一种梁拱组合桥结构体系转换设计与施工方法

申请号 CN202211367924.6 申请日 2022-11-03 公开(公告)号 CN115897389A 公开(公告)日 2023-04-04
申请人 中铁上海设计院集团有限公司; 南昌铁路勘测设计院有限责任公司; 发明人 詹刚毅; 范军琳; 韦建刚; 吴廷楹; 饶露; 祁鹏; 刘新起; 徐继光; 刘爱峰; 黄梁;
摘要 本 发明 公开了一种梁拱组合桥结构体系转换设计与施工方法,其包括临时固结装置与临时 钢 桁架索塔斜拉悬臂施工体系,所述临时固结装置由分层钢箱与预留在钢箱梁和桥墩的钢板 焊接 连接,并通过张拉钢绞线对其进行固结处理;所述临时钢桁架索塔斜拉悬臂施工体系由钢桁架索塔、钢箱梁临时固结体系、 桥梁 安装节段、背索、拉索及吊杆组成斜拉受 力 体系。本发明的施工阶段受力体系转换可实现梁拱组合桥梁的快速施工,并形成可靠的施工受力体系,保证桥梁结构在施工过程中的安全性,同时易于拆装的构件设计可减少施工附属设施对施工桥梁的影响。
权利要求

1.一种梁拱组合桥结构体系,其特征在于:包括临时固结装置和临时索塔,所述临时固结装置用于施工时连接箱梁主梁和桥墩,所述临时索塔底部固结在钢箱梁主梁上,所述临时固结装置与所述临时索塔构成施工时的悬臂吊装体系,呈现局部斜拉桥体系,进行拱肋节段、钢箱梁主梁节段的吊装;
所述钢箱梁主梁的梁拱组合节段在其底部焊接顶钢板,桥墩在其顶部焊接底钢板用于与临时钢箱固结装置进行焊接连接;
所述临时固结装置通过与顶钢板和底钢板进行焊接之外,并在其截面中线处设置钢绞线与钢箱梁主梁和桥墩进行锚固连接,所述临时固结装置由内外两层钢板厚度相同大钢箱与小钢箱组成,所述临时固结装置需要在截面中心线处对其进行开孔处理,保证钢绞线从临时固结装置中心线穿过;
所述临时索塔底部与钢箱梁主梁锚固在一起,设置背索防止临时索塔失稳,所述背索与临时索塔的倾为θ,30°≤θ≤60°,所述临时索塔的吊臂一端通过拉索起吊拱肋节段与钢箱梁主梁节段,起吊时须在吊臂的另一端设置配重,保证吊臂左右两端对临时索塔中心处的弯矩平衡,所述拱肋节段吊装到位并进行焊接完成之后,对其设置相应拉索和背索,拉索连接拱肋节段与临时索塔,背索一端与地面锚固连接,一端与临时索塔连接。
2.根据权利要求1所述的一种梁拱组合桥结构体系,其特征在于:在拱肋两侧设置两排吊杆,同一位置的两根吊杆延长线相较于拱肋中线。
3.根据权利要求1所述的一种梁拱组合桥结构体系,其特征在于:所述吊杆为柔性吊杆,包括吊索和护管,所述护管套接于所述吊索外。
4.根据权利要求1所述的一种梁拱组合桥结构体系,其特征在于:所述吊杆的连接部位设有防罩,并在钢箱梁主梁与吊杆处设有防水结构,所述防水结构设于所述钢箱梁主梁的凸起位置,所述凸起具有坡度,坡度不小于2%。
5.根据权利要求1所述的一种梁拱组合桥结构体系,其特征在于:所述临时固结装置与临时索塔在施工过程中构成斜拉受力体系,所述梁拱组合桥梁进行左右对称施工。
6.一种梁拱组合桥结构体系的转换设计与施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)临时固结装置由大钢箱和小钢箱通过焊接形成装置;
2)临时固结装置通过与钢箱梁主梁、桥墩预埋钢板进行焊接,并张拉钢绞线形成可靠固结体系;
3)架设临时钢桁架临时索塔,并通过张拉背索形成斜拉体系中的临时索塔结构;
4)通过临时索塔斜拉悬臂体系的提升装置对划分拱肋节段进行吊装,吊装完成之后需对其进行拉索固定,并在临时索塔背部设置相应背索,保证施工结构的安全性能;
5)在安装焊接完成的拱肋阶段设置临时吊杆,并通过临时吊杆对钢箱梁主梁节段进行施工,达到梁、拱同步施工,以达到加快施工效率、保障施工安全的目的;
6)在拱梁与主梁系梁合龙之后,通过简易气割方式拆除临时固结装置的钢腹板,达到结构体系转换的目的;
7)进行钢系梁两侧边梁的对称焊接施工,形成钢箱梁完整截面;
8)拆除临时索塔;
9)完成钢箱梁截面之后,对预制桥面板进行吊装和湿接缝施工。
7.根据权利要求6所述的一种梁拱组合桥结构体系的转换设计与施工方法,其特征在于:所述吊杆在拱肋节段吊装、焊接并固定到位之后进行施工,吊杆为“永临结合”装置,在施工过程中起到固定主梁的作用,在成桥阶段起到重分布拱肋、主梁内力的作用;所述吊杆拉力在每一节段施工完成之后进行拉力监测。
8.根据权利要求6所述的一种梁拱组合桥结构体系的转换设计与施工方法,其特征在于:所述钢箱梁主梁节段通过临时索塔的吊臂提升至设计高程,并进行焊接;所述钢箱梁主梁节段焊接完成之后进行吊杆连接,并设置初始张拉力F,F=800kN。
9.根据权利要求6所述的一种梁拱组合桥结构体系的转换设计与施工方法,其特征在于:所述临时固结装置在跨中钢箱梁主梁合龙之后进行拆除,完成体系转换,由悬臂斜拉施工体系,转化为连续刚构受力体系;所述临时固结装置先解除钢绞线拉力,后切割大钢箱和小钢箱;所述临时固结装置的钢绞线拉力通过千斤顶进行拆除,采用千斤顶逐根把夹片从锚环中取出;所述临时固结装置的钢箱通过气割的方式对其进行拆除,先切割外部大钢箱,后切割内部小钢箱;所述临时固结装置的大钢箱和小钢箱在切除完成需对桥梁的高程进行监测,保证其高程变化小于2mm。

