CN108004932B - 利用梁下运梁方式施工钢混组合梁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用梁下运梁方式施工钢混组合梁的方法，主要利用钢桁架对预制的钢梁单元进行连接，形成起吊设备的主梁，以代替架桥机，降低了中小跨径装配式桥梁的施工成本；配合施工时采用多排吊索安装钢梁，可以有效改善主梁施工过程中的受力状态，既可以满足钢混组合梁的安装使用需求，又可以避免增加费用，且不需要增加施工工艺，具有方法简单、施工便捷的优点，非常具有实用性，具有广阔的应用前景。

Description

利用梁下运梁方式施工钢混组合梁的方法

技术领域

本发明涉及钢混组合梁的施工，尤其是涉及一种利用梁下运梁方式施工钢混组合梁的方法。

背景技术

钢-混凝土组合梁结构是继钢结构和混凝土结构之后又一类重要结构形式，它能综合两者的各自特点，为解决超高、大跨、重载、复杂结构的特殊设计施工难题提供新的选择。

在桥梁施工方面，钢混组合梁采用预制施工，可以快速的完成桥梁结构的拼装，但是施工时需要采用架桥设备，通常采用的架桥设备为步履式架桥机等。由于架桥设备非常昂贵，在桥梁全长较大时，架桥机分摊至每一孔的费用比较合理，但是针对中小跨径的桥梁，采用架桥机设备，分摊至每孔的费用较高，极大的提高了施工成本。

在体系受力方面，钢—混凝土组合简支梁虽然能充分发挥钢材抗拉强度高和混凝土抗压强度高的优点，弥补单一材料的不足，但是由于上缘混凝土桥面板受压,下缘钢梁受拉, 组合连续梁桥的墩顶负弯矩区混凝土顶板不可避免地处于受拉状态，极易引起混凝土开裂，从而影响组合连续梁的工作性能和使用寿命。

从材料利用率上来看，采用有支架的施工方法最为理想，即在顺桥向将钢梁分成数段制作，然后将钢梁运到现场，搭设在分段处的临时支架上；相邻节段钢梁连接好后，在其上浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后，拆除临时支架，完成体系转换；最后施工桥面铺装和护栏等；组合梁承受自重、二期恒载及活载，施工结束。但是如果受施工条件限制，桥位处无法或不适合搭设支架时，常采用无支架施工方法进行施工，而传统的无支架施工的钢混组合梁在施工过程中，钢梁需承受自重、施工荷载及混凝土自重等，为满足施工要求，钢梁的刚度要求比恒载组合梁大，这对于在成桥后承受相同荷载的钢混组合梁来说，在一定程度上造成了材料的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用梁下运梁方式施工钢混组合梁的方法，该方可以有效改善主梁的受力状态，既可以满足钢混组合梁的安装使用要求，又可以减少费用投资。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的利用梁下运梁方式施工钢混组合梁的方法包括下述步骤：

第一步，基础、桥墩施工完毕；

第二步，按设计要求，预制每孔钢梁单元，并在钢梁翼缘上间隔设置多个临时吊片；

取预制好的两组钢梁单元进行拼装：顺桥向的两个钢梁单元焊接为一体，横桥向的两个钢梁单元通过中间的钢桁架连为一体；然后采用顶升设备将其顶升至吊装高度后，安装钢横梁，形成吊装设备主梁；最后安装支架和吊装绞车，并在吊装绞车的钢丝拉绳端部连接吊索，形成吊装设备；

第三步，吊装设备行走至主桥第一孔，第一孔钢梁单元运输至吊装位置，运用第二步装配好的吊装设备，采用“梁下运梁”的方式，进行钢梁单元的吊装；

第四步，第一孔钢梁单元架设就位，将吊装设备的吊装绞车上连接的吊索与钢梁单元的吊片一一对应进行连接，使吊索呈竖直状态，并将吊索力张拉至一定值后锁定；安装预制混凝土桥面板；浇注桥面板湿接缝混凝土；

