CN111945568B - 一种弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构及方法 - Google Patents
一种弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构及方法，其中，限位结构包括若干限位装置、转换支撑块，限位装置梁端设置牛腿支撑结构，牛腿支撑结构与转换支撑块间设置刚性抄垫块，转换支撑块下设置支撑托架；所述梁端牛腿包括梁端支撑面板、梁端加劲板、加强腹板与横隔板；所述转换支撑块包括弯弧衬板、塔端加劲板和塔端支撑面板。本发明通过焊接限位牛腿、转换支撑块及刚性抄垫块并留置间隙值做为塔梁限位装置，将钢箱梁与主塔曲面型塔身进行有效连接及荷载传递，以实现纵向限位的目的，优化了成桥后结构体系转换及约束释放的操作工序；具有结构简单，受力明确、制造方便、适用性好、操作简便、投入成本低、推广前景好等优点。
Description
技术领域
本发明属于桥梁施工技术领域，尤其涉及一种弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构及方法，主要用于约束大跨度超宽钢箱梁斜拉桥因钢梁悬臂架设施工阶段、桥面铺装施工阶段、以及拉索调试阶段产生的不平衡水平力造成的桥梁纵向位移。
背景技术
目前最相近的技术方案塔梁临时限位措施：
1)CN104005338A_一种大跨斜拉桥塔梁三向临时固结结构，该发明涉及一种大跨斜拉桥塔梁三向临时固结结构，包括两个塔柱、固定在塔柱之间的横梁和固结在横梁上端面的钢箱梁，所述钢箱梁的端部设有横向固结装置和纵向固结装置，所述钢箱梁的底部设有竖向固结装置，所述竖向固结装置包括若干竖向锚固件，所述各竖向锚固件的多根预应力锚索的两端分别锚固在钢箱梁底部和横梁底部。本发明竖向临时固结采用预应力锚索张拉锚固钢箱梁底部和横梁底部。该技术方案中利用主塔间的横梁生根，缺点是局限于钢梁桥面宽度小于两塔肢间距的前提条件，而且对横梁的抗纵向刚度及横向宽度要求较高(且会占据到支座安装的空间和时间)，此外纵向限位在释放时，切割临时固结结构存在较大的安全风险问题。
2)CN206625120 U_一种半漂浮体系钢箱梁斜拉桥的塔梁临时锁定结构，包括墩柱、梁体和塔柱；塔柱沿竖直方向穿过梁体其下端固定在墩柱上，塔柱位于梁体的横桥向两侧设置有横梁；横梁与梁体之间设置有多组临时锁定装置。临时锁定装置包括锚固在梁体底板上的钢底座和固定在横梁上端面的临时垫石，钢底座通过张拉结构在竖直方向上与临时垫石固定连接，钢底座的下端面与临时垫石的上端面之间设置有使两者在横桥向方向和顺桥向方向的摩擦系数均不小于0.45的抗水平滑移结构。该技术方案中纵向限位利用竖向固定装置及竖向有效荷载，靠摩擦力来抵抗纵向不平衡效应，缺点是仅靠摩擦力限制纵向荷载值，该纵向限位荷载值要求不能过大，否则导致该纵向限位失效；通过横梁(悬臂和跨中区域)将纵向荷载传递给主塔结构，传力路径较复杂，没有直接将纵向荷载传递给主塔结构更简洁。此外纵向限位在释放时，切割临时固结结构存在较大的安全风险问题。
超宽钢箱梁(桥面宽度B>塔肢间距L)斜拉桥在悬臂架设施工过程中，由于悬臂长度大、结构稳定性差，同时受到环境因素(风、温度等)以及施工荷载等因素的影响，易使得桥梁发生纵向偏位，为保证施工过程中结构安全、稳定，需要对桥梁实施纵向临时限位。钢箱梁合龙完成后，进行桥面铺装层作业，二恒荷载产生的不对称荷载导致桥塔两侧斜拉索水平分力呈现出不均匀分布的现象，主塔及主桥均发生纵向偏位，为保证主塔及主桥结构安全稳定，需要对斜拉桥在塔梁位置设置纵向临时限位。针对主塔身形状呈弧形特点，纵向限位设置若不合理，对主塔塔身结构易受不均匀集中荷载问题，为确保塔身均匀受力，需要对弧形塔身结构进行特殊转换处理。此外，纵向限位功能需要同步解决结构体系转换和限位卸载的技术难题，要规避限位荷载承担非中、边跨水平索力差值的技术难题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构及方法，优化了成桥后结构体系转换及约束释放的操作工序；具有结构简单，受力明确、制造方便、适用性好、操作简便、投入成本低、推广前景好等优点。
本发明的一个技术方案是一种弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构，其