说明书全文

一种梁拱组合桥结构体系转换设计与施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及桥梁工程的技术领域,具体涉及了一种梁拱组合桥结构体系转换设计与施工方法。

背景技术

[0002] 下承式梁拱组合桥是在常规混凝土连续桥的基础上发展起来的新型桥梁结构,下承式梁拱组合桥梁的诞生大大提高了混凝土桥梁的跨越能。与传统连续桥相比,下承式梁拱组合桥梁具有提高桥墩根部区段的结构承载效率、减少跨中受力和挠度、提高高墩稳定和受力性能、降低下部结构与基础工程规模,提高结构抗震性能等诸多优点。
[0003] 下承式梁拱组合桥的主要组成部分包括箱梁主梁、拱肋和吊杆。其主要受力模式为内部超静定,外部根据支座的布置形式和主梁的设计长度分为静定简支结构和超静定连续结构,本文所依托的工程即为外部超静定连续结构。钢箱梁主梁在外部荷载作用下以受弯为主;拱肋在外部荷载作用下以受压为主;吊杆是连接钢箱梁主梁和拱肋的重要部分,在外部荷载作用下以受拉为主,起到对钢箱梁主梁和拱肋进行内力重分布的重要作用;除了通过吊杆将拱肋与钢箱梁主梁进行连接之外,其存在梁拱节点的复杂构造,此处具备结构、受力双重复杂性,因此施工过程通常将归于钢箱梁主梁节段,避免焊接过程的复杂性。此类桥梁的受力清晰且合理,各个组成部分能够充分发挥其材料性能,但是也因其受力清晰的特点,对施工过程精度的要求相对严苛,需要对每个组成部分的设计高程精准把控。
[0004] 因此,目前此类组合桥一般采用简单的“先梁后拱”的施工方法,即完成连续梁施工后,再进行拱肋的施工,常见的“先梁后拱”施工方法简介如下:
[0005] (1)通过满堂支架、顶推、吊装等方式施工连续主梁之后,在主梁上架设满堂支架对拱肋进行施工;
[0006] (2)通过满堂支架、顶推、吊装等方式施工完成连续主梁之后,在连续梁上进行拱肋施工,拱肋完成之后通过竖向转体对左右拱肋进行合龙。
[0007] 但是,这种“先梁后拱”的施工方法无疑将造成在桥位处拼装时间长、零散部件多,影响施工效率等问题。

