自锚式悬索桥钢箱梁顶升施工质量控制探讨.pdf

年 第 期(总第 期)黑龙江交通科技 .(.)自锚式悬索桥钢箱梁顶升施工质量控制探讨朱耀博(山西路桥第八工程有限公司山西 运城)摘 要:以一高速公路跨河自锚式悬索桥为例介绍了安装吊杆以形成成桥体系的顶升梁施工方法确定出中跨内设置临时墩的顶升量并应用 有限元模拟方法构建起钢箱梁顶升及下落施工全过程模型进行了钢箱梁顶升过程中临时墩起顶安全性、钢箱梁应力变化等的拟合分析确定出分级顶升次数及单次起顶量通过临时墩协调同步起顶、钢箱梁均匀顶升保证了该自锚式悬索桥钢箱梁顶升施工质量及安全关键词:自锚式悬索桥钢箱梁顶升施工质量控制中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:朱耀博()男山西运城人本科工程师研究方向:高速公路路基 引 言自锚式悬索桥结构体系主要将主缆锚固于自身加劲梁之上主缆水平压力由加劲梁承担可免去设置巨大锚锭的施工环节简化悬索桥受力结构近年来该桥型在国内桥梁建设中的应用越来越广泛 就施工方法而言自锚式悬索桥主缆锚固在加劲梁之上故必须先施工主梁再施工主缆及吊索等结构对施工工序有较高要求 当前国内已建大型自锚式悬索桥主梁施工几乎都是采用顶升技术该技术最早应用于混凝土连续梁桥施工因具有施工快速、过程简便、受力明确等优势逐渐在连续梁以外的悬索桥、斜拉桥、钢桥、拱桥中得到推广应用 随着施工机械的发展及施工水平的提升钢材料在桥梁结构中日益广泛的应用顶升施工技术必将在各类加劲梁桥中迎来广阔的应用空间 工程概况一高速公路跨河大桥长 西岸边跨为 预应力钢筋混凝土箱型连续梁主桥为 自锚式钢箱梁悬索桥东岸边跨为 预应力钢筋混凝土箱型连续梁 该双塔自锚式全钢箱梁悬索桥跨度较大主孔、边孔、次边孔跨径分别为 、和 成桥后中跨、边跨矢跨比为/和/.加劲梁按照单箱五室扁平闭口钢箱梁设计桥面板采用正交异性板中心处梁高.宽 宽高比为./钢箱梁上主缆和吊索中心距为 吊索采用上下销接方式连接主缆钢箱梁上吊索通过锚拉板和销接形式锚固锚拉板焊接于横隔板处并增设横纵向加劲板避免锚拉板被拉断 鉴于该钢箱梁所采取的连接方式在桥梁架设时必须采用钢箱梁整体顶升技术完成吊杆安装在桥梁施工期间为保证正常通航必须在考虑标准钢箱梁重量的基础上采用多点连续顶升技术使钢箱加劲梁就位 为保证钢箱梁顶升施工的安全性全桥共设置 个临时墩依次编号为 结合滑道设置情况还沿横桥向以.的中心距布设了 个临时墩每个临时墩设置 根.钻孔桩基础并通过 根 钢管接长至设计标高借助节点板和型钢连接 根钢管桩以形成共同受力的整体结构 体系转换桥梁结构分段施工必然面临结构体系转换在体系转换前后桥梁结构必将表现出不同的受力特点及变形特征并最终转化成成桥稳定状态 自锚式悬索桥因结构特殊上部结构的施工必须按照顶升、支架现浇或分段预制吊装等技术施工加劲梁等完成主塔施工后架设主缆、铺设猫道、安装吊杆确保全桥体系转换顺利完成 结合国内外成功案例该自锚式悬索桥从空缆向成桥状态的体系转换应采用顶升钢箱梁安装无应力吊杆落梁及吊杆受力形成体系的施工方案待其钢箱梁全部按照成桥线型标高顶升就位后起顶 主跨临时墩上所预先设置的顶升滑道使中跨钢箱梁全部竖向起顶.