径组合为 (40+61+308+61+40) m, 为中承式系杆斜拉钢混组合拱桥, 由三角刚架、主拱、横撑、叠合梁、系杆、吊杆、背索等组合成的结构。主拱采用矢跨比为1/4.5, 拱轴系数为m=1.25的悬链线箱形拱肋。拱肋向内以1∶5的斜率倾斜, 构成提篮合的复合式拱, 桥型布置见图1, 图2。
该桥的主拱拱肋采用预先支架拼装成型, 然后整体提升的施工方案;钢主梁采用悬臂拼装的施工方案。
由于拱肋及主梁均采用钢结构拼装而成, 施工中一个重要的监控任务就是根据设计线形及施工方案, 计算拱肋、主梁的安装线形及无应力线形[1] (预拼线形) 。
2 钢拱肋线形控制
2.1 钢拱肋施工方案
国内系杆拱桥已建成许多, 但拱肋大多采用化整为零的思想[2,3]。本桥拱肋整体吊装的施工方案为类似工程的国内首创, 其关键施工步骤为:拱肋支架拼装→张拉临时系杆, 使拱肋脱架→利用滑靴将拱肋整体推至驳船→调整就位后整体提升→合龙。
2.2 钢拱肋线形的计算
若成桥线形为Scq, 设计线形为Ssj, 活载变形为Uf, 则据规范[4]的规定, 桥梁预拱度设置除考虑桥梁结构自重变形外, 需累计使用活载变形的一半, 可得:
设定Ucq为成桥阶段恒载的累积变形, 则预拱度为:
据文献[6]故安装线形为:
支架拼装、整体施工的结构, 安装线形与预拼线形一致, 只相差一个刚体位移[5]。即预拼线形:
其中, Sg为刚体位移。
凤凰三桥拱肋是于胎架上无应力状态下焊接成型, 故其竖向无应力线性可通过式 (4) 计算。在横桥向每侧钢拱肋有一个内倾角度5°, 故除了常规桥的竖向变形之外, 还有横桥向及纵向的变形。由式 (2) 计算其拱肋的三向预拱度Uyy。。
通过表1的计算预拱度可知, 其纵向的结构变形最大为0.3 cm, 且该方向对结构影响细微。而横桥向的变形较大, 最大处为拱肋1/4跨 (jd7) 处, 可达1.4 cm, 误差不可忽略。为了方便施工的放样, 钢拱肋的安装线形只考虑了竖向的预拱度, 而横桥向的变形通过在两侧拱肋间增加临时横撑的方法来限制其变形。
分别利用式 (1) , 式 (3) , 式 (4) 可计算其成桥线形、安装线形及预拼线形, 具体如图3所示。
由图3可知, 采用整体吊装的拱肋, 其安装线形与预拼线形重合, 其与设计线形相差一个预拱度。
3 主梁线形控制
3.1 钢主梁施工步骤
该桥主梁采用节段拼装法施工, 每节段施工步骤主要如下:吊机前移→起吊钢梁→钢梁焊接、吊杆安装→张拉吊杆。全桥共23节段, 除合龙段2 m长外, 每节段长10.2 m, 每一梁段对应一根吊杆, 详细编号见图1。
3.2 零位移法计算预拼线形
对于主梁设计线形、安装线形、成桥线形之间的转化, 式 (1) ~式 (3) 依旧成立。预拼线形核心在于求出各梁段之间的无应力夹角θ。
如图4所示, 根据文献[5]的计算方法, 梁段的预拼线形由两部分组成。
其中, θ0为梁段2安装后, 梁段1与梁段2的刚体夹角;而θd为梁段1在安装后的结构夹角变形。
本桥梁段结果如表2所示。利用该角度与梁段长度, 便可计算梁段高程。
3.3 切线法计算预拼线形
对于切线法, 在桥梁施工仿真分析时, 先不考虑钢梁的重量, 一次性安装了所有的主梁, 但不合龙。此时主梁处于最大悬臂且无应力状态, 然后按正常的施工步骤进行模拟分析, 依次添加重力荷载及吊杆荷载。最终合龙成桥时, 每个主梁节点都有一个竖向变形Ub。则梁段的预拼线形为:
为验证两者的计算结果, 可把零位移法的夹角转化为梁段高程, 与切线法比较, 结果见表3, 设定支点B12梁段处高程为0。
m
