CN103410094B - 桥梁刚性铰的安装施工方法 - Google Patents

桥梁刚性铰的安装施工方法 Download PDF

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CN103410094B CN201310300483.2A CN201310300483A CN103410094B CN 103410094 B CN103410094 B CN 103410094B CN 201310300483 A CN201310300483 A CN 201310300483A CN 103410094 B CN103410094 B CN 103410094B
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Abstract

本发明公开了桥梁刚性铰的安装方法,属于桥梁施工技术领域。本发明的桥梁刚性铰的安装方法,包括:1、预拼组装、跑合试验及安装附件;2、吊装前准备;3、将小箱梁临时锁定于J2类端梁内;4、同步起吊到位,并进入预定龙口位置,并适当调整;5、安装临时锁定装置,同时解开临时锁定,并将小箱梁向J1梁段固定端靠拢,并采用螺栓连接;6、对J2、J3梁段的合龙缝进行强制调节,临时固结并安装临时固定配件,并完成J2、J3梁段的工地连接,并在J2梁段上安装横梁;7、安装剩余设施及拆除临时设施,并调节小箱梁周围的刚性铰支座。本发明能够准确无误地安装刚性铰及其部件,使得刚性铰以及桥梁的结构稳定,保证使用的安全可靠。

Description

桥梁刚性铰的安装施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及桥梁安装技术,尤其是一种桥梁上使用的刚性铰的安装技术。
背景技术
[0002] 在我国,桥梁的主梁连续长度达2680m以上,且为分幅六塔以上的斜拉桥,其结构 体系主要难点之一是多塔斜拉桥的整体刚度小。为解决上述问题,主梁采用在索塔纵向两 侧间距46m设置竖向支座的结构体系以提高结构刚度,同时各个索塔处设置X托架。结构 体系难点之二是主梁全长达到2680m以上,主梁的温度变形对索塔及基础的受力影响大, 这种影响又因为主梁采用纵向双排支座体系,加上较小的索塔下塔柱高度及截面尺寸而显 得更为突出。
[0003] 采用这样的特定结构体系和索塔形式下,主梁和斜拉索等构件较大的温度变形将 影响结构的合理性与安全性。长主梁温度变形对大桥主航道桥结构的不利影响具体体现 在:a)最外侧塔中塔柱根部应力过大,混凝土配筋无法满足规范要求;b)最外侧塔的塔底 内力较大,使得基础规模增大。详细分析表明:若主梁为连续结构,中间不设伸缩缝,则结构 不可行性(详见初步设计文件),因此必须寻求其他解决途径。可能存在的解决方案有:
[0004] 方案A(本发明申请的方案):主梁设置刚性铰。在全桥主梁跨中设置刚性铰构造, 将解决方案由下部结构转变到上部结构。由于刚性铰释放了主梁在全桥跨中处的相对纵向 变形,使得外侧索塔的温度受力大大降低。
[0005] 方案B:三塔一联中间设过渡墩。在全桥跨中设置一个过渡墩,主梁设置伸缩缝, 将结构由六塔斜拉桥改为两个三塔斜拉桥。
[0006] 方案C:采用大规模的索塔形式。长主梁温度荷载主要影响外塔柱受力,采用较大 规模索塔和基础形式,通过提高索塔自身能力直接抵抗主梁温度荷载变形引起的内力。
[0007]
Figure CN103410094BD00061
[0009] 综上所述,根据比较和分析,类似于这样的大桥,采用刚性铰结构,更加符合需要, 且更加的安全可靠。
[0010] 由于钢箱梁长度长,主梁的温度变化对索塔及基础的受力影响大,传统构造无法 适应这种长主梁结构体系和嘉绍大桥特殊的建设环境,为科学合理地解决长主梁温度变化 问题,嘉绍大桥采用两幅主梁在全桥跨中处设刚性铰装置的创新性结构体系。刚性铰将在 钢箱梁的跨中位置断开,其基本构造是在一侧钢箱梁内部放置小箱梁,小箱梁一端固定在 另一侧钢箱梁上,另一端自由。
发明内容
[0011] 本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题,提供一种操作简便,施工难度小, 对水环境影响小,成本低廉的刚性铰的安装方法,通过该方法,能够准确无误地安装刚性铰 及其部件,使得刚性铰以及桥梁的结构稳定,保证使用的安全可靠,且寿命长久,较小维修 维护成本。
[0012] 本发明采用的技术方案如下:
[0013] 本发明的桥梁刚性铰的安装方法,包括以下步骤:
[0014] 步骤1、制造桥梁刚性铰各构件,包括固定端大箱梁Jl段、滑动端大箱梁J2段、检 修区大箱梁J3段以及小箱梁,并在工厂进行预拼组装、跑合试验以及安装附属构件;
[0015] 步骤2、将经过跑合试验的桥梁刚性铰拆离后运抵现场,将Jl段、J3段在桥梁上 进行安装并调整到位,完成J2段的吊装前准备;
[0016] 步骤3、将小箱梁临时锁定于J2段内;
[0017] 步骤4、将J2段左右幅同步起吊到位,使J2段进入Jl段、J3段之间的预定龙口位 置,并适当调整轴线、标高及合龙缝;
[0018] 步骤5、在Jl段、J2段间安装临时锁定装置,同时解开J2段内对小箱梁的临时锁 定,并将小箱梁向Jl段固定端靠拢,小箱梁基本到位并微调至精确对位,将小箱梁固定端 与Jl段固定端螺栓连接;
[0019] 步骤6、对J2段、J3段的合龙缝进行强制调节,临时固结并安装临时固定配件,并 完成J2段、J3段的工地连接,并在J2段上安装横梁;
[0020] 步骤7、安装剩余设施及拆除临时设施,并调节小箱梁周围的刚性铰支座;
[0021] 其中步骤5和步骤6均需在起吊结束至下一个升温过程内完成。
[0022] 本发明在施工的过程中主要会解决如下技术问题:⑴受主桥水域水流流速、流向、 水深和潮位的影响,运梁船在桥位区停泊驻位时间短,增加了刚性铰吊装的难度;⑵刚性铰 采用2台不同型号的桥面吊机进行抬吊,由于抬吊吊机起升速度不一致,导致刚性铰抬升 过程的同步性控制难度大,现场操作难度高。⑶单幅刚性铰重量达402. 5t,4个吊点进行抬 吊,单个吊点吊重超过l〇〇t,远大于以往标准梁段单个吊点最大60t的吊重,对抬吊吊机吊 具及钢箱梁临时吊点结构安全考验性大。⑷刚性铰吊装到位后,与Jl、J3梁段合龙口精匹 配,2台桥面吊机及手拉萌芦等辅助设备同步调位后并完成临时锁定,调位精度要求高。(5) 刚性铰J2梁段调位完成后,滑动小箱梁与固定端小箱梁进行栓接固定,螺栓数量多,对接 精度要求高。(6)刚性铰J2梁段吊装时合龙口小箱梁与Jl梁段底板只有IOcm的富余宽度, J2合龙段入龙口时梁段的水平度、对位精度要求高。通过本发明的方法,由于J2合龙梁段 的吊装重量大,因此可通过压重进行调整;J2梁段小箱梁工地连接是刚性铰安装的核心工 作,因此J2梁段小箱梁与Jl梁段固定端的连接为零误差连接;由于刚性铰的安装精度取决 于Jl梁段的安装精度(轴线精度),因此需通过Jl梁段精度控制保证刚性铰四个小箱梁与 轴线的平行性。(7)为保证刚性铰一经运用到桥梁上,就能够正常地工作,确保成桥架设与 使用安全,因此需要使刚性铰在构造、加工制作过程中,应充分考虑各个子系统的施工安装 时机,预先完成各个子系统预埋预设构件的安装铺设,并对加工制作完成后刚性铰构件进 行跑合试验,以验证刚性铰构造的实际使用性能,在完成跑合试验后,再进一步完善各个附 属构件的安装,在工厂内进行的跑合试验,可根据各个跑合试验调整刚性铰内部的各个构 件之间的相互配合位置,确保刚性铰一经安装即可正常使用,无需刚性铰安装到桥梁上之 后再进行跑合,避免影响桥梁的安装与使用。使得本发明能够准确无误地安装刚性铰及其 部件,使得刚性铰以及桥梁的结构稳定,保证使用的安全可靠,且寿命长久,较小维修维护 成本。
