大跨钢箱-混凝土组合梁桥悬吊拼接关键技术研究.pdf

第 2 8卷 第 2期 2 0 1 2年 6月 北 京 建 筑 工 程 学 院 学 报 J o u r n a l o f B e i j i n g Un i v e r s i t y o f C i v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e Vo l J 2 8 No 2 J u n 2 0 1 2 文章编号 ： 1 0 0 4 6 0 1 1 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 0 1 0 5 大跨钢箱一 混凝 土组合 梁桥 悬 吊拼接关键技术研究 龙佩 恒 ， 田 亮 ， 翟文静 ( 1 北京建筑3 2 程学院 土木与交通工程学 院，北京1 0 0 0 4 4； 2 北京鑫实路桥建设有限公司 ， 北 京1 0 2 2 0 6 ) 摘 要 ：为解 决跨 越 特 定障碍 物 时的无 支 架施 工 问题 ， 提 出了钢 一 混凝 土组合 桥 梁 悬 吊拼接 施 工工 法该 工法 的关键技 术 问题是 钢 箱梁 悬 吊拼接 过 程 中的拼 接 精 度 与安 全 控 制 问题 ， 为此 自行 设 计 了钢箱梁拼接 定位器装置， 实现 了箱梁拼接 的初步定位 与拼接安全性要求根据钢箱梁拼接精度 要 求 ， 经过 系统 的理论 分析 ， 推 导 出钢 箱 梁段拼 接 面转 角控制 值及 轴 向 变形环境 温度 调节 量 的通用 计 算公 式 ， 为大跨 变截 面连 续钢 箱 梁悬 吊拼 接 精 度控 制 提 供 了技 术 保 障该 工法在 解 决桥 梁跨 越 特定障碍物无支架施工过程中， 表现为快速、 安全、 实用的特点 ， 具有普遍推广应 用的价值 关键 词 ：大跨 钢一 混凝 土组 合 梁桥 ；悬 吊拼接 精度 控制技 术 ；悬 吊拼 接施 x - 关键 技 术 ；无 障碍施 工 工 法 中 图分类 号 ：U 4 4 8 2 1 3 文 献标 志码 ： A Re s e a r c h o n Ke y Te c hn o l o g y o f Li f t i ng a nd S p l i c i n g Co n s t r uc t i o n Co nt r o l f o r Lo n g- Sp a n Co mpo s i t e S t e e l a n d Co nc r e t e Be a m Br i dg e L o n g P e i h e n g ，T i a n L i a n g ，Z h a i We n j i n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l a n d T r a ff i c E n g i n e e r i n g ，B UC E A B e i j i n g 1 0 0 0 4 4； 2 B e i j in g X i n s h i R o a d a n d B r i d g e C o n s t r u c t i o n C o ， L t d ； B e i j i n g 1 0 2 2 0 6) Ab s t r a c t ：T o s o l v e t h e p r o b l e m o f c o n s t r u c t i o n me t ho d wi t ho u t s c a f f o l d i ng t o a c r o s s c e r t a i n o b s t a c l e s，t he c a n t i l e v e r i n s t a l l a t i o n c o n s t r u c t i o n me t h o d o f s t e e l c o n c r e t e c o mp o s i t e b e a m b r i d g e i s p u t f o r wa r d T he k e y t e c h n o l o g y o f t h i s me t h o d i s t h e p r e c i s i o n a n d s a f e t y c o n t r o l s I n t h e p r o c e s s o f c a nt i l e v e r i ns t a l l a t i o n o f t he s t e e l b o x g i r d e r ，t h e r e f o r e，t h e i n s t a l l a t i o n l o c a t o r s i s d e s i g n e d，a n d t h e p r e l i mi n a r y p o s i t i o n i n g o f t h e bo x g i r d e r a n d t h e s a f e t y r e q