CN102108676B - 一种结合梁-钢拱组合体系拱桥施工方法 - Google Patents

一种结合梁-钢拱组合体系拱桥施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种结合梁-钢拱组合体系拱桥施工方法,其特征在于将钢拱、钢梁以及连接钢拱、钢梁的临时撑杆在岸上先期组拼为拱梁组合体系,在拱梁组合体系端部安装顶推导梁,利用在各个桥墩墩顶上设置的顶推设备进行整体顶推,顶推到位后,拆除临时杆件和顶推导梁,分批张拉吊杆,进行桥面板施工。本发明提出一种与传统方法完全不同的拱桥施工方法,在适用性、经济性、加工质量、施工工期等诸方面均有较高推广价值,对今后类似工程具有开拓意义,并可推广至钢梁-钢拱组合体系拱桥的施工。

Description

一种结合梁-钢拱组合体系拱桥施工方法
技术领域
:
[0001] 本发明涉及拱桥的设计施工领域,具体涉及一种结合梁-钢拱组合体系拱桥施工方法。
背景技术
:
[0002] 拱桥的传统施工方法有支架施工法、缆索吊装法、转体施工法等。
[0003] 转体施工法将拱圈或整个上部结构分为两个半跨,分别在两岸制造半拱,然后利用动力装置将两半拱体转动至桥轴线位置合龙成拱,该方法施工速度快、造价较低,但是对于位于江中、距离两岸较远的拱桥或者多跨连续拱桥并不适用。
[0004] 缆索吊装施工通过设置塔架、锚碇、缆索等施工设施,利用缆索吊装系统进行无支架施工。但对于位于江中、距离两岸较远的拱桥,在江中进行塔架和锚碇的设置代价非常高,极不经济,且施工难度也很大。
[0005] 支架施工法对于结合梁-钢拱组合体系而言,可先安装结合梁钢梁部分,再在钢梁上支架拼装钢拱,即先梁后拱的施工方法。无论采用何种方法施工钢梁,钢拱的施工均需要在钢梁上搭设支架,往往需要设置较多的临时墩才能保证钢梁的受力,而在江中设置临时墩和搭设支架的代价和难度均很高,且对于有通航要求的河流,临时墩设置位置和数量会受到通航限制。
发明内容
:
[0006] 本发明的目的在于提供一种结合梁-钢拱组合体系拱桥施工方法,该施工方法具有施工工期短、对通航影响少、施工临时设备较少、加工质量容易得到保证、适应性强的特点。
[0007] 为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种结合梁-钢拱组合体系拱桥施工方法,其特征在于将钢拱、钢梁以及连接钢拱、钢梁的临时撑杆在岸上先期组拼为拱梁组合体系,在拱梁组合体系端部安装顶推导梁,利用在各个桥墩墩顶上设置的顶推设备进行整体顶推,顶推到位后,拆除临时撑杆和顶推导梁,分批张拉吊杆,进行桥面板施工。钢拱与结合梁钢梁节段的加工制造以及预制桥面板可与下部结构施工同期展开。
[0008] 拱梁一体顶推施工中,由于临时撑杆参与受力,顶推中的拱桥受力具有桁梁桥的特点,经计算分析表明,在较少增加主体结构用钢量的前提下,可以满足施工阶段的受力要求。采用顶推施工,相比先梁后拱的施工方法,临时支墩大为减少,虽然顶推临时杆件占用一部分钢料,但也省去了大量费工费料的临时墩基础工程量,总体经济性好。并且,由于是岸上拼装成型后再行顶推,结构加工质量也更容易得到保证。本发明提出一种与传统方法完全不同的拱桥施工方法,在适用性、经济性、加工质量、施工工期等诸方面均有较高推广价值,对今后类似工程具有开拓意义,并可推广至钢梁-钢拱组合体系拱桥的施工。
附图说明
:
[0009] 图1为顶推施工原理图
[0010] 图2为顶推施工过程全桥立面图
[0011] 图3为顶推施工过程全桥平面图
[0012] 图4为顶推桥墩布置立面图
[0013] 图5为成桥状态全桥立面图
[0014] 图6为成桥状态横断面图
[0015](立面图和平面图中,左侧为北,右侧为南)
具体实施方式
:
[0016] 下面结合附图和实施例对本发明作详细说明
