一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法 |
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| 申请号 | CN201510719351.2 | 申请日 | 2015-10-29 | 公开(公告)号 | CN105274941A | 公开(公告)日 | 2016-01-27 |
| 申请人 | 中交第二航务工程局有限公司; | 发明人 | 张永涛; 陈鸣; 游新鹏; 彭成明; 黄灿; 潘桂林; 陈少林; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种部分地锚斜拉悬索协作体系 桥梁 总体施工方法，属于桥梁施工技术领域，其包括协作体系桥梁的斜拉区梁段和悬索区梁段同时架设施工；协作体系桥梁施工前通过一种考虑 刚度 分配的合理成桥状态确定方法确定协作体系桥梁合理成桥状态；协作体系桥梁施工时通过一种协作体系桥梁的合拢方法完成斜拉区梁段主梁和悬索区梁段主梁的合拢。通过使用本发明架设协作体系桥梁可以有效地提高主梁架设速度，同时可以避免塔梁临时固结承受较大 水 平 力 的问题，极大缩短了施工周期，降低了施工强度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法，包括协作体系桥梁的斜拉区梁段和悬索区梁段同时架设施工；其特征在于：协作体系桥梁施工前通过一种考虑刚度分配的合理成桥状态确定方法确定协作体系桥梁合理成桥状态；协作体系桥梁施工时通过一种协作体系桥梁的合拢方法完成斜拉区梁段主梁和悬索区梁段主梁的合拢。 |
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| 说明书全文 | 一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法技术领域[0001] 本发明涉及一种斜拉悬索协作体系桥梁的施工方法，属于桥梁施工技术领域，尤其涉及一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法。 背景技术[0002] 缆索承重桥梁形式主要有三种，斜拉桥、悬索桥、斜拉悬索协作体系桥。大跨度斜拉桥主梁需承受由斜拉索传递的巨大的轴向分力，同时为了保证斜拉索支撑主梁的效率，考虑到斜拉索非线性垂度效应，索塔高度增长更快，主梁以及索塔的强度和稳定性成为制约其跨越能力的主要因素。 [0003] 大跨度悬索桥主要的受力构件是锚碇、索塔和主缆，主梁主要为支撑行车道，并非关键的受力构件，但随着跨度的增加，主缆直径增大导致自重增加使得其有效承载效率降低，同时需增加锚碇规模，从而大大增加建设投资。此外，随着跨度增加悬索桥体系刚度衰减较快，对行车条件和结构抗风均不利。 [0004] 斜拉-悬索协作体系桥梁综合了以上两种桥型的优点，其总体思路为在一座桥上同时采用斜拉和悬索两种体系，近塔区采用斜拉体系，跨中区域采用悬索体系。这种桥型能够充分发挥斜拉桥和悬索桥体系各自的优势，相互取长补短。和斜拉桥相比，提高了桥梁的跨越能力，降低了索塔高度要求，减小了主梁承担的轴力，提高了施工和运营阶段的安全性和稳定性。和悬索桥相比，减小了锚碇体量，可大幅降低建设投资，同时增加了体系刚度，从而改善了行车条件和抗风性能。在施工方面，斜拉-悬索协作体系桥梁一个主要优势就是拉索区和悬索区梁段可同时施工，工作面提高一倍，大大提高施工工期。因此，斜拉-悬索协作体系桥梁具有较好的结构性能和显著的经济效益。 [0005] 部分地锚斜拉悬索协作体系，是斜拉悬索协作体系桥梁的一种特例，即部分边跨外侧的斜拉索锚固在地上，而不是像普通的斜拉索那样锚固在梁上。目前大跨度桥梁的施工方法往往是悬臂拼装法，如果1000m级的部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁仍采用悬臂拼装法，在施工到地锚斜拉索区间时，塔梁临时固结将承受很大的水平力，同时大悬臂本身施工期的静力和动力稳定性也难以满足，从而给施工期带来很大的风险。