ui r e me nt s i s a c h i e v e d Ac c o r d i n g t o t he a c c u r a c y r e q u i r e me n t ，a n d a f t e r t h a t t h e s y s t e m t h e o r y a n a l y s i s ，t h e g e n e r a l f o r mu l a f o r c o r n e r c o n t r o l v a l ue s o f t h e s p l i c e d f a c e o f s t e e l b o x s h a p e d g i r d e r a n d t h e a x i a l d e f o r ma t i o ns o f e n v i r o n me n t a l t e mp e r a t u r e r e g u l a t i n g v a l u e i s d e r i v e d t h e o r e t i c a l l y，a n d t h e t e c h ni c a l s u pp o r t f o r c a n t i l e v e r i n s t a l l a t i o n p r e c i s i o n o f l o n g s p a n v a r i a b l e s e c t i o n s t e e l b o x s h a p e d c o n t i n u o u s g i r d e r br i d g e s i s p r o v i d e d I n t h e s o l ut i o n o f c o n s t r u c t i o n p r o c e s s wi t h o u t s c a f f o l di n g t o a c r o s s c e r t a i n o b s t a c l e s ，t h i s me t h o d s h o ws t h e q u a l i t y o f f a s t ，s a f e a n d pr a c t i c a l ，a n d i t h a s g e n e r a l a p p l i c a t i o n v a l ue Ke y wo r d s：l o ng s p a n s t e e l - c o nc r e t e c o mp o s i t e g i r d e r b r i d g e；c o n t r o l t e c h n i q u e o f c a n t i l e v e r i n s t a l l a t i o n p r e c i s i o n；k e y c o n s t r uc t i o n t e c h n i q ue o f c a n t i l e v e r i n s t a l l a t i o n；ba r r i e r f r e e c o n s t r u c t i o n me t h o d s 当大跨 度桥梁 跨越 特定 障碍 物且 施工 场地 又不 允许 设置 跨 间临 时支 墩 时 ， 给 桥 型 的选 择 和 桥 梁 的 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 4一I 2 作者简介 ： 龙佩恒 ( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 教授 ， 博士 ， 硕士研究生导师 ， 研究方向 ： 桥梁结构 理论 与桥梁安全评定 2 北 京建 筑工 程学院 学 报 建 造提 出 了新 的课题 钢箱 一混 凝 土组 合结 构体 系 梁 桥具 有受 力性 能合 理 、 施 工快捷 的特 点 ， 可有 效地 解决这一问题 通过京包高速京密引水渠桥 的 建造过程 ， 归纳总结 出一套大跨钢箱 一 混凝土组合 梁桥悬 吊拼接施工工 法， 该工法具有能跨越特定 障 碍物 、 不影 响通 车通航、 成本低 、 工效 高、 设备投入 少 、 安全度高的特点 ， 为类似工程提供一种实用可靠 的桥梁架设技术 1 钢箱梁 架设的技术难点 1 1 背景 工程 京密引水渠桥为京包高速上一座跨越京密引水 渠的三跨变截面钢箱 一混凝土组合结构连续梁桥 ， 桥跨组合 4 9 9+ 7 8+ 4 9 9 m由并列 6根钢箱梁组 成 ， 如图 1 所示每根钢箱梁分成 5个节段制作 ， 每 根钢箱梁各段长度依次为 3 4 4 m， 3 7 m， 3 5 m， 3 7 m， 3 4 4 m， 五 段钢 构件 编为 A， B， c ， B， A， 如 图 2所 示 南 图 1 京 密 引水 渠桥 钢 牾 梁 平 面 布 置 1 2 钢 箱梁 架设 的技 术难 点 由于京密引水渠是首都供水的大动脉， 为一级 