[0017] 拱桥的传统施工方法有支架施工法、缆索吊装法、转体施工法等。当拱桥位于江中,距离两岸较远,或者为多跨连续拱桥时,传统的施工方法有些可能不适用,有些虽可采用,但经济性较差、施工工期长、施工难度大、施工质量难以保证。针对传统拱桥施工方法的缺点,构思结合梁-钢拱组合体系拱桥整体顶推的施工方法,该施工方法在适用性、经济性、加工质量、施工工期等诸方面均有较高推广价值,
[0018] 本施工方法的主要施工流程如下:钢拱1、钢梁2以及连接钢拱、钢梁的临时撑杆3在岸上先期组拼为拱梁组合体系,在该拱梁组合体系端部安装顶推导梁,利用在各个桥墩4墩顶上设置的顶推设备5进行整体顶推。顶推到位后,拆除临时撑杆3和顶推导梁,分批张拉吊杆,进行桥面板施工。钢拱与结合梁钢梁节段的加工制造以及预制桥面板可与下部结构施工同期展开。顶推导梁包括前顶推导梁9和后顶推导梁10。
[0019] 下面以某桥为工程背景对本施工方法进行详细介绍。该桥为结合梁-钢拱组合体系拱桥,主梁连续,三跨拱肋支承于V墩上,跨径组合为188m+22m+188m+22m+188m。钢拱系统由主拱、副拱、主副拱之间的横向连杆以及拱顶横撑等构件组成。主拱跨径188m,外倾12°,立面矢高43.784m。副拱轴线为空间曲线,立面矢高33m。主副拱之间的横向连杆采用圆钢管,间距8.5m。拱桥主梁为结合梁,由钢梁和混凝土桥面板组成,钢梁材质为Q345qD和Q345C,为主纵梁、中横梁、端横梁、小纵梁组成的双主梁梁格体系,两侧主纵梁间距27.6m,中横梁间距4.25m,混凝土桥面板厚26cm。主纵梁内部设系杆索。拱桥吊杆间距8.5m,吊杆上端锚固于主拱,下端锚固于主纵梁。
[0020] 顶推施工时,桥面板尚未铺设,主纵梁内部的系杆索以及拱、梁之间的吊杆均未安装,钢拱(包括主拱7、副拱8,主拱7和副拱8之间连接有横向连杆以及拱顶横撑)和钢梁(包括主纵梁11、中横梁12、端横梁13、小纵梁14)形成了一个拱梁组合体系。根据本发明的一个实施例,在主拱7与主纵梁11之间设置连接主拱、主纵梁的临时撑杆3,临时撑杆3的设置使得拱桥在顶推过程中具有了桁架桥的特点,改善了顶推过程中的受力性能;钢梁两侧为两片主纵梁U,两片主纵梁11之间设有两片小纵梁14,钢拱I和钢梁2连接处设置端横梁13,端横梁13与主纵梁11和小纵梁14焊接,两侧的主纵梁之间还焊接有多个中横梁12,为了加强顶推过程中钢梁的稳定性,在每个拱跨大约1/3跨径处,在两片主纵梁之间设置了顶推临时平联杆件15,在该实施例中,顶推临时平联杆件包括设置在三个相邻中横梁之间的三组杆件,其中每组杆件包括交叉设置的两根杆件,杆件的两端分别与主纵梁或小纵梁和两边的中横梁的连接点焊接,两根杆件的交叉点与当中的中横梁焊接,这样,顶推临时平联杆件将三片中横梁连为一体,增加了该处中横梁的侧向刚度,从而加强了顶推过程中钢梁的整体稳定性;为了减小顶推跨径,除了在三个188米的桥跨中心处各设置一个临时墩之外,还在拱桥两端分别设置了长度为45m的顶推导梁。各永久墩和临时墩顶均设置顶推设备,采用多点顶推进行施工。
[0021] (I)主桥钢拱系统材料为Q345qD和Q370qD。主拱采用矩形截面,宽2.2m,高3.2m。副拱采用方形截面,边长1.5m。
[0022] 主副拱之间的连杆采用圆钢管,直径600〜1000m。两侧副拱之间在跨中位置设3道横撑,横撑为矩形840x900mm截面。
[0023] (2)拱桥主梁为等截面钢-混凝土结合梁结构。全高4.5m,全宽37.7m。结合梁钢梁材质为Q345qD和Q345C,为主纵梁、中横梁、端横梁、小纵梁组成的双主梁梁格体系。
[0024] (3)顶推临时杆件
[0025] 拱桥顶推过程中,前、后端均设顶推导梁,材质为Q345qD。导梁与主纵梁在横桥向对应布置,长度为45m。导梁的刚度、高度等均与主纵梁相协调,截面特性适应顶推过程的受力需要。导梁与主体结构采用焊接连接,顶推结束后予以割除。