[0023] 本发明的桥梁刚性铰的安装方法,在步骤1中,桥梁刚性铰的预拼组装包括:对 Jl段、J2段和J3段采用匹配总成的方式装焊;对小箱梁进行装焊,再对小箱梁整体进行振 动消应,消除30%以上的残余应力,再进行精加工;在J2段内预置小箱梁专用阻尼器;
[0024] 其中,跑合试验包括:(1)设置专用跑合试验支撑与驱动系统,转运并调整J2段与 J3段,安装J3段内部检修驱动装置;(2)转运小箱梁,将刚性铰支座安装在小箱梁上,随小 箱梁一起被运送到J2段内部初定位,启动检修驱动装置,带动小箱梁在J2段内往返移动, 确定轨道系统与检修驱动装置的设置满足使用要求;(3)精确测量调整四个小箱梁,确认 中心轴线的平行度,通过由下向上调节各个专用支座完成安装后,再启动检修驱动装置,逐 个对小箱梁进行往返空载跑合试验,并记录试验结果;(4)将Jl段转运定位,预置密封节, 安装跑合试验用驱动油缸,启动驱动油缸,分别驱动Jl段的左右幅大箱梁固定端,进行单 幅固定端大箱梁空载跑合试验,记录滑动时驱动力的大小;(5)采用临时连接件连接Jl段 的左右幅大箱梁与横梁,形成完整的刚性铰Jl段,再次启动驱动油缸,同步Jl段的滑动左 右幅大箱梁,进行双幅固定端大箱梁联动空载跑合试验,记录滑动时的驱动力后,将左右幅 大箱梁与横梁间的临时连接拆除;(6)滑动J2段内的小箱梁,使小箱梁的栓接面与Jl段固 定端的栓接面密贴,在螺栓固定合格后,启动驱动油缸,驱动单幅Jl段连同相连的两个小 箱梁段同步滑动,进行单幅固定端大箱梁负载跑合试验,记录此时单幅节段负载跑合试验 时所需的推拉力;(7)单幅固定端大箱梁负载跑合试验之后,再次安装横梁与临时横撑,并 将临时横撑还原到双幅固定端大箱梁联动空载跑合试验时的状态,复测各个节段纵桥向 中心轴线以及端口定位线,启动驱动油缸,进行双幅固定端大箱梁联动负载跑合试验,当本 次跑合试验所需推拉力之和同单幅节段负载跑合试验推拉力之和基本相当时,记录相关试 验数据,并对全部数据进行分析论证,完成跑合试验全部内容。
[0025] 其中安装附属构件包括:安装J3段内部隔热门埋件设施,安装调试伸缩缝处密封 节结构,安装J2段相关除湿降温系统与隔热岩棉;将小箱梁与J2段进行固定,拆除小箱梁 与固定端的连接,再进行防腐处理。
[0026] 由于采用了上述方法,通过桥梁刚性铰的预拼组装,可对各个构件进行制造以及 预拼装,为消除部分焊接残余应力,保证精加工后的小箱梁外形精度,需对装焊完成后的单 个小箱梁做消应处理。消应选用振动消应的处理方式,要求消除的残余应力不小于30%;其 中刚性铰跑合试验的主要目的是验证刚性铰构造加工制造的精度以及专用支座的使用性 能,为确保刚性铰跑合试验顺利实施,全面验证刚性铰构造加工与制造满足设计使用要求, 跑合试验应分步实施为小箱梁进行往返空载跑合试验、单幅固定端大箱梁空载跑合试验、 双幅固定端大箱梁联动空载跑合试验、单幅固定端大箱梁负载跑合试验以及双幅固定端大 箱梁联动负载跑合试验,再经过跑合试验后,再在刚性铰内再进一步完善各个附属构件的 安装,从而能够形成完整的刚性铰,使得该刚性铰能够直接运用和安装到桥梁上使用,保证 刚性铰的使用安全可靠。
[0027] 本发明的桥梁刚性铰的安装方法,步骤2中,J2梁段吊装前准备包括:步骤①采 用Z5#、Z6#桥塔上的桥面吊机分别对Jl、J3梁段进行吊装,完成Jl、J3梁段的精匹配,再 安装临时横梁安装,同时进行J1、J3梁段的永久横梁安装,然后对J1、J3梁段进行全断面焊 接;步骤②焊接完成后,对12#拉索进行一张,同时桥面吊机前移9m锚固就位,根据合龙要 求,再对Z5#、Z6#塔的12#拉索进行超/放二张;步骤③Jl、J3梁段完成二张后,检测J1、 J3梁段间的合龙口宽度、轴线偏差,可通过交叉对拉装置进行合龙轴线调整;步骤④在Z5# 塔边跨侧永久压重、中跨侧单幅临时压重安装的同时,进行Z6#塔边跨侧永久压重、中跨侧 临时压重的安装。
[0028] 本发明中,Z5-Z6主跨刚性铰包含J1、J2、J3三个梁段。其中J1、J3分别在南、北 侧对称悬拼完成,当Z5、Z6索塔各自12对梁段全部悬拼安装完成后,开始刚性铰J2梁段的 安装。本发明中的J2合龙梁段的吊装重量大,需要通过压重进行调整;另外,刚性铰的安装 精度取决于Jl梁段的安装精度(轴线精度),需通过Jl梁段精度控制保证刚性铰四个小 箱梁与轴线的平行性。因此考虑在进行刚性铰Jl、J3梁段安装前应对11#左右幅梁段的 相对轴偏进行加强控制(拟考虑各梁段轴偏在±lcm以内规范允许条件下,左右幅相对轴 偏控制在± 2cm以内,且须确保两幅梁段轴线平行),在11#块梁段完成精匹配及临时码板 焊接完成后,采用简易门架进行11#块梁段临时横梁的安装以控制左右幅梁段间的相对轴 偏,临时横梁安装完成后方可进行10#~11#块梁段间的环缝焊接。吊装刚性铰Jl、J3梁 段,完成Jl、J3梁段精匹配(各梁段轴偏在±Icm以内,左右幅梁段相对轴偏控制在± 5mm 以内,且须确保两幅梁段轴线平行)并焊接临时码板,然后采用简易门架进行Jl、J3梁段的 临时横梁安装;再通过步骤1中的各个步骤,从而实现J2梁段吊装前,做好Jl、J3梁段的准 备工作,从而为后续J2梁段的吊装做好准备,确保吊装的安全可靠,使得整个桥梁刚性铰 的施工顺利完成。
[0029] 本发明的桥梁刚性铰的安装方法,步骤2中,J2梁段吊装前准备的过程中,步骤 ①需控制各梁段轴偏在±Icm内,左右幅相对轴偏控制在±5mm以内,保证左右幅轴线平 行;若横幅间距不足,则采用千斤顶对临时横梁进行顶推调节,顶推时的单个临时横梁顶推 力< 120t;步骤④中Z5#塔边跨侧永久压重为160t/幅、中跨侧临时压重为20t单幅,Z6# 塔边跨侧永久压重为240t/幅、中跨侧临时压重为20t单幅。
[0030] 本发明中刚性铰的安装精度取决于Jl梁段的安装精度(轴线精度),因此需通过 Jl梁段精度控制保证刚性铰四个小箱梁与轴线的平行性,因此在吊装前的准备工作中,需 要严格控制各梁段轴偏以及相对走偏差,确保左右幅轴线平行,J2合龙梁段的吊装重量大, 因此需要通过压重进行调整,所以对于临时压重以及永久压重的重量需要严格控制,由于 小箱梁的一端是固定连接于Jl梁段上,因此根据小箱梁的重量,需严格控制Jl、J2梁段压 重的重量,确保吊装过程中,以及使用过程中的安全可靠。
[0031] 本发明的桥梁刚性铰的安装方法,步骤4中,J2梁段吊装过程包括:步骤①Z5#、 Z6#塔的两侧桥面吊机共同进行分幅对称同步抬吊J2梁段,抬吊过程需确保J2梁段水平, 同时需对Z5#、Z6#的中跨侧临时压重进行同步卸载;步骤②J2梁段上升过程中,通过测线 装置上测绳的长度,判断J2梁段两端的水平,若长度差超过50cm时停止起吊,并进行水平 调整;步骤③当J2梁段起吊至距钢箱梁0. 5m高度时,停机观测,确保J2梁段端部与Jl梁 段之间间距为IOcm;步骤④在规定温度和时间重新起升,将J2梁段进入预定龙口位置,并 调整轴线、标高,对J3的合龙缝宽度进行精匹配至3-5cm,控制左右幅梁段相对轴线偏差在 ± 2mm内。
[0032] 由于单幅刚性铰重量达402. 5t,4个吊点进行抬吊,单个吊点吊重超过100t,远大 于以往标准梁段单个吊点最大60t的吊重,对抬吊吊机吊具及钢箱梁临时吊点结构安全考 验性,因此在吊装过程中,需要分幅对称同步抬吊J2梁段,且对Z5#、Z6#的中跨侧临时压重 进行同步卸载;由于J2梁段吊装时,顺桥向距J1、J3梁段只有IOcm的理论富余值,所以尽 量考虑选择温度较低的天气进行吊装,最终合龙将根据合龙口的监测情况,因此为了避免 热胀冷缩对整个施工的影响,需要选择温度较低的天气进行吊装进入合龙口,在吊装时,当 J2梁段起吊至距钢箱梁0. 5m高度时,确保J2梁段端部与Jl梁段之间间距为10cm,才能保 证J2梁段顺利地吊入到合龙口中;当J2梁段进入预定龙口位置后,需要对J3的合龙缝宽 度进行精匹配至3-5cm,控制左右幅梁段相对轴线偏差在±2_内,才能确保J2梁段与Jl 梁段之间相互对齐,确保J2梁段小箱梁与Jl梁段固定端的连接为零误差连接,从而完成刚 性铰的核心工作J2梁段小箱梁工地连接的完成,确保刚性铰的安装精度。