包括若干限位装置，所述限位装置包括牛腿支撑结构和转换支撑块，所述牛腿支撑结构与转换支撑块间设置刚性抄垫块，所述转换支撑块下设置支撑托架；
所述牛腿支撑结构包括梁端支撑面板、梁端加劲板、加强腹板与横隔板，所述梁端支撑面板与梁端加劲板相连，横隔板上分别固定设置梁端支撑面板和加强腹板，所述梁端加劲板用于与钢箱梁顶板和/或钢箱梁底板焊接连接，所述加强腹板用于连接至钢箱梁既有内侧腹板上；
所述转换支撑块包括弯弧衬板、塔端加劲板和塔端支撑面板，所述弯弧衬板固连所述塔端加劲板，所述弯弧衬板用于完全密贴塔身；
所述梁端支撑面板和塔端支撑面板之间预留间隙，间隙处使用所述刚性抄垫块进行填充，刚性抄垫块与塔端支撑面板之间放置橡胶缓冲垫块；
所述梁端支撑面板和塔端支撑面板间的压缩变形量Δ(含非弹性压缩间隙值)满足以下公式：
式中，S中i为主梁跨中第i号拉索索力值；cosθ中为主梁主跨第i号拉索与主梁的夹角；S边i为主梁边跨第i号拉索索力值；cosθ边i为主梁边跨第i号拉索与主梁的夹角；L1为沿桥跨方向前后纵向限位间距；EA为限位间距内钢梁的抗压刚度，保证纵向限位仅承受中、边跨水平分力差值。
进一步，所述塔端加劲板和塔端支撑面板之间预留间隙400～500mm。
进一步，所述橡胶缓冲垫块厚30～50mm。
本发明的另一技术方案是一种弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位方法，使用如上所述的弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构，包括以下步骤：
当钢箱梁斜拉桥架设至悬臂阶段后，在主塔纵桥向前后钢箱梁段的顶板和底板位置处安装限位装置各1个，主塔单肢一侧设置2个限位装置，且其前后限位间距离为L1；
底板的限位装置在加强腹板对应位置预留一定宽度范围用于后期放置液压千斤顶使用位置，实现可控卸载的目的；在弯弧衬板与弧形塔身存在的间隙处注入高强度砂浆进行填充密实；
当钢箱梁合龙，二期恒载铺装完成且斜拉索最后精调完成后，在底板限位装置预留位置处放置两台液压千斤顶，两台液压千斤顶总顶力不小于1.2
启动千斤顶进行体系转换，利用所述压缩变形量Δ，拆除顶板位置处限位装置；
钢梁支座安装就位前，通过千斤顶读取水平荷载差值N1，校核设计状态下N2与实际N1数值大小，待钢梁支座安装就位、锚固完成后，卸载千斤顶荷载，将塔梁纵向荷载逐级转化至主桥的固定支座上，解除临时限位装置，随后拆除千斤顶及底板位置处限位装置。
作为优选，所述限位装置布置于纵桥向主塔前后钢箱梁处，顶底板均布置一处且上下游对称布置，单塔斜拉桥共设置4处限位装置。
作为优选，所述加强腹板根据钢箱梁内既有腹板的间距进行调整，加强腹板间距为单侧塔肢宽度的3/5。
作为优选，所述弯弧衬板根据弧形塔身形状设置以保证接触密贴，间隙不大于5mm。
作为优选，所述千斤顶仅布置于钢箱梁下侧底板处限位装置，当主桥二期恒载施工完成，斜拉索调整完成后，启动千斤顶可拆除钢箱梁上侧顶板处限位装置。
作为优选，支座安装调整、灌浆锚固后，支座完全参与全桥受力体系，缓慢释放千斤顶，拆除钢箱梁下侧底板处限位装置。
作为优选，驱动千斤顶时，分段分级逐步施压或释放，以确保钢箱梁桥结构安全稳定。
有益效果在于：
第一、结构简单：限位结构主要由梁端牛腿、塔端转换支撑块、中间抄垫、支撑托架四部分组成；
第二、安全可靠：该装置采用弹性缓冲约束限位，可适应纵向荷载总效应仅为中、边跨拉索水平分力差值ΔF，也适应了梁体温度变化产生的变形效应；转换支撑块能有效适应塔身曲面形状，确保限位装置布置于塔身与箱梁间稳固有效，使得曲面桥身表面均匀受力，保证桥梁结构安全。
第三、安装拆除方便：本发明中的每一部分可制作成单元整体进行安装，利用液压千斤顶进行体系转换，优化了限位装置拆除工序，降低切割的施工难度，可有效缩短施工周期。
第四、推广前景好：为类似结构桥梁的施工提供了一种简便、快捷的限位方法，适用性强，显示了优越的技术优点，具有良好的推广前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明临时限位立面示意图。
图2为本发明临时限位平面示意图。
图3为本发明梁端牛腿示意图。
图4为本发明转换支撑块示意图。
附图标记：