[0026] 顶推过程中,主拱、主纵梁之间设置多个临时撑杆,材质为Q235C。临时撑杆对顶推过程的安全起着至关重要的作用,在顶推过程中受到了较大的轴向拉、压力,其截面特性适应顶推过程强度、刚度和稳定性的需要。临时撑杆与主拱、主纵梁采用吊耳进行连接,顶推结束后,逐步拆除临时撑杆,主纵梁、主拱上的临时吊耳板也予以割除。
[0027] 为了加强顶推过程中钢梁的稳定性,每隔一定距离(约为拱跨的三分之一跨径处)在两片主纵梁之间设置了顶推临时平联杆件,材质为Q235C。顶推结束后予以拆除。
[0028] (4)顶推设备
[0029] 本桥采用多点自平衡顶推工艺,自平衡顶推机具位于各永久墩(包括永久墩上安装的支架)、临时墩顶部,具备水平及竖向两套千斤顶系统,分别完成前进及升降工作,对外施加很小的水平力。顶推设备具备竖向调节、横向纠偏功能,并确保顶推过程中各永久墩(临时墩、临时支架)处顶推装置同步工作。在竖向千斤顶与主纵梁之间设置钢垫梁对千斤顶集中力进行消散。钢垫梁具备足够的刚度,以保证其与主纵梁接触面间的相互作用竖向力能在纵向均匀扩散,扩散范围不小于2500mm,且保证竖向力直接传递到主纵梁的腹板中,不使主纵梁底板承受竖向力。
[0030]自平衡顶推机具与临时垫梁组成一套顶推设备,临时垫梁在自平衡顶推机具回位时支撑钢梁。临时垫梁具备足够的刚度及纵向尺寸,以保证其与主纵梁接触面间的相互作用竖向力能在纵向均匀扩散,扩散范围不小于2500mm,且保证竖向力直接传递到主纵梁的腹板中。顶推装置为现有技术,只要能够实现顶推功能即可,不属于本发明要求保护的范围,因此在此不再赘述。
[0031] (5)顶推桥墩布置
[0032] 本桥整体顶推利用了主桥永久墩PN2、PN1、PS1、PS2和北侧弓丨桥永久墩PN3〜PN5,引桥永久墩PN6上未设置顶推设备。引桥永久墩之间以及引桥永久墩与主桥永久墩之间的最大间距为85米,主桥永久墩为V形墩,其V形支墩顶部的最大间距为188米,为了减小顶推跨径,在每个主桥永久墩中间设置一个水中临时墩(分别为PLN1、PLO、PLS1),可将顶推最大跨径减小为94米。
[0033] 引桥永久墩PN6以北设置有三个岸上临时墩PD1、PD2和PD3。PD1、PD2、PD3墩之间的间距以及PD3与引桥永久墩PN5之间的最大间距为71.135米。
[0034] 拱梁组合体系的拼装在岸上临时墩上搭设的顶推平台上完成。组拼成拱梁组合体系之后进行整体顶推,途径各永久墩和临时墩,最终到达主桥桥位,完成顶推施工。
[0035] 本桥较为详细的施工步骤如下:(箭头方向为顶推前进方向)
[0036]步骤一:
[0037] (I)搭设栈桥及基础施工平台结构,留出临时通航孔。
[0038] (2)主桥及引桥基础、壤身施工,顶推用水中临时壤及北岸临时壤施工,永久壤上顶推用临时支架施工。
[0039] (3)混凝土桥面板预制,钢梁、钢拱板单元工厂加工,现场组拼。
[0040] (4)对北岸地基进行硬化处理。
[0041] (5)搭设拱梁拼装、顶推平台,提升站,采用多点顶推。
[0042]步骤二:
[0043] (I)在顶推用永久墩、临时墩和临时支架顶部安装顶推装置。
[0044] (2)在顶推平台上拼装第一拱梁组合体系的钢梁。
[0045] (3)搭设钢拱拼装支架。
[0046] (4)在支架上拼装钢拱,并安装拱、梁间临时撑杆,顶推临时平联杆件,形成第一拱梁组合体系。
[0047] (5)在第一拱梁组合体系前端安装顶推用前导梁。
[0048] (6)利用顶推装置对第一拱梁组合体系进行持续顶推施工。
[0049] 步骤三:
[0050] (I)待第一拱梁组合体系顶推至特定位置时,在拼装平台上组拼第二拱梁组合体系(第二拱梁组合体系的拼装同第一拱梁组合体系)。
[0051] (2)将第二拱梁组合体系和第一拱梁组合体系通过焊接连为一个拱梁组合体系整体。
[0052] (3)对拱梁组合体系整体继续进行顶推。
[0053] 步骤四:
[0054] (I)待拱梁组合体系整体顶推至特定位置时,在拼装平台上组拼第三拱梁组合体系O
[0055] (2)将第三拱梁组合体系与前面的拱梁组合体系通过焊接连为一个拱梁组合体系整体。