对于系杆拱桥, 主梁的变形依赖于主拱的变形, 而主拱肋的刚度矩阵较为复杂, 这也是预拼线形复杂的另一因素。图5揭示了主梁几大线形的变化规律:1) 成桥高程比设计高程高, 安装高程一般情况又比成桥高程高。而对于预拼线形, 不但与施工方法相关, 还与主拱肋的拱轴线系数有关。2) 本桥主梁预拼线形从支点到跨中, 为一逐段上升的曲线, 这与刚构桥[7]、斜拉桥[8,9]的主梁预拼线形有很大的区别。
4 结语
1) 桥梁的线形并非以设计线形而应以成桥线形为控制目标, 两者差值在于0.5倍的活载变形。本桥拱顶两者相差1.2 cm, 而主梁跨中相差达3.8 cm。2) 不同施工方法的结构, 安装线形与预拼线形有着本质的区别。支架无应力预拼、整体吊装的结构, 两种线性相同, 如本桥中钢拱肋。而对于悬臂拼装法施工的主梁, 两者相去甚远, 本案例中主梁跨中相差多达51.4 cm。3) 对于提篮式拱桥, 由于变形是三向的, 增加了预拼线形的计算难度及施工放样难度, 故施工中可采取相应的措施, 限制小变形方向的变形。本桥中增加临时横撑, 限制拱肋的横向变形, 只考虑竖向的变形, 拱肋合龙后再拆除临时横撑。4) 采用支架拼装、整体吊装法施工拱肋时, 由于合龙口变多, 常规调节手段受到限制。施工中应尽可能采集多的数据, 进行参数识别, 着重研究主拱对拱肋超重、日照温差的敏感性分析。
参考文献
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提篮拱桥 篇7
东华大桥主桥为118m单孔带蝴蝶型副拱的提篮式钢箱系杆钢管拱桥, 桥长119.3m, 上跨江门河水道, 采用两侧3.9%对称坡, 坡顶设在主桥跨中, 设半径为4000m, 桥面全宽34.5m。主桥两片拱肋均由主拱和副拱组合而成, 两主拱脚宽27.66m, 拱顶处拱肋间距16.76m, 主拱肋向内倾斜13°, 主拱构成提篮式拱。主拱攻矢跨比为1/5, 为直径1.5m钢管混凝土拱。两副拱向外倾斜10°, 副拱为为直径0.8m钢管拱。主拱拱脚附近钢管壁厚40mm, 其余位置壁厚32mm, 副拱钢管壁厚16mm。全桥共设两根钢箱截面系杆, 系杆高2m, 拱脚处系杆加宽段腹板外宽2095mm, 截面全宽2525mm, 顶底板厚均为40mm;普通系杆腹板外宽1320mm, 截面全宽1750mm, 顶底板厚28mm, 系杆腹板均为28mm厚钢板。
二、施工工艺及创新点
1.钢结构制作工艺
(1) 放样
(1) 放样工作包括:核对图纸的安装尺寸;以1:1的大样放出节点;核对各部分的尺寸;制作样板作为下料、铣、刨等加工的依据。
(2) 用作计量长度依据的钢盘尺, 特别注意应经授权的计量单位计量, 且附有偏差卡片, 使用时按偏差卡片的记录数值核对其误差数。
(3) 样板上注明工号、图号、零件号、数量及加工边、坡口部位等。
(4) 样板和样杆妥善保存, 直至工程结束后方可销毁。
(5) 样板和样杆的精度要求如下表:
样板、样杆、样条制作允许偏差 (mm)
(2) 号料
(1) 号料所划的切割线必须准确、清晰。号料尺寸允许偏差:±1mm。
(2) 号料前应检查的钢料的牌号、规格、质量。确定无误和合格后, 方可号料。
(3) 发现钢料不平直, 有锈及油漆等污物, 影响号料及切割质量时, 应矫正清理后再号料。对钢板两端各2m的接头范围内, 检查钢板厚度及纵、横变形, 做好记录避免影响杆件接头摩擦面的接头处理。
(4) 样板、样杆、样条必须与工艺文件核对, 相符后方可号料。
(5) 零部件的刨 (铣) 加工量、焊接收缩量应按样板、样杆、样条要求预留。