[0033] 本发明的桥梁刚性铰的安装方法,步骤4中,步骤①的J2梁段同步起吊控制包 括:在J1、J3梁段的中轴线处布置测线装置,测线装置的线头点焊于对应的J2梁段中线处, 待J2梁段起吊离船40cm且J2梁段处于水平状态时,测线开始记录,每上升2分钟后观察 Jl、J3两端测绳长度;当J2梁段全部起升离船IOcm后停止起吊,记录各台吊吊机称重系统 吨位,当单台桥面吊机吨位变化量超过12t时停止起吊。
[0034] 本发明的桥梁刚性铰的安装方法,J2梁段吊装前,在Z5#、Z6#塔的塔边跨施加永 久压重的80%,且在Z5#、Z6#塔的中跨侧施加20吨单幅临时压重;在J2梁段起吊离船过 程中,施加另外20%永久压重,同时卸除中跨侧的20吨单幅临时压重;控制Z5#、Z6#塔的 中跨侧两台吊机在钢箱梁顶面吊点间高差为50cm内,并对J2梁段起吊过程进行控制。
[0035] 通过上述方法,主要解决了问题是:由于J2梁段重量过大,必须采取Z5#塔、Z6# 塔桥面吊机抬吊的方式进行起吊,这对起吊的同步性提出了非常高的要求,而Z5塔、Z6塔 中跨侧的吊机型号尤其是提升速度又不完全相同,本发明就是对起吊过程中的不同步工况 进行控制,得以保证刚性铰合龙段起吊过程中结构的安全。本发明综合考虑各个因素,确定 了所需配重最少,调索量最少,主梁应力满足规范要求,塔偏在限制范围内并最少偏位,同 时要易于施工的方案,对Z5#塔、Z6#塔边跨侧压重及相关索力进行了一定的调整和优化, 制定了可行的监控方案;同时保证了刚性铰离船后起吊过程中的同步性,经过分析发现在 双幅偏载50吨的情况下,钢箱梁、索塔及斜拉索都能保证安全,保证吊点的安全及施工的 可操作性。
[0036] 本发明的桥梁刚性铰的安装方法,在Jl、J2梁段间安装临时锁定桁架,J2、J3梁 段间焊接临时码板,然后解除J2梁段内大箱梁与小箱梁的临时锁定,将小箱梁由手拉萌芦 向Jl梁段内小箱梁固定端靠拢,且将J2梁段的大箱梁与小箱梁进行调整对接,对齐小箱梁 四个定位销孔插打小箱梁定位销;初拧工装螺栓将小箱梁工地接头临时锁定,对J2梁段的 空中姿态进行微调,对小箱梁固定端的对接面内部和外部四周的密贴性进行检查,确保小 箱梁固定端的端面与Jl梁段对接端面平行,终拧单幅J2梁段内两个小箱梁的工装螺栓,锁 定小箱梁工地接头;
[0037] 实施Jl梁段、J2梁段及小箱梁永久螺栓的安装,具体施工步骤为:a.从中央顺序 向外初拧、复拧未安装工装螺栓螺栓孔的永久高强螺栓;b.拆除工装螺栓,替换为对应位 置的永久高强螺栓,实施初拧和复拧;c.终拧全部高强螺栓。高强螺栓的拧紧顺序应从刚 度大的外缘向不受约束的内缘进行。小箱梁端头四个定位销在小箱梁接头螺栓安装到位后 留在原位,不拆除。
[0038] 通过上述方法,当小箱梁与Jl梁段之间基本到位后,要求小箱梁栓接面密贴度达 到70%以上,可确保小箱梁与Jl梁段之间的精密连接,J2梁段小箱梁与Jl梁段固定端的 连接为零误差连接。
[0039] 本发明的桥梁刚性铰的安装方法,步骤6中,J2、J3梁段合龙缝强制调位,焊接临 时码板,进行全断面焊接机U肋安装;步骤6中,对Z5#、Z6#塔的12#拉索进行恢复理论二 张索长,然后安装J2梁段的伸缩缝封板位于风嘴腹板处的剩余部分板件及其余附属设施, 同时拆除临时设施,调节小箱梁支座。
[0040] 当小箱梁与Jl梁段安装完成后,需要将J2、J3梁段相互进行工地连接,同时需要 将12#拉索进行恢复理论二张索长,使桥面达到预设要求,便于后期的使用,确保使用安全 可靠。
[0041] 综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
[0042] 1、本发明的桥梁刚性铰的安装方法,操作简便,施工难度小,对水环境影响小,成 本低廉;
[0043] 2、本发明的桥梁刚性铰的安装方法,能够准确无误地安装刚性铰及其部件,使得 刚性铰以及桥梁的结构稳定,保证使用的安全可靠,且寿命长久,较小维修维护成本。
附图说明
[0044] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
[0045]图1是本发明中刚性铰的结构示意图;
[0046] 图2是本发明中刚性铰桥梁合龙配重总体布置图;
[0047] 图3是本发明中起吊J2梁段时测绳装置的示意图;
[0048] 图4是本发明中刚性铰吊装合龙口的示意图;
[0049] 图5是本发明中J2梁段进入合龙口后的示意图。
[0050] 图中标记:1-小箱梁、2-小箱梁临时锁定、3-合龙口临时锁定桁架、4-伸缩缝封 板、5-吊钩、6-小箱梁接头、7-密封装置、8-隔热板、9-梁段分界线、10-降温空调、11-刚 性铰支座、12-伸缩缝盖板、13-阻尼器、X-斜拉索、L-临时压重、G-永久压重、S-测线绳、 Jl-固定端大箱梁、J2-滑动端大箱梁、J3-检修区大箱梁、K-伸缩缝。
具体实施方式
[0051] 本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥 的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
[0052] 本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征,除非特别叙 述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0053] 本发明中的桥梁,采用分幅六塔斜拉式结构,它主要有两幅主梁,其中两幅主梁 在全桥的跨中处断开形成伸缩缝,使主梁分为两联,每联均为三塔斜拉桥,在伸缩缝内设置 刚性铰将两联主梁进行连接。所述主梁被分为两联,分别是固定端箱梁与滑动端箱梁,所述 刚性铰由小箱梁的一端固定于固定端箱梁内,另一端套于滑动端箱梁内,可沿滑动端箱梁 的轴线方向自由移动形成,所述伸缩缝为固定端箱梁与滑动端箱梁之间相距而成。所述小 箱梁的一端通过固定端箱梁内的横隔板与固定端箱梁固定;另一端伸入到滑动端箱梁内, 且在小箱梁外设置至少两组支座,在每组支座外套有两横隔板,该横隔板之间通过纵隔板 形成网格状与滑动端箱梁固定,使小箱梁可相对于支座和横隔板,沿滑动端箱梁的轴线方 向自由移动。其中Z5-Z6中主跨刚性铰包含包括固定端大箱梁Jl段、滑动端大箱梁J2段、 检修区大箱梁J3段以及小箱梁。每个梁段均包含左右两幅箱梁和一个箱形横梁。Jl段包 括小箱梁固定端箱形横梁等构造;J2段包括小箱梁、外套大箱梁、箱形横梁等构造;小箱梁 检修区位于J3段。Jl和J3段的单幅梁段两侧腹板还设有斜拉索锚箱,J2段作为Z5和Z6 塔之间的合龙梁段。其中1〇#、11#、12#拉索分别为桥梁中断的Z5、Z6塔处的拉索。
[0054] 小箱梁底部设有导轨,J2、J3段底板设有滚轮,滚轮具有升降调节功能。在正常运 营阶段允许将小箱梁固定端接头高强螺栓拆除,将滚轮升起与小箱梁梁底轨道贴紧,然后 将小箱梁沿着导轨牵引至J3段区域对刚性铰各部位进行彻底维修,维修完毕后再将小箱 梁沿着导轨推回原位与小箱梁固定端栓接。J2段在风嘴四周及箱梁底板上设置伸缩缝封 板,提供刚性铰外部维修养护的工作平台,同时保证刚性铰处钢箱梁外表面的流线形,提高 结构的抗风性能。