发明内容

[0008] 本发明的目的是解决背景技术中提到的问题,提供一种梁拱组合桥结构体系转换设计与施工方法。
[0009] 为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案为:一种梁拱组合桥结构体系,其包括临时固结装置和临时钢桁梁索塔斜拉悬臂体系,所述临时固结装置由分层钢箱与预留在钢箱梁和桥墩的钢板焊接连接,并通过张拉钢绞线对其进行固结处理;所述临时钢桁架索塔斜拉悬臂施工体系由钢桁架索塔、钢箱梁临时固结体系、桥梁安装节段、背索、拉索及吊杆组成斜拉受力体系,以保证施工过程的安全性和可靠性。
[0010] 进一步的,临时固结装置的主体通过内外两部分钢箱焊接而成,在保证结构可靠性的同时,也为后续结构体系转换提供便利,只需采用气割方式对钢箱梁腹板进行切割即可拆除。
[0011] 进一步的,临时固结装置与钢箱梁和桥墩通过预埋钢板焊接和钢绞线张拉进行,在保证固结方式的同时又不至于产生过大的刚度,避免临时固结装置因温度变化、混凝土收缩徐变等荷载作用下产生过大的次内力。
[0012] 进一步的,钢桁架索塔斜拉悬臂体系可进行拱肋与钢箱梁系梁同步施工,保证施工安全的同时,大幅度提升施工效率。
[0013] 进一步的,采用大量拉杆对桥梁节段进行固定,保证施工过程中的安全性。
[0014] 一种梁拱组合桥结构体系的转换设计与施工方法,包括以下步骤:
[0015] 1)临时固结装置由内外钢箱通过焊接形成装置主体结构;
[0016] 2)临时固结装置通过与钢箱梁、桥墩预埋钢板进行焊接,并张拉钢绞线形成可靠固结体系;
[0017] 3)架设临时钢桁架索塔,并通过张拉背索形成斜拉体系中的索塔结构;
[0018] 4)通过临时索塔斜拉悬臂体系的提升装置对划分拱肋节段进行吊装,吊装完成之后需对其进行拉索固定,并在索塔背部设置相应背索,保证施工结构的安全性能;
[0019] 5)在安装焊接完成的拱肋阶段设置吊杆,并通过吊杆对钢系梁进行施工,达到梁、拱同步施工,以达到加快施工效率、保障施工安全的目的;
[0020] 6)在拱梁与主梁系梁合龙之后,拆除临时固结装置的钢绞线与钢箱,达到结构体系转换的目的;
[0021] 7)进行钢系梁两侧边梁的对称焊接施工,形成钢箱梁完整截面;
[0022] 8)拆除临时索塔结构;
[0023] 9)完成钢箱梁截面之后,对预制桥面板进行吊装和湿接缝施工。
[0024] 本发明与现有技术相比的优点在于:
[0025] 1、运用本发明所述的一种梁拱组合桥结构体系转换设计与施工方法,相较于现有梁拱组合桥梁施工方法,由于采用了梁、拱同步施工,对施工效率有了大幅度提高,并且采用受力合理的临时悬臂斜拉体系,对施工过程中的附属结构设置较少,能够大幅度增加施工作业面,对施工过程中的桥梁检测等工作提供便利途径;
[0026] 2、运用本发明所述的一种梁拱组合桥结构体系转换设计与施工方法,所述钢箱梁主梁与桥墩之间设置临时固结装置,由于临时固结装置采用分层钢箱焊接而成,并与钢箱梁主梁和桥墩预埋钢板进行焊接,在施工过程中形成可靠的受力装置,对温度荷载等作用不会产生较大的次内力,并且其拆除过程只需通过简易气割方式进行,拆除便利,对原本桥梁的影响较小。
[0027] 3、运用本发明所述的一种梁拱组合桥结构体系转换设计与施工方法,所述桥梁主体的拱肋、主梁节段通过索塔进行吊装施工,由于索塔背部设置背索,背索锚固于地面,并且吊装过程中在吊臂上设置相应的配重,保证索塔中心处的弯矩平衡,最后在各节段安装到位后进行相应拉索和背索的设置,该施工过程受力清晰,结构可靠对于施工过程中的安全性和施工效率都有一定的保证。附图说明
[0028] 图1为本发明下承式梁拱组合桥示意图。
[0029] 图2为本发明下承式梁拱组合桥钢箱梁截面示意图。
[0030] 图3为本发明临时固结装置示意图。
[0031] 图4为本发明图3中A的局部放大图。
[0032] 图5为本发明临时索塔装置示意图。
[0033] 图6为本发明第一节段拱肋施工示意图。
[0034] 图7为本发明第二节段拱肋施工示意图。
[0035] 图8为本发明第三节段拱肋施工示意图。
[0036] 图9为本发明第四节段拱肋施工示意图。
[0037] 图10本发明临时固结装置解除示意图。