(6) 零部件采用气割时, 应根据钢板厚度和切割方法预留切口量, 一般预留2~4mm切口量, 较厚者宜多留。
(3) 下料
(1) 对钢板不允许剪切, 只能进行氧-乙炔火焰切割。气割应优先采用精密切割或自动切割。
(2) 在开始进行钢板切割以前, 应用具有代表性的试板进行焰切试验, 试验时应考虑切割施工时最差环境的影响, 并符合以下要求:
a.切割工艺评定试验应验证气割时的热量控制技术是否满足要求, 保证焰切面无裂纹、局部硬度不超过HV350 (如超标应考虑预热切割) 及不呈现其他永久性结构有害的缺陷;
b.厚度为20mm的钢板切割工艺评定可适用于不超过20mm各种厚度的钢材, 40mm厚的钢材切割工艺评定可适用于超过20mm但不超过40mm各种厚度的钢材, 厚度超过40mm按每5mm为一级分别进行切割工艺评定。
(3) 当切割工艺满足上述要求, 且主要构件待焊接边满足下表中一级, 次要构件满二级要求时, 其切割面可不进行机械加工处理。
表面质量要求:
(4) 气割零件尺寸允许偏差应符合下列规定:
自动切割:±1.5mm
精密切割:±1.0mm
(5) 切割面垂直度偏差不应大于零件厚度的5%, 且不应大于2mm。
(6) 气割前应对设备、工具进行检查, 确认完好, 可靠后方可气割, 并根据材质厚度选用合适的工艺。
(7) 气割前应将料面上的浮锈及脏物清除干净。钢料应放平、垫稳、割缝下面应留有空隙。
(4) 矫正
零件的矫正尽量采用机械矫正法, 机械矫正钢板用平板机、型钢用型钢矫直机或压力机, 仅在特殊情况下, 允许加放锤垫用锤击方法矫正。
冷矫正一般应在常温下进行, 由于钢材在低温下其塑性、韧性均相应降低, 为避免钢材在冷矫正时发生脆裂, 碳素结构钢在环境温度低于-16℃、低合金结构钢低于-12℃时, 不得进行冷矫正。
当设备能力受到限制或钢材厚度较厚时, 采用冷矫正有困难或达不到质量要求时, 采用热矫正;低碳钢和普通低合金钢的热矫正加热温度一般为600~900℃, 800~900℃是热塑性变形的理想温度, 但不得超过900℃。
(5) 边缘加工
为消除切割对主体钢材造成的冷作硬化和热影响的不利影响, 使加工边缘加工达到设计规范中关于加工边缘应力取值和压杆曲线的有关要求, 规定边缘加工的最小刨削量不小于2mm。
(6) 坡口加工
零件的坡口采用自动或半自动火焰切割机加工, 然后用砂轮机打磨清除氧化层。
坡口加工的允许偏差应严格按下表执行:工程技术
(7) 构件组装
组装工序也称装配、组立。是把制备完成的半成品和零件按施工详图, 制成构件或其部件, 然后连接为整体。
组装前, 零件部件应经检查合格, 连接接触面和沿焊缝边缘每边50mm范围内的铁锈, 毛刺、污垢、尘土等清除干净。
组装顺序应根据构件的结构形式、焊接方法和焊接顺序等因素确定。为减少变形, 尽量采取小件组焊, 经矫正后再大件组装。
拼装必须按工艺的次序进行, 当有隐蔽焊缝时, 必须先予施焊, 经检验合格方可覆盖;当复杂部位不易施焊时, 亦须按工艺规定分别先后拼装和施焊;对于某些较大或特殊构件, 若其装焊完成之后不能进行整体打砂或油漆, 则必须先对其不能打砂或油漆的零件进行打砂和油漆处理, 并经检验合格之后再进行拼装。
布置拼装胎具时, 其定位必须考虑预放出焊接收缩量等加工余量。胎具及装出的首件必须经过严格检验, 方可大批进行装配工作。
三、质量安全保证措施
(1) 对进行加工的钢材应具有厂家质量证明书, 并应进行复检。加工前存放的钢材要注意存放保管, 避免露天存放, 并每日进行翻动检查。
