CN111877168B - 一种组合斜拉桥格构式钢主梁扭转纠偏方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合斜拉桥格构式钢主梁扭转纠偏方法。所述纠偏方法包括以下步骤：S1.先完成左右两片钢主梁与前一节段钢主梁的拼接工作，然后在本节段的左右两片钢主梁上进行冲点，冲点位置为本节段钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与每一道钢横梁中轴线的相交位置；S2.在准备扭转纠偏前对上述各冲点的高程进行观测，来确定每一道钢横梁中轴线与钢主梁顶板内边缘线和外边缘线相交位置的高差；S3.交错进行钢横梁的顶升；S4.当钢主梁的内边缘线和外边缘线与每一道钢横梁中轴线相交位置的内外缘高差为零时，则钢主梁扭转纠偏完成。本发明的纠偏方法可以保证钢主梁与钢横梁能够顺利拼装。

Description

一种组合斜拉桥格构式钢主梁扭转纠偏方法
技术领域
本发明涉及一种组合斜拉桥格构式钢主梁扭转纠偏方法，尤其适用于组合梁斜拉桥格构式钢主梁采用双边箱截面形式施工中钢主梁的扭转纠偏，属于桥梁施工技术领域。
背景技术
在组合梁斜拉桥钢主梁施工中，通常采用钢主梁双悬臂节段拼装施工。每侧每个节段钢梁包含两片钢主梁、三道钢横梁、三道小纵梁的安装(图1)。
钢梁按照钢主梁——钢横梁——小纵梁的顺序进行拼装。每个一节段的施工顺序为：架梁吊机前移到位——逐次拼装节段钢主梁、钢横梁、小纵梁——挂设斜拉索，并进行斜拉索第一次张拉——架设钢主梁桥面板——索力精调——湿接缝和现浇带施工及养护——斜拉索进行第二次张拉——进行下一阶段施工。
按照上述的施工顺序进行时，由于受桥面板的自重及桥面吊机等施工临时荷载的影响导致已安装钢主梁横向发生扭转形成“内八字”(图2、图3)，这种扭转角度随桥宽的增大而增大，随临时荷载的增加而增加。
对于宽幅组合梁斜拉桥而言，新旧钢主梁的拼装使悬臂端新安装钢主梁发生相同角度大小的扭转，而钢横梁在吊装安装过程中，其栓孔群未产生相同夹角，导致钢主梁与钢横梁无法拼接，需要采取一定的方法进行处理。
发明内容
本发明旨在提供一种组合斜拉桥格构式钢主梁扭转纠偏方法，该纠偏方法可以保证钢主梁与钢横梁能够顺利拼装。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种组合斜拉桥格构式钢主梁扭转纠偏方法，采用双悬臂节段对称架设施工，每侧每个节段包括两片钢主梁和多道钢横梁架设安装；钢横梁安装在左右两片钢主梁之间；其特征在于，包括以下步骤：
S1.先完成左右两片钢主梁与前一节段钢主梁的拼接工作，然后在本节段的左右两片钢主梁上进行冲点，冲点位置为本节段钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与每一道钢横梁中轴线的相交位置，即每道钢横梁与左右两片钢主梁之间通过4个冲点连接；
S2.在准备扭转纠偏前对上述各冲点的高程进行观测，来确定每一道钢横梁中轴线与钢主梁顶板内边缘线和外边缘线相交位置的高差，此时测量数据即称为“初始高差”；其中钢主梁顶板的内边缘线和外边缘线与第一道钢横梁中轴线相交位置的“初始高差”上下游分别记为ΔS1-0、ΔX1-0；钢主梁顶板的内边缘线和外边缘线与第二道钢横梁中轴线相交位置的“初始高差”上下游分别记为ΔS2-0、ΔX2-0；钢主梁顶板的内边缘线和外边缘线与第三道钢横梁中轴线相交位置的“初始高差”上下游分别记为ΔS3-0、ΔX3-0；
对钢主梁进行扭转纠偏时，通过使钢横梁作为力臂对钢主梁施加扭矩，S3.将钢横梁的一端与对应钢主梁的连接位置采用冲钉连接，该钢横梁另一端与钢主梁顶板之间通过顶升装置施加竖向方向的顶力对钢横梁一端施加向上的作用力，采用顶升第二道钢横梁、第三道钢横梁时安装第一道钢横梁的冲钉，顶升第三道钢横梁时安装第二道钢横梁的冲钉，且上下游交错钢横梁的顶升端；
S4.在钢横梁的顶升过程中，每顶升一级就对钢主梁的内边缘线和外边缘线与每一道钢横梁中轴线相交位置的高差进行观测，通过对每一次观测值与“初始高差”相比较来反映钢主梁扭转纠偏量的大小；当钢主梁的内边缘线和外边缘线与每一道钢横梁中轴线相交位置的内外缘高差为零时，则钢主梁扭转纠偏完成。
