CN113062218A - 一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于道桥建筑施工技术领域的一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构，该全钢高低双塔支撑结构从上到下为主桥钢版、牛腿、灌浆层、测力支座、操作平台和立柱依次连接；其中牛腿与主桥钢版采用坡口焊缝对接焊连接；牛腿与测力支座之间通过灌浆层紧密连接；测力支座通过操作平台与立柱牢固连接。通过支座的滑动可以释放横向应力和位移，保证传力过程最大程度的竖向力传导，稳定性大幅度提升，安全性提升。本发明测力装置位于支座内部，它的数值反馈要比常规的形式更迅速、更真实。本发明结构简单，安装方便。
Description
技术领域
本发明属于道桥建筑施工技术领域，特别涉及一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构。
背景技术
主桥的支架与桥塔的连接一般采用斜拉的高低双塔支撑结构(如图1所示)；在斜拉桥施工过程中，斜拉的高低双塔支撑结构一般通过牛腿来实现。常用的方法为在塔节段上相应位置安装牛腿，在塔节段安装调整过程中，使用2mm、5mm的钢板填充牛腿与支架平台间的间隙，使得支架能够参与到整体的受力体系中。类似的专利有：
在发明专利“一种斜拉桥主塔下牛腿同步施工方法”中，下牛腿支架部分只承受竖向力,两侧结构内力及线型可以得到较好的控制,改善了下牛腿与塔柱结合处结构受力情况，混凝土浇筑减小了支架的规模,降低了施工过程中的安全风险,加快了施工进度。该方法适用于混凝土桥塔。
在实用新型专利“一种适用于索塔横梁支架的箱式牛腿”中，包括一竖向设置的锚固面板，所述锚固面板的一侧面焊接多块竖向设置且与锚固面板垂直的锚固竖板,每块锚固竖板上设有多个锚固钢筋预留孔及索塔钢筋通孔；所述锚固面板的另一侧面焊接一水平设置且与锚固面板垂直的牛腿顶板,所述牛腿项板底面设多块与牛腿顶板及锚固面板均垂直焊接的牛腿腹板。适用于大跨度悬索塔和斜拉桥的超高大横梁支架,
现有索塔采用全钢结构高低双塔，塔柱外形为两塔肢非一致倾斜的拱形结构(如图1示)；高塔在桥面以上垂直塔高约为113米，整塔倾斜角度约为66°。矮塔在桥面以上垂直高度约为65.915米，整塔倾斜角度约为66°在永定河特大桥索塔采取弱支架拼装方案，临时支撑支架采用格构柱式钢支架(如图2示)，主塔支架通过焊接在主塔上的牛腿进行连接，在桥塔合龙前、斜拉索安装前，由于施工荷载、风荷载、温度影响等对钢结构作用，桥塔自身在一天当中的位置状态是不固定的，这导致支架与桥塔的连接点发生了变化，这使得连接支撑点不仅仅受竖向力，也带来横向力和位移，而支架对横桥向的支撑是薄弱环节，对连接型式提出了高要求。常规的支架与桥塔连接型式采用钢楔块、钢垫片对接缝处进行填充，这种固定的连接型式无法满足项目的需求
发明内容
本发明的目的是提出一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构；其特征在于，所述全钢高低双塔支撑结构是从上到下为主桥钢版1、牛腿2、灌浆层3、测力支座4、操作平台5和立柱6依次连接；其中牛腿2与主桥钢版1采用坡口焊缝对接焊连接；牛腿2与测力支座4之间通过灌浆层3紧密连接；测力支座4通过操作平台5与立柱6牢固连接。
所述牛腿2包括牛腿翼缘7、牛腿柱8、牛腿腹板9、牛腿底板10；其中，牛腿翼缘7垂直主桥钢版1，并焊接连接；牛腿底板10呈水平状态与主桥钢版1焊接连接；牛腿柱8下端垂直焊接在牛腿底板10上，牛腿柱8上端与牛腿翼缘7焊接，围城一个类似斜顶房屋支架；牛腿腹板9下端间隔、垂直焊接在牛腿底板10上，牛腿腹板9上端间隔分别与牛腿翼缘7、主桥钢版1焊接连接；所述主桥钢版1、牛腿2材料为Q345B钢材，焊条为E43，焊接形式为手工焊，焊缝质量三级；直角焊缝焊角尺寸hf＝8mm牛腿翼缘和柱的连接采用坡口焊缝对接焊连接，腹板和柱的连接采用角焊缝连接。