(2) 钢材下料前根据设计图纸绘制加工图, 其内容包括杆件编号的加工大样图、厂内试拼简图、工地试拼简图与发送顺序图等。
(3) 焊接应在室内进行, 湿度不宜超过80%, 焊接环境温度, 16Mn钢不应低于5℃, A3钢不得低于0℃, 在潮湿天气或刮大风、阵雨的天气, 不得进行焊接。
(4) 用于钢箱梁的加工组拼的台座地基基础密实、稳定, 表面平整, 并按设计要求采用红外线测距仪进行放样, 用水准仪抄平。
(5) 施焊的每一道工序必须经过监理工程师或质检员严格检查, 所有的施焊均采用平焊, 避免采用仰焊或立焊。
(6) 所有钢构件必须在焊缝经检查达到要求后, 方可进行结构的防腐涂装。
四、应用体会
提篮拱桥 篇8
丹东月亮岛大桥 (图1) 位于辽宁省丹东市, 跨越鸭绿江, 是连接丹东市和月亮岛的唯一通道, 它的建成对开发位于鸭绿江中心的月亮岛具有重要作用。
月亮岛大桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥, 跨径202m, 桥宽9m, 矢高37m, 矢跨比为1/5.5, 拱轴线为二次抛物线, 该桥总布置图见图2所示。
一般大跨径钢管混凝土拱桥的拱肋都设计成由4根弦管形成的空间桁架结构, 弦管之间由横向和竖向的腹杆联结, 这样的拱肋虽然在受力和稳定性方面都比较合理, 但是用钢量较大, 而且弦杆和腹杆之间的焊接工作量较大。在成功的设计了大连市海昌华城桥、浙江铜瓦门大桥之后 (跨径分别为110m、238m的中承式钢管混凝土拱桥, 拱肋由单片桁架组成) , 大连理工大学桥梁研究所提出在月亮岛桥中也采用这种单片桁架拱肋。由两根Φ1100×12mm的钢管做为弦杆, 中心距为3.5m, 以Φ500×10mm钢管作为腹杆, 组焊成平面桁架拱肋, 拱肋弦杆内填充50号微膨胀混凝土。吊杆采用镀锌高强钢丝, 间距5m。
预制的混凝土横梁由吊杆吊起, 横梁上预留的连接钢筋与后浇桥面板连成整体, 桥面板内设有37束预应力束, 每束由12根15.24mm钢绞线组成, 与混凝土桥面板共同形成系杆, 平衡拱的水平推力;基础采用桩基础。月亮岛大桥为目前国内跨度最大的钢管混凝土提篮式系杆拱桥, 结构设计新颖、美观、经济, 富有创造性, 施工工序复杂, 施工技术难度较高。
2 钢管混凝土的特点
钢管混凝土是在薄壁圆形钢管内填充混凝土而形成的一种复合材料, 它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性, 同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用, 使核心混凝土处于三向受压状态, 从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。
钢管混凝土除具有一般套箍混凝土的强度高、塑性好、质量轻、耐疲劳、耐冲击外, 尚具有以下几方面的独特优点:
(1) 本身就是耐侧压的模板, 因而浇注混凝土时, 可省去支模、拆模等工序, 并可适应泵送混凝土浇注。
(2) 钢管本身兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用, 既能受压, 又能受拉。
(3) 钢管本身又是劲性承重骨架, 在施工阶段可起劲性钢骨架的作用, 在使用阶段又是主要的承重结构, 因此可以节省脚手架, 缩短工期, 减少施工用地, 降低工程造价。
(4) 在受压构件中采用钢管混凝土, 可大幅度节省材料。理论分析和工程实践表明, 钢管混凝土与钢结构相比, 在保持结构自重力相近和承载能力相同的条件下, 可节省钢材约50%, 焊接工作量显著减少;与普通钢筋混凝土相比, 在保持钢材用量相当的条件下, 可减少构件横截面积约50%, 混凝土和水泥用量以及构件自重也相应减少一半。