图中，1—梁端支撑面板；2—梁端加劲板板；3—牛腿横隔板；4—加强腹板；5—弯弧衬板；6—塔端加劲板；7—塔端支撑面板；8—橡胶缓冲垫块；9—刚性抄垫块；10—支撑托架。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
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的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
现在结合说明书附图对本发明做进一步的说明。
本发明实施例以实现纵向限位的目的，通过焊接限位牛腿、转换支撑块及刚性抄垫块并留置间隙值做为塔梁限位装置，将钢箱梁与主塔曲面型塔身进行有效连接及荷载传递，具体如下。
请参考图1～图4所示，当钢箱梁斜拉桥架设至悬臂阶段后，在主塔纵桥向前后钢箱梁段的顶、底板位置处安装限位装置各1个，主塔单肢一侧设置2个,前后限位间距离为L1。限位装置梁端为牛腿支撑结构，塔身处设置适应塔身弧度的转换支撑块，转换支撑块下设置支撑托架10，牛腿支撑结构与转换支撑块间设置刚性抄垫块9。
具体的，所述梁端牛腿支撑结构主要由梁端支撑面板1、梁端加劲板2、加强腹板3与横隔板4组成；
塔身处的转换支撑块主要由弯弧衬板5、塔端加劲板6和塔端支撑面板7组成。
并且，在所述梁端支撑面板1和塔端支撑面板7之间预留间隙400～500mm，间隙处使用刚性抄垫块9进行填充，刚性抄垫块9与塔端支撑面板7之间放置30～50mm厚橡胶缓冲垫块8增加10mm间隙值，梁端支撑面板1和塔端支撑面板7间压缩变形量Δ(含非弹性压缩间隙值)需满足以下公式。
式中S中i为主梁跨中第i号拉索索力值；cosθ中为主梁主跨第i号拉索与主梁的夹角；S边i为主梁边跨第i号拉索索力值；cosθ边i为主梁边跨第i号拉索与主梁的夹角；L1为沿桥跨方向前后纵向限位间距；EA为限位间距内钢梁的抗压刚度，保证纵向限位仅承受中、边跨水平分力差值。
其中，底板的限位装置在加强腹板4对应位置预留一定宽度范围做为后期放置液压千斤顶使用位置，实现可控卸载的目的。
为保证限位装置与塔身密贴良好，受力均匀，在弯弧衬板5与弧形塔身可能存在间隙处注入高强度砂浆进行填充密实。
当钢箱梁合龙，二期恒载铺装完成且斜拉索最后精调完成后，在底板限位装置预留位置处放置2台液压千斤顶，两台液压千斤顶总顶力不小于1.2
启动千斤顶进行体系转换，利用步骤二压缩变形量Δ，拆除顶板位置处限位装置。
钢梁支座安装就位前，通过千斤顶读取水平荷载差值N1，校核设计状态下N2与实际N1数值大小。待钢梁支座安装就位、锚固完成后，五级级卸载千斤顶荷载，将塔梁纵向荷载逐级转化至主桥的固定支座上，临时限位解除，随后拆除千斤顶及底板位置处限位装置。
本发明实施例中，所述限位装置布置于纵桥向主塔前后钢箱梁处，顶底板均布置一处且上下游对称布置，单塔斜拉桥共设置4处限位装置。
本发明实施例中，梁端的牛腿支撑结构通过梁端加劲板2与钢箱梁顶(底)板焊接连接、通过加强腹板4连接至钢箱梁既有内侧腹板上，通过焊接形成有效连接成整体。所述转换支撑块与主塔塔身密贴，在支撑块下方塔身处设置支撑结构10，以防支撑块脱落。
所述弯弧衬板5可根据弧形塔身尺寸进行精加工，并辅以灌注高强度砂浆找平，以达到转换支撑块与塔身完全密贴的效果，保障限位装置达到预期使用效果，使得弧形塔身均匀受力。
所述橡胶缓冲垫块8及10mm的间隙值设置增加了限位装置一定的弹性缓冲能力，可以有效缓冲限位产生的冲击力和规避限位荷载承担非中、边跨水平索力差值的问题。
所述千斤顶可以有效的将限位装置代入或脱离主桥受力体系，根据需要参与体系转换过程，便于拆除限位装置，降低限位装置拆除风险。
驱动千斤顶时，驱动千斤顶要分段分级逐步施压或释放，确保钢箱梁桥结构安全稳定
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构，其特征在于，
包括若干限位装置，所述限位装置包括牛腿支撑结构和转换支撑块，所述牛腿支撑结构与转换支撑块间设置刚性抄垫块，所述转换支撑块下设置支撑托架(10)；
所述牛腿支撑结构包括梁端支撑面板(1)、梁端加劲板(2)、加强腹板(4)与横隔板(3)，所述梁端支撑面板(1)与梁端加劲板(2)相连，横隔板(3)上分别固定设置梁端支撑面板(1)和加强腹板(4)，所述梁端加劲板(2)用于与钢箱梁顶板和/或钢箱梁底板焊接连接，所述加强腹板(4)用于连接至钢箱梁既有内侧腹板上；
