CN111254803A - 一种三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法 - Google Patents
一种三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，涉及桥梁工程领域，包含以下步骤：S1：建立成桥模型，对无索区进行倒拆分析和正装分析，得到预抬量、无应力纵坡以及无应力折角；S2：将三节无索梁段吊装至满堂支架上，并进行预抬量；S3：进行线形调整，使得位于中间的无索梁段的无应力纵坡满足要求，且任意两节无索梁段之间的无应力折角满足要求；S4：吊装一节或两节衔接梁段，安装衔接梁段的吊索，线形调整并焊接；S5：焊缝验收，拆除满堂支架，下挠并达到设计的成桥线形。本发明的无索区线形控制方法，无需反复迭代计算，且在定位好无索区中间梁段之后，可不用考虑温度的影响进行其余梁段的安装，平顺衔接无索区线形和有索区线形。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，具体为一种三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法。
背景技术
悬索桥具有跨越能力强等优点，目前绝大多悬索桥都采用单跨加劲梁的形式，相邻两节钢箱梁不直接相连，结构简单，但此种结构具有较多的伸缩缝，不利于车辆行驶，结构刚度偏低。因此在一些悬索桥施工过程中，尝试三跨连续或多跨连续的加劲梁，此种结构能够解决伸缩缝较多的问题；但是三跨连续或多跨连续的悬索桥，相对于单跨加劲梁而言，具有更长的无索区，而无索区的施工是悬索桥全桥施工过程中的一大难题。
无索区的梁段(钢箱梁节段)由于没有承力的吊索，因此在施工过程中需要考虑无索区梁段的下挠现象。现有的无索区施工方法是基于绝对高度和绝对纵坡进行调整控制，先将梁段进行悬吊，然后结合主缆线形、吊索质量以及吊索与主缆的连接角度等等参数，反复迭代计算，逐节钢箱梁吊装至理想绝对高度和理想绝对纵坡，并最终达到设计线形，施工繁杂且难度大。
在上述无索区安装过程中，由于各节梁段是基于绝对高度和绝对纵坡的安装，相互之间会彼此干扰，安装困难；同时，绝对纵坡和绝对高度受大气温度影响较大，如果现场温度与计算温度有差别或者是前一节梁段安装时的温度与后一节梁段安装时的温度存在偏差，就需要不断进行温度修正，需要耗费大量的时间，延长了施工周期长。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，无需反复迭代计算，且在定位好无索区中间梁段之后，可不用考虑温度的影响进行其余梁段的安装，平顺衔接无索区线形和有索区线形。
为达到以上目的，采取的技术方案是：一种三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，包含以下步骤：
S1：完成悬索桥的有索区梁段的吊装工作，并根据设计要求建立悬索桥的成桥模型，并对无索区进行倒拆分析和正装分析，模拟无索区施工过程，得到无索区每节梁段相对设计高度的预抬量、无索区中间梁段的无应力纵坡以及任意两个相邻梁段之间的无应力折角；所述无索区分为三节无索梁段和位于三节无索梁段端部的一节或两节衔接梁段；
S2：在无索区下方搭设满堂支架，将每个无索区的三节无索梁段吊装至满堂支架上，并对三节无索梁段抬高到各自的预抬量，将三节无索梁段临时连接；
S3：在满堂支架上对三节无索梁段进行线形调整，使得位于中间的无索梁段的无应力纵坡满足要求，且任意两节无索梁段之间的无应力折角满足要求，将三节无索梁段打码焊接成无索梁段组件；
S4：用吊装设备吊装一节或两节衔接梁段，并根据衔接梁段与无索梁段组件之间的无应力折角进行拼装，安装衔接梁段的吊索，打码焊接，吊装设备松钩；
S5：焊缝验收合格后，拆除满堂支架，各个无索区梁段发生下挠并达到设计的成桥线形。
在上述技术方案的基础上，所述无索区分为邻近主塔的第一无索区和邻近锚锭的第二无索区；
所述第一无索区包含依次连接的衔接梁段M、无索梁段B、无索梁段C、无索梁段D和衔接梁段N；
所述第二无索区包含依次连接的衔接梁段M、无索梁段B、无索梁段C和无索梁段D；所述无索梁段D搭接在锚锭上；