所述灌浆层3是在钢塔节段安装调整完成后，对测力支座4与牛腿2之间的缝隙进行灌浆处理，保证接触密实；在牛腿底面与测力支座顶面的间隙内设置两层网片筋，然后根据实际测力支座顶面安装支模板，该支模板与牛腿底面及测力支座顶面牢固密贴。
所述测力支座4包括上支座板组件16、钢衬板组件17、盆环组件18、承压橡胶19、复合传感器20、底板组件21。其中盆环组件18与底板组件21连接成盆状支座；复合传感器20布置在盆状支座内底板组件21上，承压橡胶19平铺在复合传感器20上面，钢衬板组件17放在承压橡胶19上面，上支座板组件16平放在钢衬板组件17上；测力支座4为具有竖向测力和位移量测试功能的多向活动的盆状支座，测力支座设置有位移量指针；支座密封要求：摩擦面双层密封圈密封，支座设防尘围板；所述测力支座4平放在操作平台5上，用定位卡板定位即可；复合传感器20，其中复合传感器包含应力及应变传感器，压力传感器。
所述测力支座的承载力根据节点的不同分7级：2000KN、2500KN、3000KN、3500KN、4000KN、4500KN、5000KN；设计位移量：各向±200mm；设计容许转角：0.02rad；静摩擦系数不大于0.02；
所述竖向测力能够测竖向荷载，测试误差不大于5％FS，荷载采集方式：无线数采；所述位移量测试由设置的位移量指针测量：
所述竖向测力能够测竖向荷载，测试误差不大于5％FS，荷载采集方式：无线数采；所述无线数采是在测力支座附近安装前置器，每个前置器对应一个测力支座，且对应A/B两路荷载值,通过485总线将前置器串联起来连接至RTU测控站，RTU测控站安装在太阳能电池板附近，由太阳能电池供电；RTU测控站通过天线接收竖向荷载信号，实现无线数采；
所述位移量测试由设置的位移量指针测量：
所述立柱及操作平台；立柱6设置在塔架操作平台5下面，立柱6的长×宽＝6000×1386mm，钢管采用φ810×12mm的Q345钢管；顶部设操作平台5，操作平台设置防护栏杆，高度为1200mm，立杆截面选用方管20mm*2.5mm，间距≤1250mm；护栏杆顶部设一道水平杆，底部铺设厚4mm的花纹钢板图中所示，操作平台5包括结构板11、测力支座底板12、测力支座底板加劲肋13、花纹钢板14、方管15；操作平台5提供作业空间，安装支座、灌浆处理；操作平台设置防护栏杆，护栏杆由立杆和顶部水平杆围成，底部铺设厚4mm的花纹钢板14，立杆高度为1200mm，立杆和顶部水平杆选用截面为20mm*2.5mm的方管15焊接组成，立杆间距≤1250mm；提供作业空间，安装支座、灌浆处理。
所述带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构的仿真建模，包括如下步骤：
步骤1.采集多向曲面钢节段加工端口的8个特征点和以500mm间距的轮廓线特征点，建立三维坐标；
步骤2.以设计模型为基础，根据旋转公式，最小值，求得x0,y0,z0，θx,,θy,θz,为实际多向曲面钢节段相对理论模型的平移距离和三个方向的转角。利用三维旋转公式求解加工节段特征点在设计模型下的坐标；并将这些点绘制在设计模型下的三维空间，并进行拓扑生成加工模型；
步骤3.以设计模型已知的轴心线，去1000mm间距的点，过这些点作设计轴心线的垂面，这些垂面分别交设计模型和加工模型的轮廓线，得到设计四边形和加工四边形，将设计四边形与加工四边形拟合，通过设计模型四边形的轴心点，求解加工模型的轴心点，连接这些点得到加工模型的轴心线；
步骤4.设计模型轴心线和加工节段轴心线在设计模型三维空间，分别在横桥向和纵桥向垂直面投影，分别得到两个方向的平面曲线，当两个方向的平面曲线偏差满足允许要求时，表示加工节段轴心线满足要求；
步骤5.在步骤二的基础上，在设计模型三维空间，可求得加工模型端口模拟平面；
步骤6.设计模型和加工节段模型上下端口平面在设计模型空间分别向横桥向和纵桥向垂面投影，分别得到两方向的上下端口平面夹角偏差，当两方向夹角偏差均满足要求时，表示加工节段端口平面偏差符合要求。