3 实例桥梁的结构特点
月亮岛大桥除具有上述钢管混凝土拱桥的特点外, 还具有以下结构特点:月亮岛大桥跨径达202m, 而宽跨比仅为1/22.4, 属于窄桥。从桥梁的美感上看, 在窄桥中使用平面桁架式拱肋, 可以避免空间桁式拱肋的构件繁杂、空间视觉效果差的缺点, 使桥梁的通透性好;另外, 平面桁架式拱肋相对于空间桁式拱肋和劲性骨架箱型拱肋, 本身的横向尺寸较小, 因此在窄桥的应用中可以避免由于拱肋本身横向宽度大而在桥面的有效宽度上加宽, 或者使横梁的跨度加大, 从而可以减小投资。因此, 这种拱肋比较适合于大跨度钢管混凝土窄桥中。由于采用了平面桁架拱肋, 其横向抗弯刚度较小, 稳定性问题是月亮岛大桥施工控制的一个重点。
月亮岛大桥为钢管混凝土系杆拱桥, 成桥后拱脚产生的水平推力由系杆拉力平衡, 桩基础只承受竖向力作用。为了保证安全, 拱座与承台之间采用硫磺垫块临时固结。这样, 桩基础与拱脚由于硫磺垫块的约束而共同承担水平力, 如果施工过程中桩顶的水平位移过大, 桩基础会由于较大的弯矩作用而导致桩的开裂, 从而使得整个基础失去承载力。因此, 施工中严格控制拱脚和承台的水平位移。
月亮岛大桥施工过程中, 拱脚处产生的水平推力由系杆力平衡。系杆张拉力的大小和张拉时间必须与施工过程协调一致, 尽量做到“恰到好处”, 不能过大, 也不能过小。否则, 桩基础会由于承受过大的弯矩而开裂, 导致失去承载力。因此系杆张拉力大小和张拉时间应按照施工控制步骤严格操作。
4 施工方法
丹东月亮岛大桥的总体施工方案经过多方面比较, 确定其施工工序为“钢管拱肋拼装—泵送钢管混凝土—安装横梁—浇注桥面混凝土—浇注桥面铺装”, 各工序中均需张拉相应的预应力束, 以平衡拱脚的外推力。
该桥具体施工步骤如下:
(1) 施工下部结构, 浇注拱座、端横梁及硫磺砂浆垫块。
(2) 钢管拱肋拼装成形:将整个拱肋分成三段在岸上制作, 拱肋两边段长度均为56m, 重量120t, 中段长度85.4m, 重量185t。拱肋分段拼接成型后, 利用已有便道拖拉至桥位。在主跨内设2个塔架, 两边段采用竖向转体提升, 中段采用垂直提升 (图3) 。拱肋就位后, 连接接头钢管成拱, 并在两拱座横梁间张拉预应力筋, 以抵消在吊点卸力后拱肋产生的推力。
(3) 钢管拱肋形成后, 向钢管内泵送混凝土:先对称同步泵送2根下弦管, 待管内混凝土达到设计强度后, 再对称泵送2根上弦管。
(4) 钢管混凝土拱肋形成后, 对称均衡安装预制39根横梁。
(5) 安装桥面模板, 浇注桥面板混凝土。
(6) 拆除硫磺垫块, 张拉剩余的所有系杆。
(7) 浇注桥面铺装。
(8) 安装附属设施及伸缩缝。
5 主要施工工序的探讨
5.1 硫磺砂浆垫块的采用
在拱肋拼装过程中, 拱座要承受较大的水平推力作用。如果拱座仅仅由支座支承, 那么在钢管拱肋架设过程中, 拱座由于较大的推力可能会发生倾覆和水平滑移, 造成拱肋拼装困难, 难以保持拱肋合拢后的线形, 故采用硫磺砂浆垫块临时固结承台与拱座, 以保证拱肋顺利安全的架设, 并保持理想的拱轴线线形。在后续施工过程中, 由于硫磺垫块的约束, 使基础与拱脚共同承担水平力, 此时, 基础实际上对拱脚水平方向起着弹性支承的作用。这样, 可以利用基础的弹性支承作用来共同抵抗施工中拱脚可能突然发生的大位移, 从而有利于拱肋施工中的安全。硫磺垫块在桥面形成以后拆除。
5.2 钢管骨架的架设
