提籃系桿鋼箱拱橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究

楊芳

1? 緒論

1.1? 研究背景及意義

大跨徑中、下承式系桿拱橋施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移變化頻繁，不同的施工階段相互影響，尤其橋面系的預(yù)應(yīng)力鋼絞線根據(jù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分批在不同施工階段進(jìn)行張拉，全橋不同位置吊桿的張拉程序?qū)θ珮蚪Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形都有顯著影響;同時(shí)受施工過(guò)程中溫度、施工荷載變化、材料的物理力學(xué)參數(shù)等因素的影響，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、線形難以與設(shè)計(jì)計(jì)算值保持一致，拱肋澆筑或架設(shè)一旦形成，其線形很難調(diào)整。

本項(xiàng)目研究背景橋梁九灣澮河特大橋，結(jié)構(gòu)主跨跨徑較大，構(gòu)件種類比較多，在施工中存在工序多、難度大等技術(shù)難題。橋梁施工期間拱肋、主梁線形及內(nèi)力發(fā)生多次變化，致使結(jié)構(gòu)多次產(chǎn)生體系轉(zhuǎn)換，在施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)有可能發(fā)生失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力超過(guò)構(gòu)件本身承載力等情況。而且，施工過(guò)程中，由于材料、機(jī)具、施工、計(jì)算、測(cè)量等方面的誤差，如果不及時(shí)加以調(diào)整并反饋到施工中，可能由于誤差的積累，導(dǎo)致最后結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)要求，橋梁在施工過(guò)程中發(fā)生安全事故的概率也大大增加。嚴(yán)重者甚至危及結(jié)構(gòu)安全，在工程中出現(xiàn)災(zāi)害。

由此，為保證橋梁施工質(zhì)量和橋梁施工安全，對(duì)中、下承式系桿拱橋的施工方法研究是不可缺少的。

1.3? 本項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容及方法

內(nèi)傾剛構(gòu)一提籃系桿拱組合橋在國(guó)內(nèi)的研究尚處于起步階段，缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范，超寬大跨提籃系桿結(jié)構(gòu)在組合體系中的應(yīng)用又遇到許多難題，加之對(duì)該橋型的參考資料又少之甚少，因此，有必要對(duì)大橋進(jìn)行施工關(guān)鍵技術(shù)研究，以保證其施工安全和質(zhì)量。木課題以泅河興隆大橋?yàn)橐劳校ㄟ^(guò)閱讀大量文獻(xiàn)和工程實(shí)例，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等方法，并運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算工具和有限元分析手段，建立空間有限元分析模型，對(duì)影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，開(kāi)展了大量的試驗(yàn)研究和分析，總結(jié)出一些結(jié)論與規(guī)律為同類型橋梁施工提供參考。

2? 桿系拱橋鋼梁架設(shè)施工過(guò)程研究

2.1? 施工重點(diǎn)以及難點(diǎn)。1、主橋鋼梁采用浮吊吊裝，支架法組拼，由于通航要求臨時(shí)墩預(yù)留通航孔凈寬至少35m，且縱橫梁為全焊接結(jié)構(gòu)，安裝精度高，跨度大，對(duì)設(shè)備有很高的要求;2、主橋鋼箱拱高度較高，具有一定的線型，采用浮吊支架法高空架設(shè)，因此對(duì)施工的全過(guò)程對(duì)支架進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)測(cè)受力、變形、位移，確保施工期間的安全非常重要。

2.2? 總體施工方案。九灣澮河特大橋分三部分組成，北岸引橋1361米，主橋135米，南岸引橋1108米，共計(jì)2604米，鋼結(jié)構(gòu)部分總重約為13605.3噸。主橋跨越澮河，跨度為132米，總長(zhǎng)為135米，為鋼箱系桿拱橋，由縱橫梁，鋼箱拱，風(fēng)撐，系桿、吊桿等組成。上橋面系為混凝土橋面板。架設(shè)時(shí)需預(yù)留單線40米寬（凈寬35米）雙向航道。

2.3? 主橋架設(shè)流程。

步驟一：1、使用一臺(tái)50t汽車吊上駁船，至橋位處現(xiàn)場(chǎng)施工臨時(shí)支架和防撞樁;

步驟二：1、將吊裝節(jié)段運(yùn)輸至吊裝位置;2、用1臺(tái)500t浮吊安裝拱肋交點(diǎn)和縱橫梁，拱肋交點(diǎn)一端臨時(shí)固定在混凝土主墩上，另一頭定位于臨時(shí)支架上，通過(guò)支架的千斤頂和導(dǎo)鏈葫蘆微調(diào)就位，線型滿足設(shè)計(jì)要求后焊接固定，全橋所有桿件均通過(guò)此方法就位固定;3、主縱梁從小墩號(hào)往另大墩號(hào)架設(shè)，安裝完縱梁安裝中間橫梁，最后一個(gè)縱梁合攏，縱梁和橫梁采用懸拼法拼裝，連接處設(shè)置匹配件和托板。安裝合攏段前，需對(duì)已安裝拱肋線型進(jìn)行全天測(cè)量，找出拱肋溫度控制變形量規(guī)律;根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)合攏段長(zhǎng)度進(jìn)行修整，然后依次焊接;4、安裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行全程線型監(jiān)控，以保證桿件線型調(diào)整至設(shè)計(jì)要求，以下所有桿件安裝均需要滿足線型要求;5、依次焊接各桿件接頭焊縫;