本发明步骤S3中，上下游交错钢横梁的顶升端的目的是为了同时纠正上下游钢主梁的扭转变形，宜在安装第一道横梁时，对第二道和第三道横梁的顶升端进行交错布置，这样上下的钢主梁同时向外扭转，相对在第二道横梁和第三道横梁的同侧设置顶升端加倍的纠正了扭转变形，纠偏效果更明显，因此宜采用在第二道横梁和第三道横梁上的上下游交错布置钢横梁的顶升端。
由此，本发明通过使钢横梁作为力臂对钢主梁施加扭矩，在钢横梁的一个端部与钢主梁顶板之间设置施加竖直向上方向的顶力，调整钢主梁的内边缘线和外边缘线与每一道钢横梁中轴线相交位置的内外缘高差，从而实现钢主梁扭转纠偏。
根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：
在其中一个优选的实施例中，所述纠偏工作完成后，将冲钉逐步更换为高强度螺栓，完成高强度螺栓的紧固后再进行小纵梁的安装，所述小纵梁安装在相邻两道钢横梁之间。
为了方便利用钢横梁作为力臂对钢主梁施加扭矩，所述钢横梁端部安装有“7”字型牛腿，该牛腿部分延伸至钢主梁上方，在钢主梁与“7”字型牛腿之间设有千斤顶。
步骤S2中，在准备纠偏前的凌晨3时至5时对各冲点高程进行观测。此时因环境温度和光照而产生的钢梁扭转量很小。
步骤S3中，在通过使钢横梁作为力臂对钢主梁施加扭矩之前，为防止钢横梁与钢主梁连接端的冲钉受剪破坏，需计算不超过冲钉剪切破坏极限值且叠加钢横梁自重的顶升力。
步骤S4的每一级观测值中：钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第一道钢横梁中轴线相交位置的高差上下游分别记为ΔS1-n、ΔX1-n；钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第二道钢横梁中轴线相交位置的高差上下游分别记为ΔS2-n、ΔX2-n；钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第三道钢横梁中轴线相交位置的高差上下游分别记为ΔS3-n、ΔX3-n，其中n为顶升分级数；优选顶升分级数为4级。
在本发明中：ΔSi-n＝HS外i-n-HS内i-n；ΔXi-n＝HX外i-n-HX内i-n；其中，n为顶升分级数，ΔSi-n为上游第n级顶升时，钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第i道钢横梁中轴线相交位置的高差；HS外i-n为上游第n级顶升时，钢主梁顶板外缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程；HS内i-n为上游第n级顶升，钢主梁顶板内缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程；ΔXi-n为下游第n级顶升时，钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第i道钢横梁中轴线相交位置的高差；HX外i-n为下游第n级顶升时，钢主梁顶板外缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程；HX内i-n为下游第n级顶升时，钢主梁顶板内缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程。
根据本发明的实施例，优选所述钢横梁为3道。
由此，本发明通过使钢横梁作为力臂对钢主梁施加扭矩，在钢横梁的一个端部与钢主梁顶板之间设置“7”字型牛腿，对钢横梁一端施加竖直向上方向的顶力，并且通过顶升第二道和第三道钢横梁安装第一道钢横梁两端的冲钉，当第一道钢横梁冲钉安装完成后，通过顶升第三道钢横梁安装第二道钢横梁两端的冲钉。顶升钢横梁时采用上下游交错钢横梁的顶升端。