水源保护区桥梁施工过程水渠之中不允许设置临 时 支墩 ， 中跨 必 须 采 用 无 支 架 施 工 工 艺钢箱 梁 悬 吊拼接过程为 ： A、 B段拼接形 成两个整体 A B段就 位 后 ， 将 C段 与 两端 A B段 拼 接 ， 形 成 A B C段 三跨 连续梁体系， 如 图 2所示由于钢箱梁各段间采用 高强 螺栓 联 结 ， 螺 栓 孔 对 准 误 差 为 毫 米 级 ， 在 两 个 A B段 栓接就 位 的情 况 下 ， 悬 吊拼 接 c段 成 为 桥 梁 架设 的关键技 术难 点 A 段 B 段 C 段 B 段 A 段 支座I J缶 日 寸 A 支座 支座 支架支座 图 2钢箱 梁分 段情 况 2 钢箱梁拼接精度控制 2 1 钢箱梁悬吊拼接控制参数 在钢箱梁拼接过 程中 c段箱梁 的拼 接难度最 大 ， 精度要求最高两个 A B段 B端截面 的挠度 与 转角和两个 B端截面间相对距离是影响 c段悬 吊 拼接精 度 的三个控 制 参数 2 2悬 吊拼接控 制参 数分 析 应用 A N S Y S有限元结构分析程序 ， 采用 s h e l l 6 3 单元建立精细化分析模型模型划分节点 4 7 5 7个 ， 单元 5 2 7 2个 分析 钢箱梁 局部 变形 ， 确定 钢箱 梁拼 接精度控制参数 ， 如 图3所示 图 3钢 箱 梁 精 细 化 分 析 模 型 A、 B段 拼接 ： A、 B段 架 设 完 成 后 ， 各 自处 于 简 支状 态 此 时 ， A段 右 截 面 左 转 ， B段 左 截 面 右 转 ， 为保 证 A、 B段 拼 装 精 度 ， 需 抬 升 A 段 左 端 3 5 m m， 使 得 A段 右截 面 右转 处 于垂 直状 态 ， 保 证 A B段 拼 接缝 处满 足拼 装精 度要求 ， 如 图 4所示 图 4 A、 B 段 拼 接 悬 吊拼 接 C段 ： A、 B段 拼 装 后 ， B段 右 截 面 处 于右偏转状态( 如图 5 ) ， 而处 于吊装状态的 c段左 截面 处于 右转状 态 为保 证 B、 c段 拼 接精 度 要 求 ， 需降低 A段左截面( 3 0 mm) 和临时支撑 ( 6 4 mm) ， 使得 A B段右截面 向左偏转与 c段 左截面平行 ， 如 图 6所示 图 5 A B段右截面右偏转 形成整体 ： 拼接完成后拆 除临 时支撑 ， 降低 A 段左截面使之支撑在永久支座上 ， 形成三跨连续钢 箱梁 结构 第 2期 龙佩恒 等 ：大跨钢箱一 混凝土组合梁桥悬 吊拼接关键技术研究 3 图 6 调 整 AB段 拼 接 A端 和 临 时 支 撑 高 程 2 3拼接 误差调 节控 制技 术 各钢箱梁段间采用节点板高强螺栓连接 ， 由于 单个 螺栓 孔 可 调 节量 仅 为 1 m m， 必 须 保证 两 个 A B 段端 面 的底板 、 腹 板 、 顶 板 栓 孔 与 c段 拼 接 端 面 对 应栓 孔之 间 的对 准 误差小 于 1 m m( 如 图 7所 示 ) B段右端 C段左端 图 7拼 接 最 大 允 许 误 差 虽然箱梁拼接精度控制参数可以通过有限元数 值分析方法完成 ， 但 为了便于本方法在实际工程 中 推广应用 ， 现推导出拼接精度控制参数的数值解 假定 A B段拼接形成整体之后 B段 自由端截面 转 角为 0 ( ) ， C端 通 过定 位 器 与 B端 临 时 连 接之 后 ， 其左右两端截面转角为 0 ( ) ， 那么 ， 此时 B段 自由端截面与 c段 自由端截 面之 间将产生 的相对 转角为 ： 0 ( )=0 ( )+0 ( ) ， 为保证两拼接面处 于平行 状 态 ， 需 满足 0 ( )= 0的条 件为此 ， 可 通 过 调节 A段 左 端 支 点 高度 来 实 现 0 ( )=0的 目 标 ， 如图 8图 9所 示 B 段右端 c 段左端 二 二 ( ) 图 8 调 节 A段左端 支点 高度 A 其 中： A B段 自重作用下产生的转角 0 ( ) 为 ： 图 9梁段力学计算 图示 一 瓦 1 3 q 。 ( 。 + 2 L ： ) + 。 ( + ： ) 一 + 。 )0 。 一 ： 。 3 q 。 ( + 2 z ) + k p d L 1 ) 2 一 等 3 一 ) L o x L o + L 1 1 r q 0( L 0 +L l +L 2 一 ) 一 瓦 ( i 一+ 兰 _= ( ) + K ， ) L 。 + 。 + + ： C段 自重荷 载作用 下箱 梁各 截 面转 角 0 。 ( ) 0 ( )= 一E _ = _3 5 _ 4 2 x _ 1 7 4 6 0_ 三 6 + 兰2 4 三 兰 8一 + ( 一 + ， 【 。 【 J 。 ( 一 ) 一 l 6 q o ： ) 。 1 f q o ( 2 L 1 +L 2一 ( 2 L 1 +L 2 ) r 7 ( 2 L 1 + L 2 ) E ( X 2 3 5 4 2 +1 7 4 6 m I 6 2 4 【8 ( 一 ) 一 l 6 q o ) ： + L 2 一 ) 2 + K 3 ) 0 1