所述三节无索梁段包含无索梁段B、无索梁段C和无索梁段D；
先进行第一无索区的安装，再进行第二无索区的安装。
在上述技术方案的基础上，在步骤S3中，调整并使得无索梁段C的无应力纵坡满足要求，并使得无索梁段B和无索梁段C之间的无应力折角、以及无索梁段C和无索梁段D之间的无应力折角满足要求，并将无索梁段B、无索梁段C和无索梁段D焊接成无索梁段组件。
在上述技术方案的基础上，当无索区为第一无索区时，在步骤S4中，用吊装设备吊装衔接梁段M和衔接梁段N，并根据衔接梁段M与无索梁段B的无应力折角、以及无索梁段D和衔接梁段N的无应力折角进行拼装并打码焊接；
当无索区为第二无索区时，在步骤S4中，用吊装设备吊装衔接梁段M，并根据衔接梁段M与无索梁段B的无应力折角进行拼装并打码焊接。
在上述技术方案的基础上，在步骤S1中，在有限元软件中建立悬索桥的成桥模型包含以下步骤：
S11：结合实际施工尺寸，定义无索区各个梁段的自重，定义主缆、吊索和梁段的荷载，采用悬链线索单元作出主缆和吊索，采用梁单元作出主塔和梁段；
S12：采用精确平衡状态分析选项进行求解；
S13：反复调整，直到悬索桥达到设计要求的成桥模型，且悬索桥的有索区梁段与实际工况一致，并得出成桥模型，所述成桥模型包含无索区成桥线形。
在上述技术方案的基础上，步骤S1中的倒拆分析具体如下：依次拆除梁段、吊索和主缆，获得每个阶段悬索桥无吊索线形和主索鞍每个阶段的预偏量，并结合无索区成桥线形得出每个无索区梁段的预抬量。
在上述技术方案的基础上，步骤S1中的正装分析具体如下：结合悬索桥无吊索线形和主索鞍的预偏量，模拟全施工过程，考虑主塔混凝土收缩徐变、主塔及主缆的临时荷载、主索鞍分阶段顶推量和无索区梁段的预抬量，进行无索区梁段安装和吊索安装，并进行有限元计算及安装调整，吊装形成成桥模型；并在此过程中，计算出满足要求的无索梁段C的无应力纵坡，以及满足要求的衔接梁段和无索梁段B之间、无索梁段B和无索梁段C之间、无索梁段C和无索梁段D之间、无索梁段D和衔接梁段之间的无应力折角。
在上述技术方案的基础上，在步骤S5中还包含需要校验的步骤：
在无索区梁段达到设计的成桥线形后，当无索区线形与有索区平顺衔接，且跨中主缆标高、钢梁纵坡线形相对于成桥线形，收敛误差在标准规范区间内，则校验合格。
在上述技术方案的基础上，满堂支架与各个无索区梁段之间还设置有三向千斤顶；在步骤S2中，利用三向千斤顶抬高三节无索梁段。
在上述技术方案的基础上，在步骤S2中，利用缆载吊机将三节无索梁段吊装至满堂支架上；在步骤S2中，采用螺杆临时连接三节无索梁段。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，将整个计算过程前置，直接模拟计算出无索区各个梁段相对于设计高度的预抬高度，无索区中间梁段的无应力纵坡，以及相邻两个梁段之间的无应力夹角，间接减少了施工工作量，缩短了施工周期；同时，引入的无应力夹角，使得施工过程中在定位好无索区中间梁段之后，可直接根据已经计算得到的两相邻梁段的相对关系(即相邻两个梁段之间的无应力夹角)进行无索区其余梁段的施工，无需反复迭代计算，相对于始终考虑梁段相对于地面的绝对关系，降低了施工难度，能够进行更好的施工和拼装，施工更加高效。
2、本发明的无索区线形控制方法，弱化了温度对无索区安装的影响，在定位好无索区中间梁段之后，可根据计算得到的两个梁段的相对关系，不用考虑温度的影响进行其余梁段的拼装，平顺衔接无索区线形和有索区线形；相对于现有施工方法始终考虑梁段相对于地面的绝对关系，操作简便，易于控制，精度高。
附图说明
图1为三跨连续钢箱梁悬索桥四个无索区的总示意图。
图2为梁段纵坡以及相邻两个梁段之间的无应力折角示意图。
图3为第一无索区的所有无索梁段吊装后的示意图。
图4为图3的局部放大图I。
图5为无索梁段焊接后衔接梁段吊装后示意图。
图6为第二无索区的安装完成示意图。
图7为第一无索区的安装完成示意图。