本发明的设计难点在于通常设计单位不允许在钢主梁的底板或腹板上焊接用于提供主梁扭转力的张拉底座，无法采用“张拉底座+钢绞线(或精轧螺纹钢)+千斤顶”方式对钢主梁施加扭转力矩。本发明的关键在于利用格构式主梁中较长的钢横梁作力臂，采用“7”字型牛腿施加顶升力，采用顶升远端横梁安装近端横梁且在横梁安装过程中采用上下游交错顶升端的方式解决上述难题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明有效地解决了格构式钢主梁扭转而导致钢主梁和钢横梁与拼接板之间的错孔问题，提高了施工效率，保证了施工质量。
本发明的方法已应用于某长江大桥的施工控制中，取得效果良好。
附图说明
图1是钢主梁节段的平面示意图；
图2是现有桥面板与吊机自重荷载作用下钢主梁扭转横断面图；
图3是现有桥面板与吊机自重荷载作用下钢主梁扭转俯视图；
图4是本发明的顶升力施加装置示意图；
图5是本发明的安装第一道钢横梁冲钉的示意图；
图6是本发明的安装第二道钢横梁冲钉的示意图；
图7是现有桥面板与吊机自重荷载作用下钢主梁扭转图(内八字)；
图8是本发明的顶升装置布置示意图。
在图中：1、钢主梁，2、钢横梁，3、小纵梁，4、索导管，5、顶升装置，6、型钢，7、垫块，8、千斤顶，9、冲点，D、顶升装置布置点；P、吊机支点承受的重量，q、桥面板自重所引起的均布荷载，θ、钢主梁横向内扭的角度，f、桥面板的挠度，M、顶升装置顶升时所产生的扭矩值。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
一种组合梁斜拉桥的钢主梁施工方法，钢主梁为组合梁结构。组合截面上部为预制桥面板、现浇带及湿接缝，下部为双边箱截面形式钢主梁组成。施工方法采用双悬臂节段架设拼接施工。每侧每个节段包含两片钢主梁、三道钢横梁、三道小纵梁。钢主梁采用工厂分节制造，顶板采用焊接连接，腹板和底板采用高强度螺栓连接。现场每个节段施工顺序为架梁吊机站位后依次完成该节段钢梁(含钢主梁、钢横梁及小纵梁)架设拼装、斜拉索挂设及初张拉、桥面板架设、斜拉索精调、桥面板现浇带及湿接缝浇筑、斜拉索二张、架梁吊机前移就位完成该节段钢主梁施工，进行下一节段架设施工。钢梁按照钢主梁——钢横梁——小纵梁的顺序进行拼装。格构式钢主梁扭转纠偏方法具体包括以下步骤：
1)先利用桥面吊机完成两片钢主梁与前一节段钢主梁的拼接工作，采用冲钉连接。在钢主梁上进行冲点，冲点位置为钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与每一道钢横梁中轴线相交位置，总共需要冲12个点，并做好醒目标记。
2)在准备扭转纠偏前对上述12个冲点高程进行观测，来确定每一道钢横梁中轴线与钢主梁顶板内边缘线和外边缘线相交位置的高差，此时测量数据即称为“初始高差”。钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第一道钢横梁中轴线相交位置的上下游“初始高差”分别记为ΔS1-0、ΔX1-0；钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第二道钢横梁中轴线相交位置的上下游“初始高差”分别记为ΔS2-0、ΔX2-0；钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第三道钢横梁中轴线相交位置的上下游“初始高差”分别记为ΔS3-0、ΔX3-0；本步骤中，最好在准备调模前的凌晨3时至5时对两个棱镜点进行观测，此时因环境温度和光照而产生的钢梁扭转量很小。
3)对钢主梁进行扭转纠偏时，通过使钢横梁作为力臂对钢主梁施加扭矩，在钢横梁一端与钢主梁连接位置将冲钉打满，如图4所示，钢横梁另一端与钢主梁顶板之间利用“7”型牛腿施加竖向方向的顶力对钢横梁一端施加向上的作用力，如图5所示，采用顶升第二道、第三道钢横梁安装第一道钢横梁冲钉，如图6所示，顶升第三道钢横梁安装第二道钢横梁冲钉，上下游交错钢横梁的顶升端。