第五步，待桥面板湿接缝混凝土达到设计强度后，解除吊索与钢梁单元吊片间的连接；吊装设备走至主桥第二孔，将下一孔钢梁单元运输至吊装位置；

第六步，第二孔钢梁单元吊装架设就位；将第一、二孔钢梁焊接或栓接，完成每二孔钢梁“简支变连续”的体系转换；

第七步，按第四步的方法将吊索固定后，安装跨中区预制混凝土桥面板；浇注跨中区桥面板湿接缝混凝土；

第八步，待现浇混凝土达到设计强度后，解除吊索与钢梁单元吊片间的连接；安装墩顶负弯矩区预制混凝土桥面板，浇注墩顶负弯矩区桥面板湿接缝混凝土；

第九步，重复步骤六～八，进行装配桥梁施工；施工至最后两跨时，采用顶升设备，将用作吊装设备的主梁安放到位，拆除钢横梁，然后完成简支变连续体系转换；

第十步，浇筑最后两跨湿接缝混凝土，安装墩顶负弯矩区预制混凝土桥面板，浇注墩顶负弯矩区桥面板湿接缝混凝土，桥梁架设完成。

本发明方法的每孔钢梁单元的宽度范围在30～50m之间，桥梁全长在150～200m之间。

本发明利用钢桁架对预制的钢梁单元进行连接，形成起吊设备的主梁，配合吊索安装方法，可以有效改善主梁的受力状态，既可以满足钢混组合梁的安装使用需求，又可以避免增加费用，且不需要增加施工工艺，具有方法简单、施工便捷的优点，非常具有实用性。

本发明的优点注意体现在以下几点：

1、本发明采用钢桁架连接的钢梁单元组成吊装设备以代替架桥机，降低了中小跨径装配式桥梁的施工成本；

2、施工时采用多排吊索吊装钢梁，改善了钢梁施工过程中的受力，避免了结构材料的浪费；

3、施工时，钢梁在多排吊索的均匀拉力下安装混凝土桥面板，避免了桥面板由于受力不均匀而出现受力裂缝，延长了桥梁的使用寿命。

综上，本发明施工方法降低了中小跨径桥梁施工成本，改善了施工过程中的结构受力，施工方法简单，便于实现，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1~图10是本发明实施例的具体施工步骤图。

图11是本发明所用的钢梁单元结构图。

图12是本发明施工方法中所用的吊装设备结构图。

图13a~图13f、图13a'~图13f' 为本发明方法和传统无支架施工方法的施工阶段受力对比图。

具体实施方式

下面以架设5*30m的连续组合箱梁为例，对本发明的施工方法做更加详细的说明：

第一步，施工至桥跨时，首先将基础301和桥墩302施工完毕，如图1；

第二步，按设计要求，预制每孔钢梁单元1，如图11；

拼装吊装设备：取预制好的两组（四片）钢梁单元1，顺桥向的两个钢梁单元焊接为一体，横桥向的两个钢梁单元通过中间的钢桁架2连为一体（钢桁架2的顶部与钢梁单元1的翼缘相螺接，钢桁架2的底部与钢梁单元斜腹板下部水平焊接的连接腹板1.1相连接）；然后采用顶升设备将其顶升至吊装高度后，安装钢横梁3（钢横梁3位于钢桁架2与钢梁单元1的下方），形成吊装设备主梁；最后安装支架4（支架4与钢梁单元1底部相连接，可采用临时连接的方式）和吊装绞车5（吊装绞车5活动设置在钢横梁3上，方便施工过程中横向移动），在吊装绞车5的钢丝拉绳端部连接吊索6，在吊索6的下端设置有索扣；拼装好的吊装设备如图2、图12所示；

其中，拼装吊装设备时，要保证钢桁架2与钢梁单元1之间的连接施工质量，确保连接可靠。施工前，应预先对吊装设备进行强度试验，测定其吊装重量，保证吊装施工安全；

第三步，吊装设备行走至主桥第一孔（如图3所示），第一孔钢梁单元101用第二步装配好的吊装设备，采用“梁下运梁”的方式，由运梁车7运输至吊装位置，进行钢梁单元的吊装；