[0055] 外部大箱梁通过横隔板,在小箱梁两端提供与外侧大箱梁接触的支点,通过这些 支点,约束刚性铰位置主梁的竖向弯矩和剪切、侧向弯矩和剪切以及扭转变形,将主梁的弯 矩、扭转和剪切受力转换为小箱梁和外侧大箱梁之间的支反力。刚性铰构造主要的基本组 成为:小箱梁、小箱梁固定端、外套大箱梁、竖向及侧向支座。
[0056] 如图1至图5所示,本发明的桥梁刚性铰的安装方法,它包括以下步骤:
[0057] 步骤1、制造桥梁刚性铰各构件,包括固定端大箱梁Jl段、滑动端大箱梁J2段、检 修区大箱梁J3段以及小箱梁,并在工厂进行预拼组装、跑合试验以及安装附属构件;
[0058] 其中桥梁刚性铰的预拼组装包括:
[0059] 对Jl段、J2段和J3段采用匹配总成的方式装焊;对小箱梁进行装焊,再对小箱梁 整体进行振动消应,消除30%以上的残余应力,再进行精加工;在J2段内预置小箱梁专用 阻尼器;
[0060] 其中,跑合试验包括:
[0061] (1)设置专用跑合试验支撑与驱动系统,转运并调整J2段与J3段,安装J3段内部 检修驱动装置;
[0062] (2)转运小箱梁,将刚性铰支座安装在小箱梁上,随小箱梁一起被运送到J2段内 部初定位,启动检修驱动装置,带动小箱梁在J2段内往返移动,确定轨道系统与检修驱动 装置的设置满足使用要求;
[0063] (3)精确测量调整四个小箱梁,确认中心轴线的平行度,通过由下向上调节各个专 用支座完成安装后,再启动检修驱动装置,逐个对小箱梁进行往返空载跑合试验,并记录 试验结果;
[0064] (4)将Jl段转运定位,预置密封节,安装跑合试验用驱动油缸,启动驱动油缸,分 别驱动Jl段的左右幅大箱梁固定端,进行单幅固定端大箱梁空载跑合试验,记录滑动时驱 动力的大小;
[0065] (5)采用临时连接件连接Jl段的左右幅大箱梁与横梁,形成完整的刚性铰Jl段, 再次启动驱动油缸,同步Jl段的滑动左右幅大箱梁,进行双幅固定端大箱梁联动空载跑合 试验,记录滑动时的驱动力后,将左右幅大箱梁与横梁间的临时连接拆除;
[0066] (6)滑动J2段内的小箱梁,使小箱梁的栓接面与Jl段固定端的栓接面密贴,在螺 栓固定合格后,启动驱动油缸,驱动单幅Jl段连同相连的两个小箱梁段同步滑动,进行单 幅固定端大箱梁负载跑合试验,记录此时单幅节段负载跑合试验时所需的推拉力;
[0067] (7)单幅固定端大箱梁负载跑合试验之后,再次安装横梁与临时横撑,并将临时横 撑还原至双幅固定端大箱梁联动空载跑合试验时的状态,复测各个节段纵桥向中心轴线 以及端口定位线,启动驱动油缸,进行双幅固定端大箱梁联动负载跑合试验,当本次跑合试 验所需推拉力之和同单幅节段负载跑合试验推拉力之和基本相当时,记录相关试验数据, 并对全部数据进行分析论证,完成跑合试验全部内容。
[0068] 其中安装附属构件包括:
[0069] 安装J3段内部隔热门埋件设施,安装调试伸缩缝处密封节结构,安装J2段相关除 湿降温系统与隔热岩棉;将小箱梁与J2段进行固定,拆除小箱梁与固定端的连接,再进行 防腐处理。
[0070] 步骤2、拆分刚性铰并运抵现场,对桥梁的Jl、J3段进行安装并调整到位,完成J2 段的吊装前准备,其中J2段吊装前准备包括:步骤①采用Z5#、Z6#桥塔上的桥面吊机分别 对Jl、J3段进行吊装,完成Jl、J3段的精匹配,再安装临时横梁安装,同时进行Jl、J3段的 永久横梁安装,然后对Jl、J3段进行全断面焊接,需控制各梁段轴偏在±Icm内,左右幅相 对轴偏控制在±5mm以内,保证左右幅轴线平行;若横幅间距不足,则采用千斤顶对临时横 梁进行顶推调节,顶推时的单个临时横梁顶推力< 120t;步骤②焊接完成后,对12#拉索进 行一张,同时桥面吊机前移9m锚固就位,根据合龙要求,再对Z5#、Z6#塔的12#拉索进行超 /放二张;步骤③J1、J3段完成二张后,检测J1、J3段间的合龙口宽度、轴线偏差,可通过交 叉对拉装置进行合龙轴线调整;步骤④在Z5#塔边跨侧永久压重为160t/幅、中跨侧临时压 重为20t单幅安装的同时,进行Z6#塔边跨侧永久压重为240t/幅、中跨侧临时压重为20t 单幅的安装;
[0071] 步骤3、将小箱梁临时锁定于J2类端梁内,运抵现场;
[0072] 步骤4、将J2段左右幅同步起吊到位,使J2段进入J1、J3段之间的预定龙口位置, 并调整轴线、标高及合龙缝;J2段吊装过程包括:步骤①Z5#、Z6#塔的两侧桥面吊机共同进 行分幅对称同步抬吊J2段,抬吊过程需确保J2段水平,同时需对Z5#、Z6#的中跨侧临时压 重进行同步卸载;在Jl、J3段的中轴线处布置测线装置,测线装置的线头点焊于对应的J2 段中线处,待J2段起吊离船40cm且J2段处于水平状态时,测线开始记录,每上升2分钟后 观察Jl、J3两端测绳长度;当J2段全部起升离船IOcm后停止起吊,记录各台吊吊机称重系 统吨位,当单台桥面吊机吨位变化量超过12t时停止起吊;步骤②J2段上升过程中,通过测 线装置上测绳的长度,判断J2段两端的水平,若长度差超过50cm时停止起吊,并进行水平 调整;步骤③当J2段起吊至距钢箱梁0. 5m高度时,停机观测,确保J2段端部与Jl段之间 间距为IOcm;步骤④在规定温度和时间重新起升,将J2段进入预定龙口位置,并调整轴线、 标高,对J3的合龙缝宽度进行精匹配至3-5cm,控制左右幅段相对轴线偏差在±2mm内。
[0073] 在J2梁段吊装前,在Z5#、Z6#塔的塔边跨施加永久压重的80%,且在Z5#、Z6#塔 的中跨侧施加20吨单幅临时压重;在J2梁段起吊离船过程中,施加另外20%永久压重,同 时卸除中跨侧的20吨单幅临时压重;控制Z5#、Z6#塔的中跨侧两台吊机在钢箱梁顶面吊点 间高差为50cm内,并对J2梁段起吊过程进行控制。
[0074] 从刚性铰合龙过程来分析,就必须保证J2梁段起吊前、后和起吊过程中结构的安 全。刚性铰起吊前、后的偏载控制主要是研宄刚性铰J2梁段起吊前、后的压重方案,包括何 时进行压重及其压重量的确定。
[0075] 由于单幅刚性铰J2梁段的实际称重为408吨,比设计图纸中的375吨偏重33吨, 且单幅伸缩缝重量为120吨左右,也比预计的重量偏重,因此必须对Z5塔、Z6塔边跨侧压 重及相关索力进行了一定的调整和优化,制定可行的监控方案。优化后的Z5#塔、Z6#塔边 跨侧单幅压重量分别为160吨和240吨。
[0076] 为确定出刚性铰J2梁段吊装前、后合理的压重方案,经过分析拟定出以下几种具 有代表性的备选方案:
[0077] •方案I:Z5#塔、Z6#塔边跨永久压重在刚性铰起吊前不施加,而在刚性铰起吊后 一次性施加;
[0078]•方案2 :起吊刚性铰前将Z5#塔、Z6#塔边跨永久压重一次性施加,之后再起吊刚 性铰;
[0079]•方案3 :起吊刚性铰前在Z5#塔、Z6#塔边跨施加永久压重的一半,在刚性铰起吊 离船过程中施加另外一半;
[0080] •方案4 :起吊刚性铰前在Z5#塔、Z6#塔边跨施加永久压重的80%,且在Z5、Z6 塔中跨侧施加20吨(单幅)临时压重,在刚性铰起吊离船过程中施加另外20%永久压重, 同时卸除中跨侧的20吨(单幅)临时压重。
[0081] 为了从以上几种备选方案中确定出最优方案,经过有限元仿真计算,对各种方案 条件下,刚性铰起吊前、刚性铰起吊时及刚性铰起吊后共3个阶段结构的主梁应力、Z5#塔 和Z6塔#的塔偏、Z5#塔和Z6#塔的应力、Z5#塔和Z6#塔的拉索应力进行对比分析,从结 构响应的角度对各种方案的优劣进行比较,同时,对各种方案的施工可行性及施工风险也 进行对比分析,以下给出具体的对比结果。
[0082] 刚性铰起吊前