同时安装吊杆 依次在各梁段落梁至设计标高确保原来由临时墩所承受的钢箱梁荷载转而由主缆和吊杆共同承担并最终完成体系转换 施工过程仿真模拟在确定出施工方法的基础上必须应用 通用有限元软件构建平面非线性仿真模型对施工总第 期黑龙江交通科技第 期过程中各顶升点顶升量、安全稳定性及顶升分级数等展开模拟.起顶量的确定各起顶点起顶量的确定是钢箱梁起顶施工控制的关键该自锚式悬索桥主缆悬挂状态和成桥状态索夹节点间竖向位移差较大而吊索设计长度为既定故所确定的起顶量必须在满足竖向位移差要求的基础上兼顾顶升施工后线形实际值和理论值误差、温度影响修正、主缆安装误差、桥面施工荷载等方面 应用仿真模型通过模拟钢箱梁无应力顶升线形对起顶过程及起顶量展开仿真分析所得出的临时墩 的起顶量施工方案具体见图 三个方案在临时墩位置为 及 时起顶量完全一致而在临时墩位于 之间时方案 起顶量最大方案 起顶量较小方案 起顶量居中图 顶升点起顶量曲线 以上三个方案中各临时墩支反力仿真结果具体如表 所示由表中结果可以看出方案 下临时墩 和 的支反力大大超出 的临时墩承载力设计值故不得采用 根据图 方案 中的临时墩起顶量和吊索节点空缆与成桥状态标高差符合并满足设计要求故以该方案为推荐方案对应的 临时墩起顶量依次为.、.、.、.表 各临时墩支反力仿真结果起顶方案支反力仿真结果/方案 .方案 .方案 .钢箱梁起顶安全性分析待确定出临时墩起顶量后顶升施工过程中必须实时监测临时墩和永久墩反力变化以及钢箱梁应力变化是否超出许可范围以降低其对起顶量的不利影响 因无法做到一次顶升就位故必须通过对施工阶段的仿真模拟确定顶升分级数和各级起顶量 经过多次模拟仿真和试算最终确定出该自锚式悬索桥钢箱梁顶升施工分 级展开临时墩起顶量均匀划分成 级后各级顶升量具体如表 所示 由表可知在这种分级顶升施工过程中虽然个别临时墩顶升量不同步但对应的支墩反力并未超出承载力设计值临时墩施工基本处于安全状态起顶前钢箱梁正弯矩最大值为 正应力最大值为.负弯矩及拉应力最大值分别为 和.对于方案 而言正弯矩及正应力最大值为 和.负弯矩及拉应力最大值为 和.由于临时墩 间的钢箱梁承受一定的负弯矩故形成的底板压应力区段范围较大 通过比较顶升前后钢箱梁应力水平可以看出顶升后钢箱梁应力倍增但取值仍位于允许范围内 这种钢箱梁应力增大的情况会增加施工安全风险故应对起顶施工期间钢箱梁应力变动加强监测控制表 临时墩各级顶升量分级数顶升量/顶升后最大支反力/顶升后最大支反力的临时墩编号.第 期朱耀博:自锚式悬索桥钢箱梁顶升施工质量控制探讨总第 期 临时墩 顶升造成钢箱梁竖曲线较大变化进而改变钢箱梁水平投影长度及梁段水平变化 在方案 下钢箱梁顺桥向 索塔处、处、处、索 塔 处 位 移 依 次 为.、.、.和 .说明中跨梁段起顶后水平投影长度减小值约为 各处位移均不大故钢箱梁纵向变位不会对其受力情况产生不利影响 然而顶升施工会对横桥向造成扰动可在顶升前对 和 索塔加装横向限位装置及纵向阻力器并加强横桥向稳定性监测及控制 顶升施工质量控制.