第四步，待第一孔钢梁单元101安装完成后，将吊装设备的吊装绞车5上连接的吊索6下端的索扣与钢梁单元101上的吊片102一一对应进行连接，如图12、图4，使吊索呈竖直状态，并将吊索力张拉至一定值后锁定；安装预制混凝土桥面板；浇注桥面板湿接缝混凝土；如图5所示。本发明采用吊索安装混凝土桥面板，可以有效改善施工中钢梁的受力；

需要注意的时，安装吊索时，吊索拉力应通过计算确定，避免在钢梁中产生额外次应力；

第五步，待桥面板湿接缝混凝土达到设计强度后，解除吊索6与第一孔钢梁单元101吊片间的连接。吊装设备走至主桥第二孔，采用同样的施工方式将第二孔钢梁单元102运输至吊装位置并架设就位，如图6所示；

第六步，将第一、二孔钢梁单元焊接或栓接，完成每二孔钢梁“简支变连续”的体系转换；

第七步，按第四步的方法将吊索固定后，安装跨中区预制混凝土桥面板；浇注跨中区桥面板湿接缝混凝土，如图7所示；

第八步，待现浇混凝土达到设计强度后，解除吊索与钢梁单元吊片间的连接；安装墩顶负弯矩区预制混凝土桥面板，浇注墩顶负弯矩区桥面板湿接缝混凝土；

第九步，重复步骤六～八，完成桥梁1~3孔的施工，如图8所示；施工至最后两跨（4~5孔）时，吊装设备行进到位，如图9所示；采用顶升设备，将用作吊装设备的主梁安放到位，如图10所示，完成简支变连续体系转换；然后拆除钢横梁3，待钢梁变形完成后，进行纵向的焊接或栓接，然后浇筑顶板混凝土和湿接缝混凝土，完成整联桥梁的施工。

第十步，浇筑最后两跨湿接缝混凝土，安装墩顶负弯矩区预制混凝土桥面板，浇注墩顶负弯矩区桥面板湿接缝混凝土，桥梁架设完成。

在上述实施例中，施工桥梁为5*30m的连续组合箱梁，若采用架桥机设备进行钢梁的安装，因为施工跨数较少，因此费用较高，而采用本发明的吊装设备进行施工，对施工成本增加较少，施工工艺较易实现，而且可保证施工进度，具有良好的经济效益。经估算，采用本发明方法，单方混凝土施工费用可从3500元降至3350元，节省费用比例达4%。

另外，本发明中采用吊索施工的方法，有效改善了施工过程中主梁的受力情况。下面对比一孔简支梁采用吊索施工方式和传统无支架施工时，主梁跨中断面的受力情况。

其中，假定跨径为3L，3个施工阶段中结构主要承受自重荷载，且均按照均布荷载考虑，钢梁自重，混凝土桥面板荷载集度分别为Q1、Q2。采用本发明施工方法时，中间吊点设为2个，吊点间距分别为L1、L2、L3（满足L1+L2+L3=L）。

假定上述参数3L=40m，L1=L3=12m，L2=16m，Q1=11.76kN/m，Q2=10.5kN/m，主要计算结果见下表1和附图13：

表1 主要计算结果对比 (单位：MPa)

其中：图13a、图13b为本发明施工方法中钢梁单元至预定位置时的弯矩图和跨中断面应力图；图13a'、图13b'为传统无支架施工方法中钢梁单元至预定位置时的弯矩图和跨中断面应力图；

图13c、图13d为本发明施工方法中施工混凝土桥面板且未形成组合结构时的弯矩图和跨中断面应力图；图13c'、图13d'为传统无支架施工方法中施工混凝土桥面板且未形成组合结构时的弯矩图和跨中断面应力图；

图13e、图13f为本发明施工方法中形成组合结构且解除拉索与吊片的连接后组合桥面板的弯矩图和跨中断面应力图；图13e'、图13f'为传统无支架施工方法中形成组合结构后组合桥面板的弯矩图和跨中断面应力图。