附图标记：1-主缆、3-吊索、4-主索鞍、5-主塔、6-无索区、7-满堂支架、8-三向千斤顶、9-锚锭；60-第一无索区、61-第二无索区；81-衔接梁段M、82-衔接梁段N、91-无索梁段B、92-无索梁段C、93-无索梁段D、100-无索梁段组件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1和图2所示，本发明公开了一种三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，包含以下步骤：
S1：先根据设计要求完成悬索桥的有索区梁段的吊装工作，并根据设计要求用有限元软件建立悬索桥的成桥模型，并根据成桥模型对无索区6进行倒拆分析和正装分析，模拟无索区6的施工全过程；
在模拟施工的过程中，得到无索区6每节梁段相对设计高度的预抬量、位于无索区6多个梁段的中间梁段的无应力纵坡以及任意两个相邻梁段之间的无应力折角；无索区6包含三节无索梁段和位于三节无索梁段端部的一节或两节衔接梁段；
S2：在无索区6下方搭设满堂支架7，将每个无索区6的三节无索梁段依次分开吊装至满堂支架7上，并对三节无索梁段抬高到各自的预抬量(为后续下挠做准备)，将三节无索梁段临时连接，防止三节无索梁段从满堂支架7掉下去，见图3；
S3：在满堂支架7上对三节无索梁段进行线形调整，使得位于三节无索梁段中间的无索梁段的无应力纵坡满足要求，且任意两节无索梁段之间的无应力折角满足要求，将三节无索梁段打码焊接成一个整体，该整体叫做无索梁段组件100；
S4：用吊装设备吊装一节或两节衔接梁段，并根据衔接梁段与无索梁段组件100之间的无应力折角进行拼装，安装衔接梁段的吊索，打码焊接，将吊装设备松钩；
S5：焊缝验收合格后，拆除满堂支架7，各个无索区梁段发生下挠并达到设计的成桥线形，见图7。
如图2所示，无应力纵坡i％和无应力夹角a表示按照此要求设计的梁段，在下挠并合拢之后，达到设计线形并且内部无次应力。
本发明的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，将整个计算过程前置，直接模拟计算出无索区各个梁段相对于设计高度的预抬高度，无索区中间梁段的无应力纵坡，以及相邻两个梁段之间的无应力夹角，间接减少了施工工作量，缩短了施工周期；同时，引入的无应力夹角，使得施工过程中在定位好无索区中间梁段之后，可直接根据已经计算得到的两相邻梁段的相对关系(即相邻两个梁段之间的无应力夹角)进行无索区其余梁段的施工，无需反复迭代计算，相对于始终考虑梁段相对于地面的绝对关系，降低了施工难度，能够进行更好的施工和拼装，施工更加高效。
如图1、图3、图5和图6所示，在本实施例中，无索区6分为邻近主塔5的第一无索区60和邻近锚锭9的第二无索区61。第一无索区60包含依次连接的衔接梁段M81、无索梁段B91、无索梁段C92、无索梁段D93和衔接梁段N82。第二无索区61包含依次连接的衔接梁段M81、无索梁段B91、无索梁段C92和无索梁段D93；无索梁段D93搭接在锚锭9上。
三节无索梁段包含无索梁段B91、无索梁段C92和无索梁段D93。在实际施工的过程中，先进行第一无索区60的安装，再进行第二无索区61的安装。
在实际施工的过程中，在步骤S3中，调整并使得无索梁段C92的无应力纵坡满足要求，并使得无索梁段B91和无索梁段C92之间的无应力折角、以及无索梁段C92和无索梁段D93之间的无应力折角满足要求，并按照上述参数将无索梁段B91、无索梁段C92和无索梁段D93焊接成一个整体，即无索梁段组件100。
进一步地，当无索区6为第一无索区60时，在步骤S4中，用吊装设备吊装衔接梁段M81和衔接梁段N82，并根据衔接梁段M81与无索梁段B91的无应力折角、以及无索梁段D93和衔接梁段N82的无应力折角进行拼装并打码焊接。
当无索区6为第二无索区61时，在步骤S4中，用吊装设备吊装衔接梁段M81，并根据衔接梁段M81与无索梁段B91的无应力折角进行拼装并打码焊接。
进一步地，在步骤S1中，在有限元软件中建立悬索桥的成桥模型包含以下步骤：
S11：结合实际施工尺寸，定义无索区6各个梁段的自重，定义主缆1、吊索3和梁段(包含图1中的所有梁段)的荷载，采用悬链线索单元作出主缆1和吊索3，采用梁单元作出主塔5和梁段；
S12：采用精确平衡状态分析选项进行求解；