本发明的有益效果是(1)本发明的支架与桥塔连接型式，对于荷载组合比较复杂的工况同样适用，支座的滑动可以释放横向应力和位移，保证传力过程最大程度的竖向力传导，稳定性大幅度提升。(2)节点受力监测更直接，安全性提升。常规形式受力监测装置安装在支架顶部或支架根部，包含了一定的耦合受力及变形作用，而本发明测力装置位于支座内部，它的数值反馈要比常规的形式更迅速、更真实。
附图说明
图1为索塔全钢结构高低双塔桥示意图。
图2为拱形倾斜的格构柱式钢支架结构示意图。
图3为全钢高低双塔支撑结构示意图。
图4为牛腿结构示意图；其中a为平面图，b为立体示意图。
图5为操作平台结构示意图；其中a为主视图，b为B-B截面视图。
图6为测力支座结构示意图。
图7为竖向测力及竖向荷载测装置示意图。
具体实施方式
本发明提出一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构；下面结合附图对本发明予以进一步说明。
图3所示为全钢高低双塔支撑结构示意图。图中所示，从上到下为主桥钢版1、牛腿2、灌浆层3、测力支座4、操作平台5和立柱6依次连接；其中牛腿2与主桥钢版1采用坡口焊缝对接焊连接；牛腿2与测力支座4之间通过灌浆层3紧密连接；测力支座4通过操作平台5与立柱6牢固连接。
图4所示为牛腿结构示意图。所示牛腿2包括牛腿翼缘7、牛腿柱8、牛腿腹板9、牛腿底板10；其中，牛腿翼缘7垂直主桥钢版1，并焊接连接；牛腿底板10呈水平状态与主桥钢版1焊接连接；牛腿柱8下端垂直焊接在牛腿底板10上，牛腿柱8上端与牛腿翼缘7焊接，围城一个类似斜顶房屋支架；牛腿腹板9下端间隔、垂直焊接在牛腿底板10上，牛腿腹板9上端间隔分别与牛腿翼缘7、主桥钢版1焊接连接；所述主桥钢版1、牛腿2材料为Q345B钢材，焊条为E43，焊接形式为手工焊，焊缝质量三级；直角焊缝焊角尺寸hf＝8mm牛腿翼缘和柱的连接采用坡口焊缝对接焊连接，腹板和柱的连接采用角焊缝连接。
所述灌浆层3是在钢塔节段安装调整完成后，对测力支座4与牛腿2之间的缝隙进行灌浆处理，保证接触密实；在牛腿底面与测力支座顶面的间隙内设置两层网片筋，实际在测力支座顶面安装支模板，该支模板与牛腿底面及测力支座顶面牢固密贴。
图6所示为测力支座结构示意图，其测力支座4包括上支座板组件16、钢衬板组件17、盆环组件18、承压橡胶19、复合传感器20、底板组件21。其中盆环组件18与底板组件21连接成盆状支座；复合传感器20布置在盆状支座内底板组件21上，承压橡胶19平铺在复合传感器20上面，钢衬板组件17放在承压橡胶19上面，上支座板组件16平放在钢衬板组件17上。测力支座4为具有竖向测力和位移量测试功能的多向活动的盆状支座，测力支座设置有位移量指针，实现位移量测试；支座密封要求：摩擦面双层密封圈密封，实际操作时支座要求设防尘装置。
所述竖向测力能够测竖向荷载，测试误差不大于5％FS，荷载采集方式：无线数采；所述无线数采是在测力支座附近安装前置器(如图7所示)，每个前置器对应一个测力支座，且对应A/B两路荷载值,通过485总线将前置器串联起来连接至RTU测控站，RTU测控站安装在太阳能电池板附近，由太阳能电池供电；RTU测控站通过天线接收竖向荷载信号，实现无线数采。
所述测力支座的承载力根据节点的不同分7级：2000KN、2500KN、3000KN、3500KN、4000KN、4500KN、5000KN；如表1所示。所述设计位移量：各向±200mm；设计容许转角：0.02rad；静摩擦系数不大于0.02；
表1 测力支座的承载力的不同的分级情况
如图5所示，所述立柱及操作平台；其中a为主视图，b为B-B截面视图；立柱6设置在塔架操作平台5下面，立柱6的长×宽＝6000×1386mm，钢管采用φ810×12mm的Q345钢管；顶部设操作平台5，立杆间距≤1250mm；提供作业空间，安装支座、灌浆处理。所述操作平台包括，操作平台设置防护栏杆，护栏杆由立杆和顶部水平杆围成，立杆高度为1200mm，和顶部水平杆选用截面为20mm*2.5mm的方管15焊接组成，立杆间距≤1250mm；操作平台底部铺设厚4mm的花纹钢板14；图中所示的操作平台5包括结构板11、支座底板12、支座底板加劲肋13、花纹钢板14、方管15。