在本步骤中，在通过使钢横梁作为力臂对钢主梁施加扭矩之前，为防止钢横梁与钢主梁连接端的冲钉受剪破坏，需计算不超过冲钉剪切破坏极限值且叠加钢横梁自重的顶升力。同时，“7”型牛腿制作时，务必确保有足够的刚度，防止顶升时出现变形破坏。当千斤顶里程不够时，可先增加顶升装置中的垫块厚度，再在千斤顶底部增设垫块，以便继续顶升，在顶升过程中将顶升力最好分四级加载。本实施例的顶升装置5包括型钢6、垫块7和千斤顶8。
4)在钢横梁顶升过程中，每顶升一级就对钢主梁上与每一道钢横梁中轴线相交位置的内外缘高差进行观测，通过对每一次观测值与“初始高差”相比较来反映钢主梁扭转纠偏量的大小，当钢主梁上与每一道钢横梁中轴线相交位置的内外缘高差为零时，则意味着钢主梁扭转纠偏完成。
在本步骤中，每一级的观测值：钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第一道钢横梁中轴线相交位置的高差上下游分别记为ΔS1-n、ΔX1-n；钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第二道钢横梁中轴线相交位置的高差上下游分别记为ΔS2-n、ΔX2-n；钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第三道钢横梁中轴线相交位置的高差上下游分别记为ΔS3-n、ΔX3-n，其中n为顶升分级数，共分为4级。
5)纠偏工作完成后，将冲钉逐步更换为高强度螺栓。完成高强度螺栓的施拧后，再进行小纵梁的安装。
目标单元用于得知钢主梁是否已经完成纠偏。当钢主梁上与每一道钢横梁中轴线相交位置的内外缘高差为零时，即ΔS1-n＝0、ΔX1-n＝0；ΔS2-n＝0、ΔX2-n＝0；ΔS3-n＝0、ΔX3-n＝0则意味着钢主梁扭转纠偏完成。
本实施例中，ΔSi-n＝HS外i-n-HS内i-n；ΔXi-n＝HX外i-n-HX内i-n；其中，ΔSi-n为上游第n级顶升，钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第i道钢横梁中轴线相交位置的高差；HS外i-n为上游第n级顶升，钢主梁顶板外缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程；HS内i-n为上游第n级顶升，钢主梁顶板内缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程；ΔXi-n为下游第n级顶升，钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第i道钢横梁中轴线相交位置的高差；HX外i-n为下游第n级顶升，钢主梁顶板外缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程；HX内i-n为下游第n级顶升，钢主梁顶板内缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程。
本实施例详细阐述了三道钢横梁的纠偏步骤，对于适当增加或减少钢横梁的桥梁，纠偏方式是一样的，只不过多一次顶升或少一次顶升而已。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种组合斜拉桥格构式钢主梁扭转纠偏方法，采用双悬臂节段对称架设施工，每侧每个节段包括两片钢主梁和多道钢横梁架设安装；钢横梁安装在左右两片钢主梁之间；其特征在于，包括以下步骤：
S1.先完成左右两片钢主梁与前一节段钢主梁的拼接工作，然后在本节段的左右两片钢主梁上进行冲点，冲点位置为本节段钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与每一道钢横梁中轴线的相交位置，即每道钢横梁与左右两片钢主梁之间通过4个冲点连接；
S2.在准备扭转纠偏前对上述各冲点的高程进行观测，来确定每一道钢横梁中轴线与钢主梁顶板内边缘线和外边缘线相交位置的高差，此时测量数据即称为“初始高差”；其中钢主梁顶板的内边缘线和外边缘线与第一道钢横梁中轴线相交位置的“初始高差”上下游分别记为ΔS1-0、ΔX1-0；钢主梁顶板的内边缘线和外边缘线与第二道钢横梁中轴线相交位置的“初始高差”上下游分别记为ΔS2-0、ΔX2-0；钢主梁顶板的内边缘线和外边缘线与第三道钢横梁中轴线相交位置的“初始高差”上下游分别记为ΔS3-0、ΔX3-0；