顶升施工步骤按照方案 进行的引桥顶升施工由千斤顶按指令位移顶升完成顶升行程后将工具式垫块放置于临时支撑下方千斤顶回落将千斤顶收缸后下放工具式垫块千斤顶再次伸缸 按照以上过程循环往复直至完成顶升施工主桥顶升时应将指令位移设定为 再按照所设定的指令位移和 /的速度顶升千斤顶跟随顶则自动跟进待千斤顶顶升至设计位置后停顶随后螺旋千斤顶停止跟进并锁定各组跟随顶在平衡油缸的作用下达到受力平衡状态顶升千斤顶按照 /的速度匀速收缸并将压力转移至跟随螺旋千斤顶和平衡油缸将预制钢箱混凝土垫块施加于顶升千斤顶下方并通过千斤顶顶升缸将垫块顶紧同时旋紧自锁螺纹装置使压力从跟随顶和平衡油缸转移至顶升千斤顶跟随顶随即旋转至原位平衡油缸压力也随之归零将钢箱混凝土垫块放置于跟随顶下部使其将上部结构顶紧 按照以上步骤重复操作直至达到设计顶升高度在跟随螺旋千斤顶下方布设平衡油缸是确保顶升施工质量的关键按照以上步骤施工平衡油缸可同时为各组跟随顶提供平衡受力 主墩按照每墩 组、每组 台设置千斤顶同时按照每墩 组、每组 台设置跟随顶边墩则按照每墩 组、每组 台设置千斤顶并按每墩 组、每组 台布设跟随顶 该自锚式悬索桥钢箱梁顶升施工共布置 台 千斤顶和 台 跟随顶.试顶升及正式顶升在正式顶升前必须进行试顶升以考察顶升施工系统实际工作状态 试顶升前安装并检查油缸、油管、监测仪、泵站操作台无误后按照设计顶升荷载的 加压并持续保压试验 期间检查油管、千斤顶、密封件性能以及液压油的清洁度液压系统除应按照要求工艺安装外还应严格冲洗连接软管现场安装后必须空载运行一定时间以便将系统中混入的杂物彻底排除试顶升后开始正式顶升 按照设计方案检查标准顶升行程和最大顶升速度是否处于受控范围内并观察预设荷载加载情况将实测结果和理论值进行比较并将差异控制在设计范围内 主桥和引桥分别按照/和/的速度顶升顶升压力应不超出设计值的 每轮顶升中必须跟踪观察油缸位移、千斤顶压力等参数 该自锚式悬索桥钢箱梁顶升是由位移控制解决顶力控制问题并能将位移误差控制在 以内故压力差异满足设计要求.钢箱混凝土垫块性能检测该自锚式悬索桥主桥顶升后通过钢箱混凝土垫块抬高为保证支垫的稳定性对垫块制作有较高要求 在外观检测中发现部分垫块表面存在细小裂纹为表面收缩或运输途中产生并不影响正常使用 按照设计每个钢垫块平整度和总高度分别应控制在 和 以内并通过超声波检测垫块密实度 此外还应按照 的比例抽取钢垫块后进行试压检测垫块强度和设计承压能力 试压试块长.、宽.、高.并将厚度为、长和宽均为 的钢垫板放置于垫块之上三块钢垫块试件依次施加 、三级压力至最大设计压力值并按试验规程要求时间保压试验结束后检查钢垫块损坏情况并复查表面裂纹除试验压痕外既有裂纹无扩展结构也无破碎 结 论应用 有限元软件对自锚式悬索桥顶升施工过程展开模拟并结合具体施工过程应力监测数据对加劲梁受力情况展开对比分析结果表明顶升施工过程中钢箱梁顶板受力明确实测值与有限元模拟结果基本吻合纵向受力情况可较好体现顶升施工期间正负应力交替出现的趋势规律临时墩竖向受力也较为理想稳定性、承载力及强度等均满足设计并能提供足够支反力 底板与内腹板连接处存在局部应力集中实际施工期间因摩阻力、牵引力、支反力等的综合作用应力集中情况进一步加大必须在加劲梁顶升期间加大监测和控制力度 该自锚式悬索桥钢箱梁顶升施工可为同类型桥梁顶升提供借鉴参考参考文献:张俊超.九圩港大桥工程钢箱梁整体顶升施工技术研究.工程技术研究():.金明东.某钢箱梁桥整体顶升施工风险分析与控制.结构工程师():.周松常光照孟晓亮等.大跨径混凝土连续梁桥整体顶升施工分析.桥梁建设():.刘欣益杨子江冯明扬等.连续钢箱梁桥顶升改造方案比选及关键技术.世界桥梁():.