[0083] 主梁应力:起吊刚性铰前,不同方案对应的Z5#塔、Z6#塔钢箱梁应力有一定的差 异,方案1与方案2的差异最大,上缘应力最大相差20MPa,出现在Z6#塔中跨侧塔周附近, 下缘应力最大相差30MPa,出现在Z6#塔边跨9#梁段附近。这是因为方案1在刚性铰起吊 前未在Z5#塔、Z6#塔边跨侧施加任何压重,而方案二在刚性铰起吊前将所有压重一次性施 加,因此,方案1的Z5#塔、Z6#塔边跨钢箱梁上缘应力比方案2的大,而方案1的下缘应力 比方案2的小。但钢箱梁的总体应力水平很低,不超过60MPa,因此,仅就钢箱梁应力来说, 这几种方案都是可行的。
[0084] 索塔应力:起吊刚性铰前,不同方案对应的Z5#塔、Z6#塔塔柱应力有一定的差异, 方案1与方案2的差异最大,这是因为方案1在刚性铰起吊前未在Z5#塔、Z6#塔边跨侧施 加任何压重,而方案2在刚性铰起吊前将所有压重一次性施加,方案2导致结构出现大偏载 工况。另外,由于Z6#塔边跨侧永久压重量比Z5#塔大,因此Z6#塔的应力差异比Z5#塔 的大。Z6#塔上缘应力最大相差4. 6MPa,下缘应力最大相差4. 4MPa,均出现在Z6塔标高为 52. 17m处。从应力图中可见,虽然各种方案条件下塔柱均处于压应力状态,但方案2对应的 Z6#塔标高为38. 5m位置附近的下缘压应力已不足0. 5MPa,从结构安全角度考虑,方案二不 可行,其他方案均可行。
[0085]斜拉索应力:起吊刚性铰前,因为方案2~方案4在起吊刚性铰前,在Z5#塔和Z6# 塔边跨侧均不同程度地施加了配重,因此这3个方案对应的Z5#塔、Z6#塔边跨侧10#~ 12#拉索的应力均比方案1大,且拉索应力的大小与各方案施加的压重大小成正比例关系, 即方案2最大,方案4次之,方案3最小。但4种方案对应的拉索应力均不超过500MPa,应 力水平较低,因此,从斜拉索应力角度而言,4种方案均可行。
[0086] 刚性铰起吊时
[0087] 主梁应力:起吊刚性铰时,起吊刚性铰时各方案对应的Z5#塔、Z6#塔边跨钢箱梁 下缘应力有较明显的差异,方案1和方案2的差异最大。这仍然是因为这两种方案对应的 Z5#塔、Z6#塔边跨压重差异最大,由于方案1未施加压重,因此方案1对应的箱梁下缘压应 力偏小。但钢箱梁的总体应力水平均不超过60MPa,应力水平较低,因此,从钢箱梁安全的角 度来看,这四种方案都是可行的。
[0088] 索塔应力:起吊刚性铰时,各方案对应的Z5#塔、Z6#塔应力有较明显的差异,方案 1与方案2差异最大。除方案1对应的Z6#塔47. 2m标高位置下缘出现I.OMPa的拉应力 外,其他各方案对应的Z5#塔、Z6#塔均处于全截面受压状态,因此,从塔柱应力角度分析, 方案1不可行,其他方案均可行。
[0089]斜拉索应力:起吊刚性铰时,各方案对应的Z5#塔、Z6#塔斜拉索应力规律与起吊 刚性铰前基本一致,斜拉索应力水平均较低,因此,从斜拉索应力安全角度而言,四种方案 均可行。
[0090] 刚性铰起吊后
[0091] 主梁应力:在起吊刚性铰并完成各方案的压重后,各方案对应的Z5#塔、Z6#塔钢 箱梁应力、塔柱应力及斜拉索应力均相同,这是因为:弹性结构体系,在未含有体系转换的 条件下,结构最终的内力状态与加载顺序无关。
[0092]塔偏比较:各方案对应的刚性铰起吊前、起吊时和起吊后的Z5#塔、Z6#塔塔偏数 值列于表1。
[0093] 表IZ5#塔和Z6#塔塔偏单位:mm
[0094]
Figure CN103410094BD00161
[0096] 各种方案对应的刚性铰起吊后塔偏完全一致,但刚性铰起吊前、起吊时对应的塔 偏有较明显的差异,方案1与方案2的差异最为明显。其中,方案1对应的Z5#塔、Z6#塔 塔偏最大值出现在刚性铰起吊前,分别达到-l〇5mm和123mm;方案2对应的Z5#塔、Z6#塔 塔偏最大值出现在刚性铰起吊时,分别达到142mm和-196mm;方案3对应的Z5#塔、Z6#塔 塔偏最大值也出现在刚性铰起吊时,分别达到87mm和-114mm;方案4对应的Z5#塔、Z6#塔 塔偏最大值也出现在刚性铰起吊时,分别为-66mm和72_。由此可见,方案4对应的施工过 程中塔偏最大值在四种方案中最小,且按照施工过程中最大塔偏80mm进行控制时,前三种 方案均不可行,只有方案四可行。
[0097]施工难度分析:此处所讲的施工难度主要是指配重在规定时间内施加完成的难 度。方案1和方案2对应的永久压重在刚性铰起吊前或在刚性铰起吊之后施加,不存在需 要将压重快速施加完成的要求,因此施工难度较小。但方案3和方案4都是在刚性铰起吊 前施加一部分压重,剩下的压重需要在刚性铰起吊过程中施加完成,这就对压重的快速施 加提出了要求。因为方案3在刚性铰起吊时需要施加总压重的50%,即Z5#塔边跨单幅施 加80吨,而Z6#塔边跨单幅施加120吨,这在刚性铰起吊过程的40~50分钟过程中难以 完成。而方案4在刚性铰起吊时只需要施加总压重的20%,且在中跨侧有单幅20吨的临时 压重,若临时压重采用可移动的车辆荷载施加,此时,只需要在车辆上增加适量配重即可快 速完成边跨侧的配重施加工作,因此,方案4的加载施工难度相对较小,比方案3更为可行。 [0098] 最优压重施工方案:根据以上分析,将刚性铰起吊前后各压重方案的对比情况列 于表。
[0099] 表2压重方案对比
[0100]
Figure CN103410094BD00171
[0101] 由表可见,方案1和方案2因为施工过程中索塔最大塔偏超限,索塔出现拉应力或 压应力储备不足而不可行,方案3因施工过程中最大塔偏超限且剩余压重难以在刚性铰起 吊过程中快速施加完毕,因此也不可行。而方案4满足各项要求,是最优的压重施工方案, 推荐采用。
[0102] 起吊过程中的偏载控制:刚性铰J2梁段单幅重量达到408吨,采用Z5#塔和Z6# 塔中跨吊机进行抬吊,为保证结构安全,刚性铰起吊离船过程中及离船后起吊到位过程中, 需要对起吊过程的同步性进行控制。
[0103] 离船过程中的同步性可以采用分四级起吊的方式来保证,前三级单台吊机加载均 为50吨,最后一级直接起吊离船,因此,起吊离船过程中的结构安全性是有保证的。对刚性 铰起吊过程中的控制应重点关注离船后起吊过程的同步性控制。
[0104] 因为用于刚性铰抬吊的Z5#塔和Z6#塔中跨吊机的提升速度不完全一致,如果在 起吊过程中不加以控制,将导致两台吊机的吊点间出现较大高差,进而导致两台吊机分担 的荷载出现较大变化,加之吊机各吊点间荷载并非均匀分配,在吊点力较大的位置可能出 现吊点失效的危险。
[0105] 为保证刚性铰离船后起吊过程中结构的安全性,必须对可能出现的偏载状态进行 计算分析。以下给出几种可能的偏载状态:
[0106] 状态一 :Z5#塔侧双幅吊机分担的荷载较理论荷载大10吨,同时Z6#塔侧双幅吊 机分担的荷载较理论荷载小10吨;
[0107] 状态二:Z5#塔侧双幅吊机分担的荷载较理论荷载大20吨,同时Z6#塔侧双幅吊 机分担的荷载较理论荷载小20吨;
[0108] 状态三:Z5#塔侧双幅吊机分担的荷载较理论荷载大30吨,同时Z6#塔侧双幅吊 机分担的荷载较理论荷载小30吨;
[0109] 状态四:Z5#塔侧双幅吊机分担的荷载较理论荷载大50吨,同时Z6#塔侧双幅吊 机分担的荷载较理论荷载小50吨;
[0110] 为了对结构处于以上偏载工况下的结构状态进行评价,对比了以上各工况与无偏 载发生的理论对称起吊工况(状态五)的钢箱梁应力、索塔应力及塔偏、斜拉索应力等指 标。
[0111] 钢箱梁应力:起吊刚性铰过程中,不同偏载工况与理论对称起吊工况条件下Z5# 塔、Z6#塔钢箱梁应力无明显差异,且钢箱梁应力均小于60MPa,各种偏载工况对钢箱梁的 安全无明显影响。