所述转换支撑块包括弯弧衬板(5)、塔端加劲板(6)和塔端支撑面板(7)，所述弯弧衬板(5)固连所述塔端加劲板(6)，所述弯弧衬板(5)用于完全密贴塔身；
所述梁端支撑面板(1)和塔端支撑面板(7)之间预留间隙，间隙处使用所述刚性抄垫块(9)进行填充，刚性抄垫块(9)与塔端支撑面板(7)之间放置橡胶缓冲垫块(8)；
所述梁端支撑面板(1)和塔端支撑面板(7)间的压缩变形量Δ满足以下公式：
式中，S中i为主梁跨中第i号拉索索力值；cosθ中为主梁主跨第i号拉索与主梁的夹角；S边i为主梁边跨第i号拉索索力值；cosθ边i为主梁边跨第i号拉索与主梁的夹角；L1为沿桥跨方向前后纵向限位间距；EA为限位间距内钢梁的抗压刚度，保证纵向限位仅承受中、边跨水平分力差值。
2.根据权利要求1所述的弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构，其特征在于，所述塔端加劲板(6)和塔端支撑面板(7)之间预留间隙400～500mm。
3.根据权利要求1所述的弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构，其特征在于，所述橡胶缓冲垫块(8)厚30～50mm。
4.一种弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位方法，其特征在于：使用如权利要求1～3任一项所述的弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位结构，包括以下步骤：
当钢箱梁斜拉桥架设至悬臂阶段后，在主塔纵桥向前后钢箱梁段的顶板和底板位置处安装限位装置各1个，主塔单肢一侧设置2个限位装置，且其前后限位间距离为L1；
底板的限位装置在加强腹板(4)对应位置预留一定宽度范围用于后期放置液压千斤顶使用位置，实现可控卸载的目的；在弯弧衬板(5)与弧形塔身存在的间隙处注入高强度砂浆进行填充密实；
当钢箱梁合龙，二期恒载铺装完成且斜拉索最后精调完成后，在底板限位装置预留位置处放置两台液压千斤顶，两台液压千斤顶总顶力不小于1.2
启动千斤顶进行体系转换，利用所述压缩变形量Δ，拆除顶板位置处限位装置；
钢梁支座安装就位前，通过千斤顶读取水平荷载差值N1，校核设计状态下N2与实际N1数值大小，待钢梁支座安装就位、锚固完成后，卸载千斤顶荷载，将塔梁纵向荷载逐级转化至主桥的固定支座上，解除临时限位装置，随后拆除千斤顶及底板位置处限位装置。
5.根据权利要求4所述的弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位方法，其特征在于：所述限位装置布置于纵桥向主塔前后钢箱梁处，顶底板均布置一处且上下游对称布置，单塔斜拉桥共设置4处限位装置。
6.根据权利要求4所述的弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位方法，其特征在于：所述加强腹板(4)根据钢箱梁内既有腹板的间距进行调整，加强腹板间距为单侧塔肢宽度的3/5。
7.根据权利要求4所述的弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位方法，其特征在于：所述弯弧衬板(5)根据弧形塔身形状设置以保证接触密贴，间隙不大于5mm。
8.根据权利要求4所述的弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位方法，其特征在于：所述千斤顶仅布置于钢箱梁下侧底板处限位装置，当主桥二期恒载施工完成，斜拉索调整完成后，启动千斤顶可拆除钢箱梁上侧顶板处限位装置。
9.根据权利要求4所述的弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位方法，其特征在于：支座安装调整、灌浆锚固后，支座完全参与全桥受力体系，缓慢释放千斤顶，拆除钢箱梁下侧底板处限位装置。
10.根据权利要求4所述的弧形塔身超宽钢箱梁斜拉桥塔梁临时限位方法，其特征在于：驱动千斤顶时，分段分级逐步施压或释放，以确保钢箱梁桥结构安全稳定。
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