同时，如果采用悬臂拼装法，逐节安装主梁的话，需要很长的施工周期，也使得主梁架设这一高风险阶段延长，也是十分不利的。 [0006] 在中国发明专利说明书CN1676753A中公开了一种自锚式斜拉-悬索协作桥，该发明通过首先施工斜拉桥部分，在悬挂主缆，临时将主缆锚在多个边墩形成的框架结构上，然后吊装悬索桥部分的刚主梁，待主梁合拢后完成地锚体系向自锚体系的转换，形成永久自锚体系。该发明虽然具有工程造价低、施工工期短等优点，但是它首先只适用于自锚式斜拉-悬索协作桥，而且同时它也是用悬臂拼装法完成主梁的架设，因此会存在施工周期长、主梁架设风险高等缺点，最后，该发明中没有公开涉及考虑重叠区载荷分配策略的斜拉-悬索协作体系桥梁合理成桥状态的确定方法，同时该发明也没有完整的公开一种确定斜拉悬索协作体系桥梁合拢口位置确定以及合拢状态调整的方法，因此无法有效地解决斜拉悬索协作体系桥梁合拢时存在的塔梁临时固结的设计难度大、斜拉部分结构受力无法保证、合拢口产生较大的高差和转角不平顺等问题。 [0007] 在中国发明专利说明书CN102154990B中公开了一种边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥的架设方法，其架设方法的步骤为：①形成中塔的斜拉桥和边塔吊拉的主梁；②合拢主梁；③架设边塔缆吊系统；拆除悬吊段支架；⑤调整斜拉背索、吊索、斜拉桥；⑥成桥。该发明取消了边塔与主梁间临时固结施工和解除的施工工序，并将“边塔缆吊系统架设”的施工工序移至主梁全部合拢口合拢之后进行，因此缩短了工期，节约了材料耗费和机械台班耗费，避免了解除承受强大水平力的临时固结所带来的安全风险。但是，该发明并没有公开一种考虑重叠区刚度载荷合理分配的协作体系桥梁的合理成桥状态的确定方法，因此无法该发明的方法无法很好的适用于1000m主跨的部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁上部结构的施工方法；同时该发明中合拢部分也没有完整的公开一种确定斜拉悬索协作体系桥梁合拢口位置确定以及合拢状态调整的方法，因此无法有效地解决斜拉悬索协作体系桥梁合拢时存在的塔梁临时固结的设计难度大、斜拉部分结构受力无法保证、合拢口产生较大的高差和转角不平顺等问题。 发明内容[0008] 本发明针对上述现有技术存在的问题提出了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法，通过该方法不仅可以在桥梁施工前快速准确地确定1000m主跨的部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁上部结构的合理成桥状态，而且还可以快速高效低完成协作体系桥梁的架设合拢，解决了斜拉悬索协作体系桥梁合拢时存在的塔梁临时固结的设计难度大、斜拉部分结构受力无法保证、合拢口产生较大的高差和转角不平顺等问题。 [0009] 本发明解决技术问题的技术方案是提供一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法，其包括协作体系桥梁的斜拉区梁段和悬索区梁段同时架设施工；协作体系桥梁施工前通过一种考虑刚度分配的合理成桥状态确定方法确定协作体系桥梁合理成桥状态；协作体系桥梁施工时通过一种协作体系桥梁的合拢方法完成斜拉区梁段主梁和悬索区梁段主梁的合拢。 [0010] 本发明的一种优选实施方案中，一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工的具体步骤包括：(1)在施工之前要进行施工过程仿真分析，通过一种考虑刚度分配的合理成桥状态确定方法确定协作体系桥梁合理成桥状态；(2)塔区梁段安装，将塔梁进行临时固定，同时进行小净距主缆架设；(3)桥面吊机安装，同时缆载吊机安装；(4)斜拉区悬臂拼装，同时进行吊杆区梁段架设；(5)通过一种协作体系桥梁的合拢方法完成两侧主梁合拢；(6)解除塔梁临时固定措施；(7)安装地锚区对应的边跨和中跨侧的斜拉索；(8)张拉完成后桥面铺装，成桥。 [0011] 本发明的一种优选实施方案中，在协作体系桥梁总体施工过程中进行小净距主缆架设时，采用一种架设双主缆的宽幅猫道架设；所述宽幅猫道包括猫道门架；所述猫道门架的上横梁上固接有门架承重索；所述猫道门架的下横梁上固接有猫道承重索和猫道扶手；所述猫道承重索上方固定有猫道面层；所述猫道门架上还设置有多个索股托架；其特征在于：所述猫道承重索等间距布置；所述猫道门架设置有抗风缆；所述猫道门架和所述抗风缆之间连接有抗扭拉杆。 [0012] 本发明的一种优选实施方案中，所述猫道承重索的抗拉刚度由两侧的承重索向中间的承重索逐步递减；所述猫道承重索的最外侧承重索的抗拉强度是中间承重索的抗拉强度的2倍。 [0013] 本发明的一种优选实施方案中，所述抗风缆采用上抛物线形布置；所述抗风缆两端分别与锚碇固接；所述抗扭拉杆一端通过固定锁扣与所述抗风缆固接，另一端与所述猫道门架固接。 [0014] 本发明的一种优选实施方案中，所述门架承重索采用双索结构，两个索之间通过捆扎连接；所述猫道扶手包括网状栏杆和猫道扶手索；所述网状栏杆固接于所述猫道门架下横梁的两侧；所述网状栏杆的顶部固接有所述猫道扶手索；所述索股托架为4个；所述索股托架包括支架和托轮；所述猫道门架的上横梁上固接有主缆牵引轮。 [0015] 本发明的一种优选实施方案中，一种协作体系桥梁的合拢方法包括以斜拉悬索协作体系桥梁的重叠区作为合拢口位置，并通过桥面吊机和缆载吊机协同调整合拢口形态实现斜拉区悬臂端主梁和悬吊区悬臂端主梁的合拢。 [0016] 本发明的一种优选实施方案中，所述合拢口位置设置在斜拉区和重叠区的交界处，且靠近斜拉区。 [0017] 本发明的一种优选实施方案中，一种考虑刚度分配的合理成桥状态确定方法具体步骤包括：(1)以斜拉-悬索协作体系桥梁的重叠区内吊索承担的主梁自重载荷比例a为参数对协作体系桥梁进行有限元仿真从而完成恒载作用下初次合理成桥状态的确定；(2)通过对仿真得到的初次合理成桥状态模型进行活载作用下的受力分析确定重叠区内吊索的应力幅；通过改变重叠区内吊索承担的主梁自重载荷比例a的大小得到多组重叠区内吊索的应力幅；通过比选指标对多组重叠区内吊索的应力幅进行比选从而实现最终成桥状态的确定；其中，所述比选指标为重叠区吊索的平均应力幅或者均方根应力幅；所述比选指标最小的一组为最优的斜拉-悬索协作体系桥梁的重叠区内吊索载荷分配比例；所述斜拉-悬索协作体系桥梁的重叠区内吊索承担的主梁自重载荷比例a的取值范围是0.3-0.7。 [0018] 本发明的有益效果是：本发明针对部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁的总体施工，首先提出了一种考虑刚度分配的合理成桥状态确定方法，实现了活载作用下重叠区的合理过渡功能，从而保证了斜拉-悬索协作体系桥梁合理成桥状态的稳定性；同时提出了一种合理的合拢口位置和桥面吊机与缆载吊机协同调整合拢口形态的施工方法，该方法一方面可以避免塔梁临时固结承受较大水平力的问题，另一方面利用现有施工设备(两种吊机)即可完成合拢口的调整，提高了工效，降低了施工人员的劳动强度。最后，该发明还公开了一种用于架设双主缆的宽幅猫道，提高了宽幅猫道的承载受力的稳定性，同时又可以实现快速方便地施工；通过使用本发明架设协作体系桥梁可以有效地提高主梁架设速度，同时可以避免塔梁临时固结承受较大水平力的问题，极大缩短了施工周期，降低了施工强度。附图说明 [0019] 图1为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的索塔及锚碇施工位置示意图； [0020] 图2为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的主缆架设施工示意图； [0021] 图3为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的吊机安装示意图； [0022] 图4为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的斜拉区和吊杆区两端拼装示意图； [0023] 图5为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的主梁合拢示意图； [0024] 图6为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的塔梁固定措施解除后的协作桥结构示意图； [0025] 图7为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的地锚区斜拉索结构示意图； [0026] 图8为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的桥面铺装成桥示意图。 [0027] 图9为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的一种考虑刚度分配的协作桥合理成桥状态确定方法的流程图； [0028] 图10为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的一种用于架设双主缆的宽幅猫道的结构示意图； [0029] 图11为本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的一种用于架设双主缆的宽幅猫道的总体纵断面结构示意图； [0030] 图中：1-锚碇；2-索塔；3-主缆；4-主梁；5-宽幅猫道；6-桥面吊机；7-缆载吊机；8-吊杆；9-地锚索；10-斜拉索。 具体实施方式[0031] 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，并不用于限定本发明。 [0032] 由图1至图8本发明一种部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁总体施工方法的各步骤示意图可知，本发明的总体思路为：斜拉区梁段架设与悬索区梁段架设同时开始，斜拉区从塔区开始向跨中悬臂拼装，悬索区从跨中向两塔侧架设，合拢口设置在重叠区，合拢完成后，进行地锚区间斜拉索进行架设张拉，最后铺装成桥。具体包括以下步骤： [0033] 1、在施工之前要进行施工过程仿真分析，其中的和核心就是进行合理成桥状态的确定，对于常规的斜拉桥和悬索桥，结构体系刚度是统一的，通过影响矩阵法求解最优索力使得桥梁结构达到最优状态，变量和目标量是一致的，因此可以求得唯一解，而协作体系由于有斜拉悬索的重叠区，因此变量超过了目标量，现有方法已经不能适用，因此需采用“一种考虑刚度分配的合理成桥状态确定方法”，具体是指除了考虑在恒载作用下的结构位移协调外，还需考虑在活载作用下重叠区刚度能发挥合理过渡的作用，具体即提出不同部位重叠索结构的荷载分配策略； [0034] 一种考虑刚度分配的合理成桥状态确定方法通过基于不同部位重叠索结构荷载分配策略，结合常规方法(如影响矩阵法)，对成桥受力状态进行优化，以活载作用下重叠区发挥合理过渡功能为目标，确定斜拉悬索协作体系桥梁的合理成桥状态。具体包括以下步骤，如图9所示： [0035] 首先，假定在重叠区内，斜拉索和吊索承担的主梁自重荷载比例，悬索体系承担的荷载比例为a，斜拉体系承担的荷载比例为(1-a)。悬索体系和斜拉体系独立承担的主梁自重荷载为g，则悬索体系和斜拉体系承担的荷载分别为ag和(1-a)g。然后，利用TDV或者MIDAS仿真软件建立全桥的有限元仿真模型，以主梁位移、塔偏、主梁弯矩、斜拉索和吊索索力等为目标，进行成桥状态优化，确定斜拉索、主缆和吊索的无应力长度。接着进行活载作用下的受力分析，确定重叠区吊索的应力幅[σ1,σ2…σn]1。然后，改变悬索体系和斜拉体系承担的荷载比例a，重复步骤1至3，确定重叠区吊索的应力幅[σ1,σ2…σn]2…[σ1,σ2…σn]m等；最后，按照一定的比选指标(如平均应力幅，均方根应力幅等)对上述m种荷载分配比例进行对比，选择比选指标最小的一组为最优的荷载分配比例，由此，与相应荷载分配比例对应的成桥状态即为存在重叠区的斜拉悬索体系桥梁的合理成桥状态。通过仿真获得的合理成桥状态不仅以用来确定施工状态，即缆索体系的无应力长度用作施工阶段仿真分析，而且还可以确定斜拉悬索协作体系桥梁合拢口位置的确定，斜拉悬索协作体系桥梁的合拢口位于协作体系桥梁的重叠区且靠近斜拉区，在协作体系桥梁的具体施工中，就是利用获取的最终成桥状态施工建设斜拉悬索协作体系桥，所以本发明具有良好的实际工程应用意义。 [0036] 2、塔区梁段安装，将塔梁进行临时固定，同时进行主缆架设；由于本发明是小净距主缆架设，所以需要采用如图10所示的一种用于架设双主缆的宽幅猫道，该宽幅猫道主要包括猫道门架；猫道门架的上横梁上固接有门架承重索；猫道门架的下横梁上固接有猫道承重索和猫道扶手；猫道承重索上方固定有猫道面层；猫道门架上还设置有多个索股托架；猫道承重索等间距布置；猫道门架设置有抗风缆；猫道门架和抗风缆之间连接有抗扭拉杆，猫道下方设置抗风缆，通过抗扭拉杆连接抗风缆与猫道门架，既保证使用过程中猫道结构不发生扭转倾斜，同时能有效抵抗强风作用。为了使得本发明的宽幅猫道结构更加紧凑简单，猫道承重索采用等间距布置，抗拉刚度从两侧向中间逐步递减，最外侧刚度为最中间抗拉刚度的2倍；门架重索索采用双索结构，相邻两个索之间进行绑扎，保证结构承载力的同时有效抑制猫道结构使用期间的振动。本发明的宽幅猫道不仅满足了针对双主缆结构悬索桥的主缆快速架设，解决了传统每条主缆设置一条猫道的方式进行架设，两条猫道之间采用横梁进行连接而造成的猫道间相互打架的问题。同时本发明的宽幅猫道由于猫道较宽，同时无需在相邻幅猫道结构来设置横向通道故有效节约猫道架设工期，节省施工材料，同时猫道作业面的变大也使得高空作业更加方便。而且针对宽幅导致的猫道承重索各索力分布不均，门架承重索索力过大导致钢丝绳过粗带来的施工不便，因此，本发明猫道承重索采用等间距布置，抗拉刚度从两侧向中间逐步递减，门架承重索采用双索结构，既满足宽幅猫道承载力要求，又方便快速施工；针对宽幅导致的猫道结构的抗扭和抗风问题。本发明采用在猫道结构与抛物线形抗风缆之间设置抗扭拉杆，并张拉一定预紧力提高宽幅猫道结构抗扭刚度，增强猫道结构抗风稳定性；采用这种一种宽幅猫道进行架设时，不仅可以同时在一条通道上完成两根小净距的两根主缆的架设，而且可以提高猫道的抗风稳定性，同时节约成本，提高工作效率。 [0037] 3、桥面吊机安装，同时缆载吊机安装。 [0038] 4、斜拉区悬臂拼装，同时进行吊杆区梁段架设。 [0039] 5、采用“一种斜拉悬索协作体系桥梁的合拢方法”，将斜拉区悬臂端主梁和悬吊区悬臂端主梁合拢。 [0040] 其中该斜拉悬索协作体系桥梁的合拢方法包括合理合拢位置的选择和合拢口形态的调整措施，合理合拢位置选择在斜拉和悬索的过渡区(靠近斜拉区)，调整措施主要是采用桥面吊机和缆载吊机协同调整；具体包括以下步骤：1、确定合理合拢口位置：斜拉悬索协作体系桥梁的合理合拢位置宜选择在重叠区(既有斜拉索，又有吊索)，且靠近斜拉区；因为若将合拢口位置设置在跨中则会加大悬臂长度，增加塔梁临时固结的设计难度；若将合拢口位置设置选择在近塔位置，则斜拉桥受力无法保证。因此，合拢口可选择重叠区之内。同时，为减少斜拉区悬臂架设的长度，合拢位置选择在斜拉区与重叠区的交界位置。 2、调整合拢口形态进行主梁合拢；合拢口位置确定在重叠区靠近斜拉区的位置，主梁合拢之前，尚有部分斜拉索和吊索未安装。采用桥面吊机和缆载吊机协同进行合拢口形态的调整，桥面吊机对主梁高程和转角的调整是直接的，通过往边跨或中跨移动桥面吊机，改变桥面吊机在主梁上的位置，即可改变主梁悬臂端的高程和转角；缆载吊机对主梁高程和转角的调整是间接的，通过往边跨或中跨移动缆载吊机，改变缆载吊机在主缆上的位置，对主缆的线形产生直接影响，从而间接实现对主梁悬臂端高程和转角的调整；3、主梁合拢后完成验收工作。主梁合拢调整的目标是悬臂端能顺利匹配，合拢口两侧的主梁顶高差控制在1至2cm以内，转角尽可能相等。 [0041] 6、解除塔梁临时固定措施。 [0042] 7、安装地锚区对应的边跨和中跨侧的斜拉索。 [0043] 8、张拉完成后桥面铺装，成桥。 [0044] 本发明针对部分地锚斜拉悬索协作体系桥梁的总体施工，提出了一种优化的施工总体工艺，不仅有效地提高主梁架设速度，而且解决了协作体系桥梁施工时塔梁临时固结承受较大水平力的问题，极大的缩短了施工周期、降低了施工人员的劳动强度。 [0045] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
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