[0112] 索塔应力:起吊刚性铰过程中,不同偏载工况与理论对称起吊工况条件下Z5#塔、 Z6#塔索塔应力无明显差异,方案4与其他方案的差异最大,但应力差别亦不超过0.5MPa, 索塔处于全截面受压状态,且最大压应力不大于7MPa,各种偏载工况对索塔的安全无明显 影响。
[0113] 索塔塔偏:起吊刚性铰过程中,不同偏载工况与理论对称起吊工况条件下Z5#塔、 Z6#塔索塔塔偏差异不大,塔偏最大差别出现在方案4与方案5之间,亦不超过20mm,索塔 塔偏最大值不超过±75mm,在施工过程塔偏最大限值80mm以内。
[0114] 斜拉索应力:起吊刚性铰过程中,不同偏载工况与理论对称起吊工况条件下Z5# 塔、Z6#塔斜拉索应力无明显差异,最大拉应力不大于550MPa,各种偏载工况对斜拉索的安 全无明显影响。
[0115] 由以上分析可以发现,上述所列四种偏载工况对结构安全无明显影响,但由于此 时吊机的吊点可能出现偏载,为保证吊点的安全,建议起吊过程中不仅从塔、梁和拉索的 安全性为保证目标,更应该保证吊点安全,因此,建议从抬吊的两台吊机起升高度差进行控 制,经与施工单位沟通,考虑到施工的可行性,以Z5塔、Z6塔中跨侧两台吊机吊点间高差 50cm为限值对刚性铰起吊过程进行控制,此时单幅最大偏载为7. 1吨,结构安全有保障。
[0116] 步骤5、在Jl、J2梁段间安装临时锁定桁架,J2、J3梁段间焊接临时码板,然后解除 J2梁段内大箱梁与小箱梁的临时锁定,将小箱梁由手拉萌芦向Jl梁段内小箱梁固定端靠 拢,且将J2梁段的大箱梁与小箱梁进行调整对接,对齐小箱梁四个定位销孔插打小箱梁定 位销;初拧工装螺栓将小箱梁工地接头临时锁定,对J2梁段的空中姿态进行微调,对小箱 梁固定端的对接面内部和外部四周的密贴性进行检查,确保小箱梁固定端的端面与Jl梁 段对接端面平行,终拧单幅J2梁段内两个小箱梁的工装螺栓,锁定小箱梁工地接头;
[0117] 实施Jl梁段、J2梁段及小箱梁永久螺栓的安装,具体施工步骤为:a.从中央顺序 向外初拧、复拧未安装工装螺栓螺栓孔的永久高强螺栓;b.拆除工装螺栓,替换为对应位 置的永久高强螺栓,实施初拧和复拧;c.终拧全部高强螺栓。高强螺栓的拧紧顺序应从刚 度大的外缘向不受约束的内缘进行。小箱梁端头四个定位销在小箱梁接头螺栓安装到位后 留在原位,不拆除。
[0118] 步骤6、对J2、J3段的合龙缝进行强制调节,临时固结并安装临时固定配件,并完 成J2、J3段的工地连接,并在J2段上安装横梁;J2、J3段合龙缝强制调位,焊接临时码板, 进行全断面焊接机U肋安装;步骤6中,对Z5#、Z6#塔的12#拉索进行恢复理论二张索长, 然后安装J2段的伸缩缝封板位于风嘴腹板处的剩余部分板件及其余附属设施,同时拆除 临时设施,调节小箱梁支座;
[0119] 步骤7、安装剩余设施及拆除临时设施,并调节小箱梁周围的刚性铰支座;
[0120] 其中步骤5和步骤6均需在起吊结束至下一个升温过程内完成;Jl段为小箱梁固 定端箱梁,J2段包括小箱梁、外套大箱梁和箱形横梁,J3段为小箱梁滑动端箱梁。
[0121] 以嘉绍大桥的刚性铰为例讲述本发明的桥梁刚性铰的安装方法,其总体安装顺 序及控制措施如下:
[0122] 措施一、考虑在进行刚性铰Jl、J3段安装前应对11#左右幅段的相对轴偏进行加 强控制(拟考虑各段轴偏在±lcm以内规范允许条件下,左右幅相对轴偏控制在±2cm以 内,且须确保两幅梁段轴线平行),在11#块梁段完成精匹配及临时码板焊接完成后,采用 简易门架进行11#块梁段临时横梁的安装以控制左右幅梁段间的相对轴偏,临时横梁安装 完成后方可进行10#~11#块梁段间的环缝焊接。为确保刚性铰梁段轴线满足精度要求, 考虑在11#块梁段开始至J2段安装过程中,对左右幅梁段相对轴线偏差进行加强控制,因 梁段在环缝焊接过程中,梁段轴线变化大且难以控制,则考虑在梁段精匹配并焊接临时码 板后,通过自制简易门架进行梁段间的临时横梁安装,待临时横梁安装完成后再进行梁段 环缝焊接,以减小箱梁梁段环缝焊接对轴线的影响。
[0123] 措施二、吊装刚性铰J1、J3段,完成J1、J3段精匹配(各梁段轴偏在±lcm以内, 左右幅梁段相对轴偏控制在±5mm以内,且须确保两幅梁段轴线平行)并焊接临时码板,然 后采用简易门架进行Jl、J3段的临时横梁安装。
[0124]措施三、在J1、J3悬臂梁段完成焊接后,进行拉索一张、桥面吊机前移9m锚固就位 (前移前须完成吊机吊具改造),然后根据监控指令,进行Z5、Z6#塔12#索超(放)二张。
[0125]措施四、J1、J3段完成二张后,检测J1、J3段间的合龙口质量,包括合龙口宽度,轴 线偏差等,如有需要,采用合龙口交叉对拉装置进行调整,使合龙口轴线满足刚性铰J2段 安装要求。
[0126]措施五、根据监控要求,进行Z5#塔边跨侧160t/幅永久压重及中跨侧20t单幅临 时压重;进行Z6#塔边跨侧240t/幅永久压重及中跨侧20t单幅临时压重的安装。
[0127]措施六、准备工作就绪后,J2段段小箱梁与大箱梁装配成整体(将小箱梁在J2段 段内临时固定)后运抵现场,Z5#、Z6#塔两侧桥面吊机共同进行分幅对称同步抬吊,抬吊过 程中通过在Jl及J3梁面上设置测绳装置以控制抬吊吊机起升高度的同步性,确保起吊安 全。
[0128]其中永久横梁可采用25t汽车吊或同样采用简易门架进行安装,若横梁间距不 足,则考虑采用千斤顶对临时横梁进行顶推(J1/J3永久横梁安装时考虑顶推11#块及Jl/ J3临时横梁,J2段永久横梁安装考虑顶推J1、J3临时横梁)以调节梁段间距。顶推时,单 个临时横梁顶推力按< 120t,若顶推后效果不佳,则考虑对永久横梁进行配切。
[0129]措施七、J2段段吊装到位调整轴线及标高,安装Jl与J2段间的临时锁定桁架,然 后解除J2段小箱梁的临时锁定,将小箱梁由手拉萌芦向Jl段段小箱梁固定端靠拢。
[0130]其中刚性铰J2段吊装流程包括:
[0131]刚性铰安装准备工作完成后,选择一个温度变化不大的时间,将运梁船停靠在指 定吊装位置,抛锚定位后,南北两侧的桥面吊机同时将J2段吊起至桥面位置;然后根据进 行J2段轴线、标高及合龙缝宽度的调整,锁定J1-J2间临时合龙桁架;解开J2段内小箱梁 与外套大箱梁的临时约束,将小箱梁由5t手拉萌芦向Jl段小箱梁固定端靠拢(利用小箱 梁端头预留的小孔),并在千斤顶及手拉萌芦等辅助下通过调整J2大箱梁将其小箱梁调整 对接好,安装小箱梁固定端接头螺栓;对J2、J3段合龙缝进行强制调节并临时固结,安装临 时匹配件,完成J2、J3段的工地连接;最后安装刚性铰永久横梁、J2段之间伸缩缝封板及其 余附属设施,调节小箱梁支座吗,拆除合龙临时设施,完成合龙段施工。
[0132]具体施工步骤为:
[0133]I)、运梁船舶抵达吊装现场,吊装作业人员就位,对刚性铰J2段小箱梁临时锚固、 纵向布置位置情况进行现场检查验收以确保吊装过程中小箱梁的稳定性及小箱梁挑出长 度满足Jl、J3龙口宽度要求。
[0134] 2)、抬吊吊机吊具及测绳下放,运梁船舶根据抬吊吊具位置进行抛锚定位,当梁段 位置调整至基本满足竖直起吊状态时将吊具与梁段临时吊耳进行栓接固定,然后初步起升 抬吊吊机,确保每台抬吊吊机带劲15t,测绳带紧,记录此时测绳长度,吊装作业人员撤离, 同幅抬吊吊机对讲机转入统一频道;
[0135] 3)、起吊工作准备就绪,起吊时由专人统一指挥,按50t- 100t- 150t- 200t进 行分级起吊,起吊过程中按监控要求对Z5、Z6#墩主跨侧配重进行同步卸载,起吊过程中确 保梁段水平提升;
[0136]4)、当刚性铰全部起升离船约IOcm后停止起吊,检查吊机后锚固系统并记录各抬 吊吊机称重系统吨位(按吨位进行梁段水平起升的控制条件之一)。确认正常后继续起吊 至离船约I. 5m后,运梁船舶迅速开离现场;