3? 結(jié)論

3.1? 本項(xiàng)目主要研究結(jié)論。興隆大橋?yàn)橐蛔Y(jié)構(gòu)新穎的V型剛構(gòu)和超寬大跨徑提籃系桿拱組合橋，由于跨徑大、橋面寬，且這類結(jié)構(gòu)形式的文獻(xiàn)較少，所以該橋的施工技術(shù)是特別需要關(guān)注的問(wèn)題，也是很有研究?jī)r(jià)值的問(wèn)題。本課題應(yīng)用MIDAS/Civil，對(duì)泅河興隆大橋施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算和分析，取得主要成果形成結(jié)論如下。（1）本課題研究方法多樣，研究手段先進(jìn)，介紹了興隆大橋主跨系桿拱和邊跨V型剛構(gòu)的施工工藝，總體施工方案和主要施工手段充分考慮了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和組合提籃系桿拱橋的施工難點(diǎn)，施工技術(shù)先進(jìn)，施工工藝可操作性強(qiáng)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理。（2）超寬大跨徑提籃拱組合橋施工技術(shù)難度及施工風(fēng)險(xiǎn)大。采用碗扣支架與大直徑鋼管柱聯(lián)合支架，既滿足承載力需要，又可合理地利用資源，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。拱肋采用在橫梁上布設(shè)鋼管柱進(jìn)行支承，將大跨徑轉(zhuǎn)換為多個(gè)小跨徑，并且鋼管柱之間設(shè)立橫撐和斜撐，來(lái)抵消拱肋澆筑過(guò)程中產(chǎn)生的橫向力。這種解決超寬和大跨徑結(jié)構(gòu)兩個(gè)施工難點(diǎn)的措施，可為同類的大橋提供參考。（3）采用大型有限元分析軟件MIDAS/Civil，對(duì)聯(lián)合支承體系進(jìn)行了模擬分析。選取最長(zhǎng)橫梁HO橫梁進(jìn)行計(jì)一算，建立橫梁結(jié)構(gòu)模型，模擬不同施工工況下的支反力，將荷載傳遞給支承體系，這樣的分析方法較平均荷載法更為準(zhǔn)確。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析得出各桿件應(yīng)力水平較小，支架變形屬于彈性變形，可判斷支撐體系穩(wěn)定可靠。（4）建立空間桿系單元模型，對(duì)興隆大橋施工全過(guò)程進(jìn)行模擬仿真分析，確定了施工主要控制工況、各工況下結(jié)構(gòu)內(nèi)力、控制節(jié)點(diǎn)位移等參數(shù)，作為施工方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。

3.2? 本項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。（1）分析超寬大跨徑組合提籃系桿拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)行為，介紹澮河特大橋主跨系桿拱和邊跨內(nèi)傾剛構(gòu)的關(guān)鍵施工技術(shù)方案，充分考慮了超寬大跨徑組合系桿拱橋的施工難點(diǎn)，研究其施工過(guò)程中合理的施工技術(shù)、施工工藝。（2）分析組合支架的構(gòu)成，分別介紹各自特點(diǎn)。建立橫梁、組合支架空間有限元模型，詳細(xì)敘述分析建模過(guò)程，包括邊界條件的模擬、各類參數(shù)的確定、上部荷載的確定，模擬橫梁的實(shí)際施工受力特點(diǎn)，分析影響支架穩(wěn)定的因素和不利工況。（3）建立全橋空間有限元模型，選取若干關(guān)鍵工況進(jìn)行仿真計(jì)算，總結(jié)結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力、應(yīng)力的變化規(guī)律，找出結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形等方面可能發(fā)生的最不利狀態(tài)。（4）對(duì)拱肋和邊孔剛構(gòu)的澆筑進(jìn)行水化熱分析，建立拱肋和邊跨內(nèi)傾剛構(gòu)的三維實(shí)體有限元計(jì)算模型，分析內(nèi)部和表面的溫度與應(yīng)力變化趨勢(shì)，找出大體積混凝土和異型混凝土溫度和溫度應(yīng)力的變化規(guī)律，為混凝土的正確施工提供依據(jù)。綜合考慮混凝土配合比、高標(biāo)號(hào)異形混凝土水化熱以及澆筑工藝等方面的影響，提出了施工過(guò)程中降低水化熱，避免拱肋和內(nèi)傾剛構(gòu)產(chǎn)生裂縫的措施，提高抗裂性能。

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