S13：反复调整，直到悬索桥达到设计要求的成桥模型，且悬索桥的有索区梁段与实际工况一致，并得出成桥模型，成桥模型包含无索区成桥线形。
在本实施例中，步骤S1中的倒拆分析具体如下：依次拆除梁段、吊索3和主缆1，获得每个阶段悬索桥无吊索线形和主索鞍4每个阶段的预偏量，并结合无索区成桥线形得出每个无索区梁段的预抬量。
进一步地，步骤S1中的正装分析具体如下：结合悬索桥无吊索线形和主索鞍4的预偏量，模拟全施工过程，考虑主塔的混凝土收缩徐变、主塔的临时荷载(主塔的塔吊)、主缆的临时荷载(主缆的猫道及跨缆吊机)、主索鞍4各个阶段的顶推量和无索区梁段的预抬量，进行无索区梁段安装和吊索3安装，并进行有限元计算及安装调整，吊装形成成桥模型。并在此过程中，计算出下挠前，满足要求的无索梁段C92的无应力纵坡、衔接梁段M81和无索梁段B91之间的无应力折角、无索梁段B91和无索梁段C92之间的无应力折角、以及无索梁段C92和无索梁段D93之间的无应力折角、以及无索梁段D93和衔接梁段M81的无应力折角。
优选地，在步骤S5中还包含需要校验的步骤：在无索区梁段达到设计的成桥线形后，当无索区线形与有索区平顺衔接，且跨中主缆标高、钢梁纵坡线形相对于成桥线形，收敛误差在标准规范区间内，则校验合格；否则，校验不合格。
如图4所示，在本实施例中，满堂支架7与各个无索区梁段之间还设置有三向千斤顶8；三向千斤顶8能够对三个方向的尺寸进行调节。在步骤S2中，利用三向千斤顶抬高三节无索梁段。在步骤S3中，用三向千斤顶将位于中间的无索梁段调节至无应力纵坡满足要求，且任意两节无索梁段之间的无应力折角调节至满足要求。
具体地，在步骤S2中，利用缆载吊机将三节无索梁段吊装至满堂支架7上；在步骤S2中，采用螺杆临时连接三节无索梁段，还可以直接采用绳索进行临时连接。
优选地，本发明的有限元软件采用MIDAS/Civil。
本发明的无索区线形控制方法，弱化了温度对无索区安装的影响，在定位好无索区中间梁段(即预抬量和无应力纵坡满足要求)之后，可根据计算得到的两个梁段的相对关系(即两个梁段之间的无应力夹角)，不用考虑温度的影响进行其余梁段的拼装，平顺衔接无索区线形和有索区线形；相对于现有施工方法始终考虑梁段相对于地面的绝对关系，弱化了温度对施工的影响，操作简便，易于控制，精度高，为悬索桥无索区线形控制提供了有效的技术支撑。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1：完成悬索桥的有索区梁段的吊装工作，并根据设计要求建立悬索桥的成桥模型，并对无索区(6)进行倒拆分析和正装分析，模拟无索区(6)施工过程，得到无索区(6)每节梁段相对设计高度的预抬量、无索区(6)中间梁段的无应力纵坡以及任意两个相邻梁段之间的无应力折角；所述无索区(6)分为三节无索梁段和位于三节无索梁段端部的一节或两节衔接梁段；
S2：在无索区(6)下方搭设满堂支架(7)，将每个无索区(6)的三节无索梁段吊装至满堂支架(7)上，并对三节无索梁段抬高到各自的预抬量，将三节无索梁段临时连接；
S3：在满堂支架(7)上对三节无索梁段进行线形调整，使得位于中间的无索梁段的无应力纵坡满足要求，且任意两节无索梁段之间的无应力折角满足要求，将三节无索梁段打码焊接成无索梁段组件(100)；
S4：用吊装设备吊装一节或两节衔接梁段，并根据衔接梁段与无索梁段组件(100)之间的无应力折角进行拼装，安装衔接梁段的吊索，打码焊接，吊装设备松钩；
S5：焊缝验收合格后，拆除满堂支架(7)，各个无索区梁段发生下挠并达到设计的成桥线形。
2.如权利要求1所述的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，其特征在于：所述无索区(6)分为邻近主塔(5)的第一无索区(60)和邻近锚锭(9)的第二无索区(61)；
所述第一无索区(60)包含依次连接的衔接梁段M(81)、无索梁段B(91)、无索梁段C(92)、无索梁段D(93)和衔接梁段N(82)；
所述第二无索区(61)包含依次连接的衔接梁段M(81)、无索梁段B(91)、无索梁段C(92)和无索梁段D(93)；所述无索梁段D(93)搭接在锚锭(9)上；
