CN101623820B - 大型桥梁钢塔水平预拼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型桥梁钢塔水平预拼方法，利用有限元对塔段进行分析，找出合理的支点位置，每个塔段采用六个计算机控制的液压调整装置进行支撑、调整，采用运梁平车将塔段运进预拼厂房内，然后，落到数控调整装置上，为了达到桥位安装时上面塔段自重对金属接触率的有利影响，在水平预拼时，在两塔段上共设置六对反力架，布设六个计算机控制的数控穿心油缸加力系统，保证每个加力大小基本一致，且加力总和接近塔段重量。优点：一是操作安全，有效避免长节段立式预拼带来的安全风险；二是效率高，由于水平预拼高度较小，可在厂房内进行，预拼时调整、对位、配制接口拼接板等均不受室外下雨(雪)、日光照射的影响，便于操作。

Description

大型桥梁钢塔水平预拼方法

技术领域

本发明涉及一种大型桥梁钢塔水平预拼方法，属大型桥梁制造方法领域。

背景技术

大型桥梁钢塔节段一般要求进行预拼装，实物预拼装分为立式预拼装和水平预拼装两种：对于塔段长度较短的(如：国内的南京三桥钢塔)，国内外一般采用立式预拼装；而对于长度较大的，由于受起重设备、厂房高度等限制，只有采用水平预拼装。采用水平预拼装时，最难解决的问题是：金属接触率必须达到较高的标准要求；塔段的自重不能影响塔柱线形。其中，如何保证塔段间金属接触率要求是水平预拼装的难点和关键所在，国内尚未搞过钢塔段水平预拼装，国外如日本等国，保证塔段间的金属接触率要求，主要是靠减小两塔段间接口拼接板的孔群距离、采用冲钉挤孔的办法来实现，由于塔段接口拼接板较多，量配孔群距及孔径大小本身有一定的误差，很难达到预期目的，而且采用冲钉挤孔，实施起来难度较大。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种能够保证塔段间金属接触率要求的大型桥梁钢塔水平预拼方法。

设计方案：我国桥梁技术发展迅速，目前已经达到了世界先进水平。随着桥位吊装设备的发展，塔段长度越来越大，长塔段采用立式预拼有一定的安全风险，且费用很高。故采用合理的方案解决好水平预拼装存在的难题，是保证大型钢塔顺利建造的关键所在。

泰州长江大桥主桥为三塔两跨连续钢箱梁悬索桥，主缆跨度布置为390+1080+1080+390(m)的对称结构，是世界上最大跨度的三塔两跨越千米的悬索桥，为提高宽阔海域或大江大河、深山峡谷等跨越能力开创了先河。该桥型对中塔既柔又刚的受力要求，使得中塔选择了钢塔结构。

该中塔柱纵向呈人字型结构，纵向从下到上分为三个区段，下部斜腿段、交点附近的曲线过渡段及上部直线段；塔柱沿高度方向共设置两道横梁，钢塔高度195.0m。塔柱断面为单箱多室布置，由四周壁板、(中腹板)、边腹板构成。塔柱外侧角部切去0.6m×0.6m四个矩形面积，将截面进行钝化。塔柱横桥向尺寸自塔底至塔顶等宽为5m；纵桥向尺寸：直线段从塔顶的6.6m变化到10.6m，曲线过渡段从10.6m变到15.54m，斜腿段(垂直塔柱)距离为6.0m。由于吊装重量限制，D6～D17塔段采用纵向分块结构，两块体之间通过耳板、拼接件、高强度螺栓等连接。钢塔柱主体结构采用Q420qD、Q370qD钢材。钢塔壁板、腹板厚度为50、60mm，均采用板式加劲肋，加劲肋板厚为40、48mm。塔柱共划分为21种节段(D0～D20)，其中D0为钢砼结合段。塔段间一般接口采用“金属接触+高强度螺栓”联合受力，采用M30高强度螺栓、

栓孔。塔段最大重量495t。

根据受力特点及桥位安装的1/4000(横桥向及顺桥向)塔柱线形要求，以及塔段间壁板、腹板金属接触率≥50％、纵肋金属接触率≥40％的受力要求，对塔段加工提出了较高的要求：塔段端面平面度≤0.25mm(0.08mm/m)，塔段顺桥向和横桥向垂直度≤1/10000；而且，要求相邻节段必须两两进行预拼(塔段间壁板、腹板金属接触率≥50％、纵肋金属接触率≥40％，塔柱横桥向和顺桥向垂直度≤1.5/10000)，以确保桥位的安装精度。如此高的精度要求，对厚板大断面的钢塔节段来说，难度是很大的。其中采取必要的措施实现塔段预拼装目的，也是需要解决的课题之一。