一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构的仿真建模，包括如下步骤：
步骤1.采集多向曲面钢节段加工端口的8个特征点和以500mm间距的轮廓线特征点，建立三维坐标；
步骤2.以设计模型为基础，根据旋转公式，最小值，求得x0,y0,z0，θx,,θy,θz,为实际多向曲面钢节段相对理论模型的平移距离和三个方向的转角。利用三维旋转公式求解加工节段特征点在设计模型下的坐标；并将这些点绘制在设计模型下的三维空间，并进行拓扑生成加工模型；
步骤3.以设计模型已知的轴心线，去1000mm间距的点，过这些点作设计轴心线的垂面，这些垂面分别交设计模型和加工模型的轮廓线，得到设计四边形和加工四边形，将设计四边形与加工四边形拟合，通过设计模型四边形的轴心点，求解加工模型的轴心点，连接这些点得到加工模型的轴心线；
步骤4.设计模型轴心线和加工节段轴心线在设计模型三维空间，分别在横桥向和纵桥向垂直面投影，分别得到两个方向的平面曲线，当两个方向的平面曲线偏差满足允许要求时，表示加工节段轴心线满足要求；
步骤5.在步骤二的基础上，在设计模型三维空间，可求得加工模型端口模拟平面；
步骤6.设计模型和加工节段模型上下端口平面在设计模型空间分别向横桥向和纵桥向垂面投影，分别得到两方向的上下端口平面夹角偏差，当两方向夹角偏差均满足要求时，表示加工节段端口平面偏差符合要求。
Claims (8)
1.一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构；其特征在于，所述全钢高低双塔支撑结构是从上到下为主桥钢版(1)、牛腿(2)、灌浆层(3)、测力支座(4)、操作平台(5)和立柱(6)依次连接；其中牛腿(2)与主桥钢版(1)采用坡口)焊缝对接焊连接；牛腿(2)与测力支座(4)之间通过灌浆层(3)紧密连接；测力支座(4)通过操作平台(5)与立柱(6)牢固连接。
2.根据权利要求1所述一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构；其特征在于，所述牛腿(2)包括牛腿翼缘(7)、牛腿柱(8)、牛腿腹板(9)、牛腿底板(10)；其中，牛腿翼缘(7)垂直主桥钢版(1)，并焊接连接；牛腿底板(10)呈水平状态与主桥钢版(1)焊接连接；牛腿柱(8)下端垂直焊接在牛腿底板(10)上，牛腿柱(8)上端与牛腿翼缘(7)焊接，围城一个类似斜顶房屋支架；牛腿腹板(9)下端间隔、垂直焊接在牛腿底板(10)上，牛腿腹板(9)上端间隔分别与牛腿翼缘(7)、主桥钢版(1)焊接连接；所述主桥钢版(1)、牛腿(2)材料为Q345B钢材，焊条为E43，焊接形式为手工焊，焊缝质量三级；直角焊缝焊角尺寸hf＝8mm牛腿翼缘和柱的连接采用坡口焊缝对接焊连接，腹板和柱的连接采用角焊缝连接。
3.根据权利要求1所述一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构；其特征在于，所述灌浆层(3)是在钢塔节段安装调整完成后，对测力支座(4)与牛腿(2)之间的缝隙进行灌浆处理，保证接触密实；在牛腿底面与测力支座顶面的间隙内设置两层网片筋，然后根据实际测力支座顶面安装支模板，该支模板与牛腿底面及测力支座顶面牢固密贴。
4.根据权利要求1所述一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构；其特征在于，所述测力支座(4)包括上支座板组件(16)、钢衬板组件(17)、盆环组件(18)、承压橡胶(19)、复合传感器(20)、底板组件(21)；其中盆环组件(18)与底板组件(21)连接成盆状支座；复合传感器(20)布置在盆状支座内底板组件(21)上，承压橡胶(19)平铺在复合传感器(20)上面，钢衬板组件(17)放在承压橡胶(19)上面，上支座板组件(16)平放在钢衬板组件(17)上；测力支座(4)为具有竖向测力和位移量测试功能的多向活动的盆状支座，测力支座设置有位移量指针；支座密封要求：摩擦面双层密封圈密封，支座设防尘围板；所述测力支座(4)平放在操作平台(5)上，用定位卡板定位即可；复合传感器(20)包含应力及应变传感器，压力传感器。