所述三节无索梁段包含无索梁段B(91)、无索梁段C(92)和无索梁段D(93)；
先进行第一无索区(60)的安装，再进行第二无索区(61)的安装。
3.如权利要求2所述的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，其特征在于：
在步骤S3中，调整并使得无索梁段C(92)的无应力纵坡满足要求，并使得无索梁段B(91)和无索梁段C(92)之间的无应力折角、以及无索梁段C(92)和无索梁段D(93)之间的无应力折角满足要求，并将无索梁段B(91)、无索梁段C(92)和无索梁段D(93)焊接成无索梁段组件(100)。
4.如权利要求3所述的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，其特征在于：
当无索区(6)为第一无索区(60)时，在步骤S4中，用吊装设备吊装衔接梁段M(81)和衔接梁段N(82)，并根据衔接梁段M(81)与无索梁段B(91)的无应力折角、以及无索梁段D(93)和衔接梁段N(82)的无应力折角进行拼装并打码焊接；
当无索区(6)为第二无索区(61)时，在步骤S4中，用吊装设备吊装衔接梁段M(81)，并根据衔接梁段M(81)与无索梁段B(91)的无应力折角进行拼装并打码焊接。
5.如权利要求3所述的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，其特征在于：
在步骤S1中，在有限元软件中建立悬索桥的成桥模型包含以下步骤：
S11：结合实际施工尺寸，定义无索区(6)各个梁段的自重，定义主缆(1)、吊索(3)和梁段的荷载，采用悬链线索单元作出主缆(1)和吊索(3)，采用梁单元作出主塔(5)和梁段；
S12：采用精确平衡状态分析选项进行求解；
S13：反复调整，直到悬索桥达到设计要求的成桥模型，且悬索桥的有索区梁段与实际工况一致，并得出成桥模型，所述成桥模型包含无索区成桥线形。
6.如权利要求5所述的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，其特征在于，步骤S1中的倒拆分析具体如下：依次拆除梁段、吊索(3)和主缆(1)，获得每个阶段悬索桥无吊索线形和主索鞍(4)每个阶段的预偏量，并结合无索区成桥线形得出每个无索区梁段的预抬量。
7.如权利要求6所述的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，其特征在于，步骤S1中的正装分析具体如下：结合悬索桥无吊索线形和主索鞍(4)的预偏量，模拟全施工过程，考虑主塔混凝土收缩徐变、主塔及主缆的临时荷载、主索鞍(4)分阶段顶推量和无索区梁段的预抬量，进行无索区梁段安装和吊索(3)安装，并进行有限元计算及安装调整，吊装形成成桥模型；并在此过程中，计算出满足要求的无索梁段C(92)的无应力纵坡，以及满足要求的衔接梁段(81)和无索梁段B(91)之间、无索梁段B(91)和无索梁段C(92)之间、无索梁段C(92)和无索梁段D(93)之间、无索梁段D(93)和衔接梁段(82)之间的无应力折角。
8.如权利要求1所述的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，其特征在于：在步骤S5中还包含需要校验的步骤：
在无索区梁段达到设计的成桥线形后，当无索区线形与有索区平顺衔接，且跨中主缆标高、钢梁纵坡线形相对于成桥线形，收敛误差在标准规范区间内，则校验合格。
9.如权利要求1-8任意一项所述的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，其特征在于：满堂支架(7)与各个无索区梁段之间还设置有三向千斤顶(8)；在步骤S2中，利用三向千斤顶抬高三节无索梁段。
10.如权利要求1-8任意一项所述的三跨连续钢箱梁悬索桥的无索区线形控制方法，其特征在于：在步骤S2中，利用缆载吊机将三节无索梁段吊装至满堂支架(7)上；在步骤S2中，采用螺杆临时连接三节无索梁段。
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