因塔段较长，采用两节段立式预拼装，由于对厂房净空要求较高，只能在室外进行，而室外预拼作业受天气、温度等影响较大，而且满足吊装要求的起重设备投入很大，同时存在较大的安全风险；采用水平预拼装可以在厂房内进行，不需要特殊的起重设备，一般的运梁车就可以，温度、天气影响也较小，更没有安全风险，但由于水平预拼不象立式预拼或桥位架设一样有自重对金属接触率的有利影响，故对水平预拼来说，保证金属接触率却是个难题，研发合理的方案来解决这一难题，则是保证水平预拼装顺利的关键所在。

技术方案：大型桥梁钢塔水平预拼方法，利用有限元对塔段进行分析，找出合理的支点位置，每个塔段采用六个计算机控制的液压调整装置进行支撑、调整，采用运梁平车将塔段运进预拼厂房内，然后，落到数控调整装置上，为了达到桥位安装时上面塔段自重对金属接触率的有利影响，在水平预拼时，在两塔段上共设置六对反力架(水平加力用工装)，布设六个计算机控制的数控穿心油缸加力系统(施加水平力的油压设备)，保证每个加力大小基本一致，且加力总和接近塔段重量。

本发明与背景技术相比，一是操作安全，可以有效避免长节段立式预拼带来的安全风险；二是效率高，由于水平预拼高度较小，可在厂房内进行，预拼时调整、对位、配制接口拼接板等均不受室外下雨(雪)、日光照射的影响；便于操作，比采用拼接板挤孔保证塔段间金属接触率要求效果好的多，且操作极为方便。

附图说明

图1是塔段预拼时支撑及加力系统示意图。

图2是图1的俯视结构示意图。

具体实施方式

实施例1：参照附图1和2。大型桥梁钢塔水平预拼方法，利用有限元对塔段5进行分析，找出合理的支点位置，所述合理的支点位置是指用有限元计算分析出来的(合理的支点位置是有限元计算分析出来的，即在该位置支撑不会使塔段水平放置时因自重产生的变形而影响端面的1/10000垂直度及桥位吊装后的塔柱线形要求)，且采用数控液压调整装置进行支撑，可以避免或大大减小因自重使塔段产生变形而影响钢塔柱线形。每个塔段5采用六个计算机控制的液压调整装置2进行支撑、调整等，可以进行塔段高度及水平方向调整，且与塔段机加工状态一致。数控调整装置是指由计算机控制的、用于支撑塔段并可以调整支点高度和水平调整位移的液压千斤顶，其支撑力的大小可以由计算机进行控制。采用运梁平车3将塔段5运进预拼厂房内，然后，落到数控调整装置上，为了达到桥位安装时上面塔段自重对金属接触率的有利影响，在水平预拼时，在两塔段5上共设置六对反力架(水平加力用工装)，布设六个计算机控制的数控穿心油缸加力系统(施加水平力的油压设备)，保证每个加力大小基本一致，且加力总和接近塔段重量，4是支撑墩。

也就是说，为了实现塔段水平预拼装的顺利进行，一要保证钢塔节段单件必须满足精度要求；二是需要对塔段进行有限元分析、找出合理的支点位置，且有可以控制支撑力大小的支撑设备；三是必须有能使两个塔段接触面顶紧的水平加力系统1，该系统可以反映施加力的大小，加力点四周均匀布设，加力之和接近塔段自重。当然，由于钢塔柱线形精度要求极高，除了实物预拼装以外，还要采用计算机模拟预拼装，对塔段端面加工和实物预拼装进行验证和指导。

有限元分析(FEA，Finite Element Analysis)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种大型桥梁钢塔水平预拼方法，其特征是：利用有限元对塔段进行分析，找出合理的支点位置，合理的支点位置是有限元计算分析出来的，即在该位置支撑不会使塔段水平放置时因自重产生的变形而影响端面的1/10000垂直度及桥位吊装后的塔柱线形要求，每个塔段采用六个计算机控制的液压调整装置进行支撑、调整，采用运梁平车将塔段运进预拼厂房内，然后，落到数控调整装置上，为了达到桥位安装时上面塔段自重对金属接触率的有利影响，在水平预拼时，在两塔段上共设置六对反力架，布设六个计算机控制的数控穿心油缸加力系统，保证每个加力大小基本一致，且加力总和接近塔段重量。

2.根据权利要求1所述的大型桥梁钢塔水平预拼方法，其特征是：所述反力架是指水平加力用工装；

3.根据权利要求1所述的大型桥梁钢塔水平预拼方法，其特征是：所述数控穿心油缸加力系统是指施加水平力的油压设备。

4.根据权利要求1所述的大型桥梁钢塔水平预拼方法，其特征是：所述合理的支点位置是指用有限元计算分析出来的，且采用数控液压调整装置进行支撑，可以避免或大大减小因自重使塔段产生变形而影响钢塔柱线形。

5.根据权利要求1所述的大型桥梁钢塔水平预拼方法，其特征是：数控调整装置是指由计算机控制的、用于支撑塔段并可以调整支点高度和水平调整位移的液压千斤顶，其支撑力的大小由计算机进行控制。

6.根据权利要求1所述的大型桥梁钢塔水平预拼方法，其特征是：进行塔段高度及水平方向调整，且与塔段机加工状态一致。

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