5.根据权利要求4所述一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构；其特征在于，所述测力支座的承载力根据节点的不同分7级：2000KN、2500KN、3000KN、3500KN、4000KN、4500KN、5000KN；设计位移量：各向±200mm；设计容许转角：0.02rad；静摩擦系数不大于0.02。
6.根据权利要求4所述一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构；其特征在于，所述竖向测力能够测竖向荷载，测试误差不大于5％FS，荷载采集方式：无线数采；所述位移量测试由设置的位移量指针测量：
所述无线数采是在测力支座附近安装前置器，每个前置器对应一个测力支座，且对应A/B两路荷载值,通过485总线将前置器串联起来连接至RTU测控站，RTU测控站安装在太阳能电池板附近，由太阳能电池供电；RTU测控站通过天线接收竖向荷载信号，实现无线数采。
7.根据权利要求1所述一种带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构；其特征在于，所述立柱及操作平台；立柱(6)设置在塔架操作平台(5)下面，立柱(6)的长×宽＝6000×1386mm，钢管采用φ810×12mm的Q345钢管；顶部设操作平台(5，操作平台设置防护栏杆，高度为1200mm，立杆截面选用方管20mm*2.5mm，间距≤1250mm；护栏杆顶部设一道水平杆，底部铺设厚4mm的花纹钢板图中所示，操作平台(5)包括结构板(11)、测力支座底板(12)、测力支座底板加劲肋(13)、花纹钢板(14)、方管(15)；操作平台(5)提供作业空间，安装支座、灌浆处理。操作平台设置防护栏杆，护栏杆由立杆和顶部水平杆围成，底部铺设厚4mm的花纹钢板(14)，立杆高度为1200mm，立杆和顶部水平杆选用截面为20mm*2.5mm的方管(15)焊接组成，立杆间距≤1250mm；提供作业空间，安装支座、灌浆处理。
8.一种权利要求1所述的带有测力功能的主桥用全钢高低双塔支撑结构的仿真建模；其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.采集多向曲面钢节段加工端口的8个特征点和以500mm间距的轮廓线特征点，建立三维坐标；
步骤2.以设计模型为基础，根据旋转公式，最小值，求得x0,y0,z0，θx,,θy,θz,为实际多向曲面钢节段相对理论模型的平移距离和三个方向的转角。利用三维旋转公式求解加工节段特征点在设计模型下的坐标；并将这些点绘制在设计模型下的三维空间，并进行拓扑生成加工模型；
步骤3.以设计模型已知的轴心线，去1000mm间距的点，过这些点作设计轴心线的垂面，这些垂面分别交设计模型和加工模型的轮廓线，得到设计四边形和加工四边形，将设计四边形与加工四边形拟合，通过设计模型四边形的轴心点，求解加工模型的轴心点，连接这些点得到加工模型的轴心线；
步骤4.设计模型轴心线和加工节段轴心线在设计模型三维空间，分别在横桥向和纵桥向垂直面投影，分别得到两个方向的平面曲线，当两个方向的平面曲线偏差满足允许要求时，表示加工节段轴心线满足要求；
步骤5.在步骤二的基础上，在设计模型三维空间，可求得加工模型端口模拟平面；
步骤6.设计模型和加工节段模型上下端口平面在设计模型空间分别向横桥向和纵桥向垂面投影，分别得到两方向的上下端口平面夹角偏差，当两方向夹角偏差均满足要求时，表示加工节段端口平面偏差符合要求。
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