[0137] 5)、在起吊过程中,应时刻注意各抬吊吊机称重系统吨位变化,以起初记录的吨位 进行严格控制,且每起升2分钟进行汇报Jl、J3两端测绳长度,当长度差值超过50cm后停 止起吊,进行水平度调整后再进行起吊,以控制J2梁段保持水平提升,避免单端抬吊吊机 受力过大。
[0138] 6)、当J2梁段段起吊至距钢箱梁0. 5m高度左右,停止起吊待机进行观测。
[0139] 7)、在规定的温度和时间重新起升并通过手拉萌芦及吊机变幅调整J2梁段位置, 使梁段顺利进入预定龙口位置,随后根据监控要求,采用桥面吊机、手拉萌芦、千斤顶等设 备进行梁段轴线、标高及合龙缝长度的调整。
[0140]8)、当梁段完成调位后,立即对J1、J2合龙端口进行临时桁架锁定。其中J1、J2合 龙端口锁定装置采用型钢梁,布置在箱梁两侧的腹板位置。
[0141]措施八、小箱梁基本就位后,通过千斤顶、手拉萌芦等设施进行J2梁段微调,除J2 梁段的整体调节满足线形要求外,在小箱梁安装过程,可通过小箱梁周围的刚性铰专用支 座进行微调。侧向刚性铰支座通过腰圆形螺栓孔实现-IOmm~20mm的调节能力,顶底板专 用支座可通过楔形板实现-3mm~IOmm的高度调节能力。可采用千斤顶将小箱梁顶起,进 行专用支座的微调。以达到对J2梁段小箱梁精确调整对位的目的(使小箱梁栓接面密贴 度达75%以上),最后完成小箱梁的调位并插打定位销施拧高强螺栓。
[0142] 刚性铰Jl、J2小箱梁栓接,先对齐小箱梁四个定位销孔,插打小箱梁定位销,然后 按照高强螺栓的施工要求进行小箱梁固定端接头高栓的初拧、复拧、终拧。高强螺栓的拧紧 顺序应从刚度大的外缘向不受约束的内缘进行,小箱梁端头四个定位销在小箱梁接头螺栓 安装到位后留在原位,不拆除。
[0143] 其中J2、Jl梁段间小箱梁完成栓接固定,根据监控要求,对J2与J3梁段进行强制 调位,临时固结并进行全断面焊接机U肋安装。焊接工作确保在日出升温之前全部完成,避 免温度升高产生较大的轴向力造成刚性铰损坏。刚性铰J2梁段施工的Jl与J2梁段栓接、 J2、J3梁段焊接两个重要步骤均在起吊完成至下一个升温过程内完成,即起吊后至第二天 天壳肖U全部完成。
[0144]措施九、小箱梁安装到位后,对J2、J3段合龙缝进行强制调节并临时固结,安装临 时匹配件,完成J2、J3段的工地连接。桥面吊机松钩,通过25t汽车吊或简易门架完成J2 梁段永久横梁安装。
[0145] 措施十、J2梁段永久横梁的安装完成后,恢复Z5/Z6#塔12#索二张索长,然后安 装J2梁段伸缩缝封板位于风嘴腹板处的剩余部分板件及其余附属设施,调节小箱梁支座, 完成J2梁段合龙施工。安装J2梁段伸缩缝封板位于风嘴腹板处的剩余部分板件,最后进 行刚性铰支座调节。
[0146] 由于J2梁段吊装时,顺桥向距J1、J3梁段只有IOcm的理论富余值,所以尽量考虑 选择温度较低的天气进行吊装。最终合龙将根据合龙口的监测情况,由监控单位确定。
[0147] 本发明的桥梁刚性铰的安装方法,其中J2梁段同步抬吊起升过程需严格控制,J2 梁段同步抬吊起升主要以测绳装置及桥面吊机称重系统两方面共同进行控制:
[0148] 测绳装置
[0149] 测绳装置考虑布置在梁段中轴线处,绳长按55m/根控制,当J2梁段随运梁伸缩缝 封板伸缩缝,船抵达现场完成抛锚就位后,桥面吊机吊具及测绳一同下放至J2梁面上,并 将测绳装置绳头板点焊在对应的J2梁段中线处,待J2梁段起吊离船40cm(梁段处于水平 状态)时,梁段测绳带紧并记录此时测绳的长度,然后随着后续梁段的起升,按每2分钟对 两侧测绳长度进行汇报,当梁段高差大于或等于50cm时,停止起吊,待调整后再继续起升。
[0150] 吊机称重系统控制
[0151] 当刚性铰全部起升离船约IOcm后(梁段保持水平)停止起吊,记录此时各台吊吊 机称重系统吨位,后续以此吨位进行严格控制,当单台桥面吊机吨位变化量超过12t时停 止起起升,分析原因后再进行起升。
[0152] 梁段起升的不同步对吊机影响
[0153] 主要考虑到梁段为实体结构而非杆系结构,当梁段两侧吊点存在高差时,梁段中 心会向高侧偏移,导致吊机各吊点受力重分配,经初步计算,因南侧吊机起升速度为1.5m/ s,北侧吊机起升速度为lm/s,当吊点高差达50cm时(南侧高),则南侧单台桥面吊机吊重 由原来的213. 5t变化为220. 6t,吨位变化7.It。
[0154] 线形控制要求
[0155] 11#块轴线控制要求
[0156] 11#梁段在考虑各梁段轴偏在±Icm以内规范允许条件下,左右幅相对轴偏控制 在±2cm以内,且左右幅箱梁轴线确保平行。
[0157]J1、J3梁段线形控制要求
[0158]Jl、J3梁段精匹配拟按各梁段轴偏在±lcm以内,左右幅梁段相对轴偏控制在 ±5mm以内,且左右幅箱梁轴线确保平行,然后进行临时横梁安装,最后进行环缝焊接J1、 J3梁段完成二张后,检测Jl、J3梁段间的合龙口质量,包括合龙口宽度,轴线偏差等,如有 需要,采用合龙口千斤顶及手拉萌芦交叉对拉装置进行调整,使合龙口轴线满足刚性铰J2 梁段安装要求。
[0159]J2梁段小箱梁线形控制要求
[0160] 小箱梁安装时,解除临时锁定装置滑移至Jl梁端内,根据螺栓的设计要求,小箱 梁固定端栓接面密贴度按不小于75%进行控制。
[0161]J2梁段小箱梁支座调整精度
[0162] 小箱梁安装可以通过刚性铰专用支座进行微调。侧向刚性铰支座通过腰圆形螺栓 孔实现-IOmm~20mm的调节能力,顶底板专用支座可通过楔形板实现-3mm~IOmm的高度 调节能力。
[0163] 刚性铰安装高程控制要求
[0164] 刚性铰梁段单幅应设置路中线及路左右三个测点,全断面共六个测点。为确保J2 梁段的顺利合龙安装,Jl、J3悬臂梁段主梁高程在匹配、拉索张拉、吊机移动就位等工况均 进行测量。以J1、J3梁段拉索最后一次张拉到位作为梁段的测量控制结果评价工况(即控 制工况)。吊装线形要求控制如下:
[0165] 1)J1、J3梁段控制工况单幅梁三个高程测点平均误差应小于悬臂长度的 ±1/4000,且不大于15mm,路左右高程相对偏差不大于5mm;
[0166] 2)Jl、J3梁段左右幅梁之间控制工况的对应点高程相对偏差不大于5mm;
[0167] 3)J1、J3梁段之间路中线及路左右测点高程控制工况相对偏差不大于10_。
[0168] 本发明主要解决了如下难题:受主桥水域水流流速、流向、水深和潮位的影响,运 梁船在桥位区停泊驻位时间短,增加了刚性铰吊装的难度。刚性铰采用2台不同型号的桥 面吊机进行抬吊,由于抬吊吊机起升速度不一致,导致刚性铰抬升过程的同步性控制难度 大,现场操作难度高。单幅刚性铰重量达402. 5t,4个吊点进行抬吊,单个吊点吊重超过 l〇〇t,远大于以往标准梁段单个吊点最大60t的吊重,对抬吊吊机吊具及钢箱梁临时吊点 结构安全考验性大。刚性铰吊装到位后,与J1、J3梁段合龙口精匹配,2台桥面吊机及手拉 萌芦等辅助设备同步调位后并完成临时锁定,调位精度要求高。刚性铰J2梁段调位完成 后,滑动小箱梁与固定端小箱梁进行栓接固定,螺栓数量多,对接精度要求高。刚性铰J2梁 段吊装时合龙口小箱梁与Jl梁段底板只有IOcm的富余宽度,J2合龙段入龙口时梁段的水 平度、对位精度要求高。本发明的桥梁刚性铰的安装方法,能够准确无误地安装刚性铰及 其部件,使得刚性铰以及桥梁的结构稳定,保证使用的安全可靠,且寿命长久,较小维修维 护成本。