钢管混凝土拱桥的施工方法本质上是自架设方法, 成桥过程先合拢钢管骨架, 再浇注管内混凝土形成主拱圈。
丹东月亮岛大桥因工期较紧, 考虑到桥位处有一便道可利用, 因此, 在钢管拱肋架设方案比选时主要对以下两种方案进行比较:一是竖向转体施工方案, 原理是在两拱座后侧分别布置一个钢塔架, 塔架后设钢筋混凝土锚碇, 钢管拱从中间分两大段, 分别在两拱座后侧预拼成型, 运输至桥位后采用竖向转体法起升就位。这个方案虽可行, 但需要较大的锚碇系统, 所以不甚经济, 工期也较长。如果能利用现有便道, 在桥跨内搭设塔架, 便可减少塔架的水平推力, 锚固系统的工程量就可大大减少, 塔架的高度也可减小。鉴于以上考虑, 提出了第二套方案。为抵消在吊点卸力后拱肋产生强大的推力, 在两拱座横梁之间张拉4束预应力筋, 每束为12根Φ15.24钢绞线, 张拉力控制在800kN, 张拉结束后交替缓慢放松吊点, 直至最后成拱。
5.3 钢管内混凝土的泵送顺序
理论分析表明, 不同的混凝土泵送顺序对拱肋的受力以及拱轴线线形有很大的影响。由于拱轴线在施工过程中的调整是非常有限的, 成桥后结构的线形和应力也不能再作调整。所以, 确定合理的泵送顺序是保证结构理想受力状态和良好线形的关键。
经过严密的计算分析对比, 最终采用的泵送方案为:先对称同步泵送两根下弦管混凝土, 待混凝土达到设计强度后, 再对称同步泵送两根上弦管混凝土。
5.4 横梁安装和桥面浇注方案
根据拱结构以受压为主的受力特点, 施工荷载的加载要尽可能对称均衡的进行, 使拱结构尽量均匀承受压力, 减小不对称荷载引起的拱肋弯矩, 保证结构受力合理。
月亮岛大桥在钢管混凝土拱肋形成后, 接着的工序就是安装39根预制横梁, 每根横梁重15t, 充分考虑拱结构均匀受压的要求, 并配合现场的实际施工条件, 最终确定横梁安装方案为:先从拱脚向跨中方向对称安装7根横梁, 两侧共14根;再安装跨中附近9根横梁;最后对称安装四分之一截面附近的各8根横梁, 两侧共16根。
安装桥面模板和浇注桥面混凝土的工序中, 根据拱结构的受力特点, 桥面混凝土的浇注顺序为:先浇注两侧拱脚附近和跨中附近各40m的范围, 共120m;再浇注两侧四分之一截面附近各35m的范围, 共70m;最后浇注桥面端部两侧的各5m范围。这主要是由于桥面的受力特点决定的:因为桥面端部截面承受较大的负弯矩作用, 如果先期浇注该范围内的混凝土, 会导致混凝土开裂。采用该浇注顺序满足拱结构的受力特点与要求。
6 结 论
(1) 钢管混凝土提篮式系杆拱桥, 结构合理、施工工序复杂、施工技术难度很高。本文所举实例月亮岛大桥为目前国内跨度最大的钢管混凝土提篮式系杆拱桥, 由于采用了平面桁架拱肋, 因此具有简洁美观、经济适用、施工方便的优点, 大大降低了工程造价。
(2) 月亮岛大桥施工过程中, 由于建立了一套较为完整、科学的施工方法, 保证了大桥的安全施工, 并使结构的受力和线形符合设计要求。这对于同类型桥梁的施工控制同样具有重要的指导意义。
摘要：钢管混凝土提篮式系杆拱桥, 施工工序复杂, 施工技术难度较高。以某一典型桥梁为例, 介绍了该种桥梁的结构特点和先进、具体的施工方法。
关键词：钢管混凝土,系杆拱桥,施工方法
参考文献
[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社, 1999.
[2]范金军, 邱文亮, 张哲.丹东月亮岛大桥施工过程中的稳定性分析[J].公路2003, (5) :1-3.
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