对钢主梁进行扭转纠偏时，通过使钢横梁作为力臂对钢主梁施加扭矩，所述钢横梁端部安装有“7”字型牛腿，该牛腿部分延伸至钢主梁上方，在钢主梁与“7”字型牛腿之间设有千斤顶；
S3.将钢横梁的一端与对应钢主梁的连接位置采用冲钉连接，该钢横梁另一端与钢主梁顶板之间通过顶升装置施加竖向方向的顶力对钢横梁一端施加向上的作用力，采用顶升第二道钢横梁、第三道钢横梁时安装第一道钢横梁的冲钉，顶升第三道钢横梁时安装第二道钢横梁的冲钉，且上下游交错钢横梁的顶升端；
S4.在钢横梁的顶升过程中，每顶升一级就对钢主梁的内边缘线和外边缘线与每一道钢横梁中轴线相交位置的高差进行观测，通过对每一次观测值与“初始高差”相比较来反映钢主梁扭转纠偏量的大小；当钢主梁的内边缘线和外边缘线与每一道钢横梁中轴线相交位置的内外缘高差为零时，则钢主梁扭转纠偏完成。
2.根据权利要求1所述的格构式钢主梁扭转纠偏方法，其特征在于，所述纠偏工作完成后，将冲钉逐步更换为高强度螺栓，完成高强度螺栓的紧固后再进行小纵梁的安装，所述小纵梁安装在相邻两道钢横梁之间。
3.根据权利要求1所述的格构式钢主梁扭转纠偏方法，其特征在于，步骤S2中，在准备纠偏前的凌晨3时至5时对各冲点高程进行观测。
4.根据权利要求1所述的格构式钢主梁扭转纠偏方法，其特征在于，步骤S3中，在通过使钢横梁作为力臂对钢主梁施加扭矩之前，为防止钢横梁与钢主梁连接端的冲钉受剪破坏，需计算不超过冲钉剪切破坏极限值且叠加钢横梁自重的顶升力。
5.根据权利要求1所述的格构式钢主梁扭转纠偏方法，其特征在于，步骤S4的每一级观测值中：钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第一道钢横梁中轴线相交位置的高差上下游分别记为ΔS1-n、ΔX1-n；钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第二道钢横梁中轴线相交位置的高差上下游分别记为ΔS2-n、ΔX2-n；钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第三道钢横梁中轴线相交位置的高差上下游分别记为ΔS3-n、ΔX3-n，其中n为顶升分级数。
6.根据权利要求5所述的格构式钢主梁扭转纠偏方法，其特征在于：所述顶升分级数为4级。
7.根据权利要求1所述的格构式钢主梁扭转纠偏方法，其特征在于：
ΔSi-n＝HS外i-n-HS内i-n；ΔXi-n＝HX外i-n-HX内i-n；
其中，n为顶升分级数，ΔSi-n为上游第n级顶升时，钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第i道钢横梁中轴线相交位置的高差；
HS外i-n为上游第n级顶升时，钢主梁顶板外缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程；
HS内i-n为上游第n级顶升，钢主梁顶板内缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程；
ΔXi-n为下游第n级顶升时，钢主梁顶板内边缘线和外边缘线与第i道钢横梁中轴线相交位置的高差；
HX外i-n为下游第n级顶升时，钢主梁顶板外缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程；
HX内i-n为下游第n级顶升时，钢主梁顶板内缘与第i道钢横梁中轴线相交位置的高程。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的格构式钢主梁扭转纠偏方法，其特征在于，所述钢横梁为3道。
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