图13中各参数说明如下：

一孔桥梁的跨径为3L；h1 为钢梁的形心轴高度；h2为组合梁的形心轴高度；纯 钢梁上顶面应力；纯钢梁梁下底面应力；铺设混凝土桥面板形成组合梁之前钢梁上 顶面应力；铺设混凝土桥面板形成组合梁之前钢梁梁下底面应力；混凝土上顶面的中 间受力状态，等效为荷载作用下组合梁的混凝土上顶面应力；钢梁下底面的中间受力状 态，等效为荷载作用下组合梁的钢梁下底面的应力；最终状态时混凝土的下底面应力；最终状态时钢梁的上顶面应力；对于采用传统支架施工方式的其余参数的含义可类比。

其中，上述参数满足：

上述计算结果表明：

1）采用本发明施工方法能同时改善钢梁受力，尤其在施工过程中，能大大减小其应力水平，其中跨中截面钢梁最大拉应力降低94%左右；

2）最终成桥状态下，跨中截面钢梁的最大拉应力水平较传统无支架施工的低23%左右，上缘混凝土最大压应力大55%左右，结构受力更有利。

综上，采用本发明中提供的施工方法能提高材料的利用指标，同时能改善钢梁和混凝土桥面板的受力，无需增加特殊施工工序和施工机具设备，具有施工便捷等一系列优点。

Claims (2)

1.一种利用梁下运梁方式施工钢混组合梁的方法，其特征在于：包括下述步骤：

第一步，基础、桥墩施工完毕；

第二步，按设计要求，预制每孔钢梁单元，并在钢梁翼缘上间隔设置多个临时吊片；

取预制好的两组钢梁单元进行拼装：顺桥向的两个钢梁单元焊接为一体，横桥向的两个钢梁单元通过中间的钢桁架连为一体；然后采用顶升设备将其顶升至吊装高度后，安装钢横梁，形成吊装设备主梁；最后安装支架和吊装绞车，并在吊装绞车的钢丝拉绳端部连接吊索，形成吊装设备；

第三步，吊装设备行走至主桥第一孔，第一孔钢梁单元运输至吊装位置，运用第二步装配好的吊装设备，采用“梁下运梁”的方式，进行钢梁单元的吊装；

第四步，第一孔钢梁单元架设就位，将吊装设备的吊装绞车上连接的吊索与钢梁单元的吊片一一对应进行连接，使吊索呈竖直状态，并将吊索力张拉至一定值后锁定；安装预制混凝土桥面板；浇注桥面板湿接缝混凝土；

第五步，待桥面板湿接缝混凝土达到设计强度后，解除吊索与钢梁单元吊片间的连接；吊装设备走至主桥第二孔，将下一孔钢梁单元运输至吊装位置；

第六步，第二孔钢梁单元吊装架设就位；将第一、二孔钢梁焊接或栓接，完成每二孔钢梁“简支变连续”的体系转换；

第七步，按第四步的方法将吊索固定后，安装跨中区预制混凝土桥面板；浇注跨中区桥面板湿接缝混凝土；

第八步，待现浇混凝土达到设计强度后，解除吊索与钢梁单元吊片间的连接；安装墩顶负弯矩区预制混凝土桥面板，浇注墩顶负弯矩区桥面板湿接缝混凝土；

第九步，重复步骤六～八，进行装配桥梁施工；施工至最后两跨时，采用顶升设备，将用作吊装设备的主梁安放到位，拆除钢横梁，然后完成简支变连续体系转换；

第十步，浇筑最后两跨湿接缝混凝土，安装墩顶负弯矩区预制混凝土桥面板，浇注墩顶负弯矩区桥面板湿接缝混凝土，桥梁架设完成。

2.根据权利要求1所述的利用梁下运梁方式施工钢混组合梁的方法，其特征在于：所述每孔钢梁单元的宽度范围为30～50m，桥梁全长150～200m。