[0056] (3)对拱梁组合体系整体继续进行顶推。
[0057] 步骤五:
[0058] (I)待拱梁组合体系整体顶推至特定位置时,在拱梁组合体系后端安装顶推用后导梁。
[0059] (2)继续顶推主桥拱梁组合体系前进。
[0060] (3)顶推就位后拆除前、后顶推导梁。
[0061] 步骤六:
[0062] (I)拆除部分临时撑杆。
[0063] (2)安装并张拉部分吊杆(吊杆位于钢拱和钢梁之间)。
[0064] (3)拆除剩余的临时撑杆。
[0065] (4)安装并张拉剩余的吊杆。
[0066] (5)拆除临时平联杆件。
[0067] (6)逐步拆除临时墩和拼装平台。
[0068] (7)调整吊杆索力。
[0069] 步骤七:
[0070] (I)在钢梁上安装全部预制桥面板。
[0071] (2)按照从跨中到拱脚的顺序逐段浇筑桥面板湿接缝。
[0072] (3)完成拱脚处的桥面板湿接缝浇筑之后,安装并张拉水平系杆。
[0073] 步骤八:
[0074] (I)附属结构施工。
[0075] (2)全桥竣工。
[0076] 按照上述顶推施工步骤,经分析计算表明,在顶推过程全过程,各主要构件的受力均满足规范对于施工阶段的要求,施工方法安全可靠。

Claims (2)

1.一种结合梁-钢拱组合体系拱桥施工方法,其特征在于将钢拱、钢梁以及连接钢拱、钢梁的临时撑杆在岸上先期组拼为拱梁组合体系,在拱梁组合体系端部安装顶推导梁,利用在各个桥墩墩顶上设置的顶推设备进行整体顶推,顶推到位后,拆除临时撑杆和顶推导梁,分批张拉吊杆,进行桥面板施工,钢拱包括主拱、副拱,和主拱、副拱之间的横向连杆,钢梁为主纵梁、中横梁、端横梁、小纵梁组成的双主梁梁格体系,在主拱与主纵梁之间设置连接主拱、主纵梁的临时撑杆,在两片主纵梁之间设置顶推临时平联杆件。
2.如权利要求1结合梁-钢拱组合体系拱桥施工方法,其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤一: (1)搭设栈桥及基础施工平台结构,留出临时通航孔; (2)主桥及引桥基础、墩身施工,顶推用水中临时墩及北岸临时墩施工,永久墩上顶推用临时支架施工; (3)混凝土桥面板预制,钢梁、钢拱板单元工厂加工,现场组拼; (4)对北岸地基进行硬化处理; (5)搭设拱梁拼装、顶推平台,提升站,采用多点顶推; 步骤二: (1)在顶推用永久墩、临时墩和临时支架顶部安装顶推装置; (2)在顶推平台上拼装第一拱梁组合体系的钢梁; (3)搭设钢拱拼装支架; (4)在支架上拼装钢拱,并安装拱、梁间临时撑杆,顶推临时平联杆件,形成第一拱梁组合体系; (5)安装顶推用前导梁; (6)对第一拱梁组合体系进行持续顶推施工; 步骤三: (1)待第一拱梁组合体系顶推至特定位置时,在拼装平台上组拼第二拱梁组合体系; (2)将第二拱梁组合体系和第一拱梁组合体系通过焊接连为一个拱梁组合体系整体; (3)对拱梁组合体系整体继续进行顶推; 步骤四: (1)待拱梁组合体系整体顶推至特定位置时,在拼装平台上组拼第三拱梁组合体系; (2)将第三拱梁组合体系与前面的拱梁组合体系通过焊接连为一个拱梁组合体系整体; (3)对拱梁组合体系整体继续进行顶推; 步骤五: (1)待拱梁组合体系整体顶推至特定位置时,安装顶推用后导梁; (2)继续顶推主桥拱梁组合体系前进; (3)顶推就位后拆除前、后顶推导梁; 步骤六: (1)拆除部分临时撑杆; (2)安装并张拉部分吊杆;(3)拆除剩余的临时撑杆;(4)安装并张拉剩余的吊杆;(5)拆除临时平联杆件;(6)逐步拆除临时墩和拼装平台;(7)调整吊杆索力;步骤七:(1)在钢梁上安装全部预制桥面板;(2)按照从跨中到拱脚的顺序逐段浇筑桥面板湿接缝;(3)完成拱脚处的桥面板湿接缝浇筑之后,安装并张拉水平系杆;步骤八:(1)附属结构施工;(2)全桥竣工。
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