[0169] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1. 桥梁刚性铰的安装方法,其特征在于:它包括以下步骤: 步骤1、制造桥梁刚性铰各构件,包括固定端大箱梁Jl段、滑动端大箱梁J2段、检修区 大箱梁J3段以及小箱梁,并在工厂进行预拼组装、跑合试验以及安装附属构件; 步骤2、将经过跑合试验的桥梁刚性铰拆离后运抵现场,将Jl段、J3段在桥梁上进行 安装并调整到位,完成J2段的吊装前准备; 步骤3、将小箱梁临时锁定于J2段内; 步骤4、将J2段左右幅同步起吊到位,使J2段进入Jl段、J3段之间的预定龙口位置, 并适当调整轴线、标高及合龙缝; 步骤5、在Jl段、J2段间安装临时锁定装置,同时解开J2段内对小箱梁的临时锁定,并 将小箱梁向Jl段固定端靠拢,小箱梁到位并微调至精确对位,将小箱梁固定端与Jl段固定 端螺栓连接; 步骤6、对J2段、J3段的合龙缝进行强制调节,临时固结并安装临时固定配件,并完成 J2段、J3段的工地连接,并在J2段上安装横梁; 步骤7、安装剩余设施及拆除临时设施,并调节小箱梁周围的刚性铰支座; 其中步骤5和步骤6均需在起吊结束至下一个升温过程内完成。
2. 如权利要求1所述的桥梁刚性铰的安装方法,其特征在于: 在步骤1中,桥梁刚性铰的预拼组装包括: 对Jl段、J2段和J3段采用匹配总成的方式装焊;对小箱梁进行装焊,再对小箱梁整体 进行振动消应,消除30%以上的残余应力,再进行精加工;在J2段内预置小箱梁专用阻尼 器; 其中,跑合试验包括: (1) 设置专用跑合试验支撑与驱动系统,转运并调整J2段与J3段,安装J3段内部检 修驱动装置; (2) 转运小箱梁,将刚性铰支座安装在小箱梁上,随小箱梁一起被运送到J2段内部初 定位,启动检修驱动装置,带动小箱梁在J2段内往返移动,确定轨道系统与检修驱动装置 的设置满足使用要求; (3) 精确测量调整四个小箱梁,确认中心轴线的平行度,通过由下向上调节各个专用支 座完成安装后,再启动检修驱动装置,逐个对小箱梁进行往返空载跑合试验,并记录试验 结果; (4) 将Jl段转运定位,预置密封节,安装跑合试验用驱动油缸,启动驱动油缸,分别驱 动Jl段的左右幅大箱梁固定端,进行单幅固定端大箱梁空载跑合试验,记录滑动时驱动力 的大小; (5) 采用临时连接件连接Jl段的左右幅大箱梁与横梁,形成完整的刚性铰Jl段,再 次启动驱动油缸,同步Jl段的滑动左右幅大箱梁,进行双幅固定端大箱梁联动空载跑合试 验,记录滑动时的驱动力后,将左右幅大箱梁与横梁间的临时连接拆除; (6) 滑动J2段内的小箱梁,使小箱梁的栓接面与Jl段固定端的栓接面密贴,在螺栓固 定合格后,启动驱动油缸,驱动单幅Jl段连同相连的两个小箱梁段同步滑动,进行单幅固 定端大箱梁负载跑合试验,记录此时单幅节段负载跑合试验时所需的推拉力; (7) 单幅固定端大箱梁负载跑合试验之后,再次安装横梁与临时横撑,并将临时横撑还 原至双幅固定端大箱梁联动空载跑合试验时的状态,复测各个节段纵桥向中心轴线以及 端口定位线,启动驱动油缸,进行双幅固定端大箱梁联动负载跑合试验,当本次跑合试验所 需推拉力之和同单幅节段负载跑合试验推拉力之和相当时,记录相关试验数据,并对全部 数据进行分析论证,完成跑合试验全部内容; 其中安装附属构件包括: 安装J3段内部隔热门埋件设施,安装调试伸缩缝处密封节结构,安装J2段相关除湿 降温系统与隔热岩棉;将小箱梁与J2段进行固定,拆除小箱梁与固定端的连接,再进行防 腐处理。
3. 如权利要求1或2所述的桥梁刚性铰的安装方法,其特征在于: 步骤2中,J2段吊装前准备包括:步骤①采用Z5#、Z6#桥塔上的桥面吊机分别对J1、 J3梁段进行吊装,完成J1、J3梁段的精匹配,再安装临时横梁,同时进行J1、J3梁段的永久 横梁安装,然后对J1、J3梁段进行全断面焊接;步骤②焊接完成后,对12#拉索进行一张,同 时桥面吊机前移9m锚固就位,根据合龙要求,再对Z5#、Z6#塔的12#拉索进行超/放二张; 步骤③J1、J3梁段完成二张后,检测J1、J3梁段间的合龙口宽度、轴线偏差,可通过交叉对 拉装置进行合龙轴线调整;步骤④在Z5#塔边跨侧永久压重、中跨侧单幅临时压重安装的 同时,进行Z6#塔边跨侧永久压重、中跨侧临时压重的安装。
4. 如权利要求3所述的桥梁刚性铰的安装方法,其特征在于: 步骤2中,J2梁段吊装前准备的过程中,步骤①需控制各梁段轴偏在± Icm内,左右幅 相对轴偏控制在±5mm以内,保证左右幅轴线平行;若横幅间距不足,则采用千斤顶对临时 横梁进行顶推调节,顶推时的单个临时横梁顶推力< 120t ;步骤④中Z5#塔边跨侧永久压 重为160t/幅、中跨侧临时压重为20t单幅,Z6#塔边跨侧永久压重为240t/幅、中跨侧临 时压重为20t单幅。
5. 如权利要求4所述的桥梁刚性铰的安装方法,其特征在于: 步骤4中,J2梁段吊装过程包括:步骤①Z5#、Z6#塔的两侧桥面吊机共同进行分幅对 称同步抬吊J2梁段,抬吊过程需确保J2梁段水平,同时需对Z5#、Z6#的中跨侧临时压重进 行同步卸载;步骤②J2梁段上升过程中,通过测线装置上测绳的长度,判断J2梁段两端的 水平,若长度差超过50cm时停止起吊,并进行水平调整;步骤③当J2梁段起吊至距钢箱梁 〇. 5m高度时,停机观测,确保J2梁段端部与Jl梁段之间间距为IOcm ;步骤④在规定温度和 时间重新起升,将J2梁段进入预定龙口位置,并调整轴线、标高,对J3的合龙缝宽度进行精 匹配至3-5cm,控制左右幅梁段相对轴线偏差在±2mm内。
6. 如权利要求5所述的桥梁刚性铰的安装方法,其特征在于: 步骤4中,步骤①的J2梁段同步起吊控制包括:在Jl、J3梁段的中轴线处布置测线装 置,测线装置的线头点焊于对应的J2梁段中线处,待J2梁段起吊离船40cm且J2梁段处于 水平状态时,测线开始记录,每上升2分钟后观察Jl、J3两端测绳长度;当J2梁段全部起 升离船IOcm后停止起吊,记录各台吊吊机称重系统吨位,当单台桥面吊机吨位变化量超过 12t时停止起吊。
7. 如权利要求6所述的桥梁刚性铰的安装方法,其特征在于: J2梁段吊装前,在Z5#、Z6#塔的塔边跨施加永久压重的80%,且在Z5#、Z6#塔的中跨侧 施加20吨单幅临时压重;在J2梁段起吊离船过程中,施加另外20%永久压重,同时卸除中 跨侧的20吨单幅临时压重;控制Z5#、Z6#塔的中跨侧两台吊机在钢箱梁顶面吊点间高差为 50cm内,并对J2梁段起吊过程进行控制。
8. 如权利要求5或6或7所述的桥梁刚性铰的安装方法,其特征在于: 步骤5中,在Jl、J2梁段间安装临时锁定桁架,J2、J3梁段间焊接临时码板,然后解除 J2梁段内大箱梁与小箱梁的临时锁定,将小箱梁由手拉萌芦向Jl梁段内小箱梁固定端靠 拢,且将J2梁段的大箱梁与小箱梁进行调整对接,对齐小箱梁四个定位销孔插打小箱梁定 位销;初拧工装螺栓将小箱梁工地接头临时锁定,对J2梁段的空中姿态进行微调,对小箱 梁固定端的对接面内部和外部四周的密贴性进行检查,确保小箱梁固定端的端面与Jl梁 段对接端面平行,终拧单幅J2梁段内两个小箱梁的工装螺栓,锁定小箱梁工地接头; 实施Jl梁段、J2梁段及小箱梁永久螺栓的安装,具体施工步骤为:a.从中央顺序向外 初拧、复拧未安装工装螺栓螺栓孔的永久高强螺栓;b.拆除工装螺栓,替换为对应位置的 永久高强螺栓,实施初拧和复拧;c.终拧全部高强螺栓,高强螺栓的拧紧顺序应从刚度大 的外缘向不受约束的内缘进行,小箱梁端头四个定位销在小箱梁接头螺栓安装到位后留在 原位,不拆除。
9. 如权利要求8所述的桥梁刚性铰的安装方法,其特征在于: 步骤6中,J2、J3梁段合龙缝强制调位,焊接临时码板,进行全断面焊接机U肋安装;步 骤6中,对Z5#、Z6#塔的12#拉索进行恢复理论二张索长,然后安装J2梁段的伸缩缝封板 位于风嘴腹板处的剩余部分板件及其余附属设施,同时拆除临时设施,调节小箱梁支座。
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