具体实施方式

[0038] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0039] 在本发明实施例的描述中,需要说明的是,若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0040] 此外,若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
[0041] 在本发明实施例的描述中,“多个”代表至少2个。
[0042] 在本发明实施例的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0043] 如图所示,一种梁拱组合桥结构体系,包括临时固结装置1和临时索塔2,所述临时固结装置1用于施工时连接钢箱梁主梁3和桥墩4,所述临时索塔2底部固结在钢箱梁主梁3上,所述临时固结装置1与所述临时索塔2构成施工时的悬臂吊装体系,呈现局部斜拉桥受力体系,进行拱肋5节段、钢箱梁主梁3节段的吊装;
[0044] 所述钢箱梁主梁3的梁拱组合节段在其底部焊接顶钢板6,桥墩4在其顶部焊接底钢板7用于与临时固结装置1进行焊接连接;
[0045] 所述临时固结装置1通过与顶钢板6和底钢板7进行焊接之外,并在其截面中线8处设置钢绞线9与钢箱梁主梁3和桥墩4进行锚固连接,所述临时固结装置1由内外两层钢板厚度相同大钢箱10与小钢箱11组成,所述临时固结装置1需要在截面中心线处对其进行开孔处理,保证钢绞线9从临时固结装置1中心线穿过;
[0046] 所述临时索塔2底部与钢箱梁主梁3锚固在一起,设置背索12防止临时索塔2失稳,所述背索12与临时索塔2的倾为θ,30°≤θ≤60°,所述临时索塔2的吊臂13一端通过拉索14起吊拱肋5节段与钢箱梁主梁3节段,起吊时须在吊臂13的另一端设置配重15,保证吊臂13左右两端对临时索塔2中心处的弯矩平衡,所述拱肋5节段吊装到位并进行焊接完成之后,对其设置相应拉索14和背索12,拉索14连接拱肋5节段与临时索塔2,背索12一端与地面锚固连接,一端与临时索塔2连接。
[0047] 在拱肋5两侧设置两排吊杆16,同一位置的两根吊杆16延长线相较于拱肋5中线。
[0048] 所述吊杆16为柔性吊杆16,包括吊索和护管,所述护管套接于所述吊索外。
[0049] 所述吊杆16的连接部位设有防水罩,并在钢箱梁主梁3与吊杆16处设有防水结构,所述防水结构设于所述钢箱梁主梁3的凸起位置,所述凸起具有坡度,坡度不小于2%。
[0050] 所述临时固结装置1与临时索塔2在施工过程中构成斜拉受力体系,所述梁拱组合桥梁进行左右对称施工。
[0051] 一种梁拱组合桥结构体系的转换设计与施工方法,包括以下步骤:
[0052] 1)临时固结装置1由大钢箱10和小钢箱11通过焊接形成装置;
[0053] 2)临时固结装置1通过与钢箱梁主梁3、桥墩4预埋钢板进行焊接,并张拉钢绞线9形成可靠固结体系;
[0054] 3)架设临时钢桁架临时索塔2,并通过张拉背索12形成斜拉体系中的临时索塔2结构;
[0055] 4)通过临时索塔2斜拉悬臂体系的提升装置对划分拱肋5节段进行吊装,吊装完成之后需对其进行拉索14固定,并在临时索塔2背部设置相应背索12,保证施工结构的安全性能;
[0056] 5)在安装焊接完成的拱肋5阶段设置临时吊杆16,并通过临时吊杆16对钢箱梁主梁3节段进行施工,达到梁、拱同步施工,以达到加快施工效率、保障施工安全的目的;
[0057] 6)在拱梁与主梁系梁合龙之后,通过简易气割18方式拆除临时固结装置1的钢腹板,达到结构体系转换的目的;
[0058] 7)进行钢系梁两侧边梁17的对称焊接施工,形成钢箱梁完整截面;
[0059] 8)拆除临时索塔2;
[0060] 9)完成钢箱梁截面之后,对预制桥面板进行吊装和湿接缝施工。
[0061] 所述吊杆16在拱肋5节段吊装、焊接并固定到位之后进行施工,吊杆16为“永临结合”装置,在施工过程中起到固定主梁的作用,在成桥阶段起到重分布拱肋5、主梁内力的作用;所述吊杆16拉力在每一节段施工完成之后进行拉力监测。
[0062] 所述钢箱梁主梁3节段通过临时索塔2的吊臂13提升至设计高程,并进行焊接;所述钢箱梁主梁3节段焊接完成之后进行吊杆16连接,并设置初始张拉力F,F=800kN。
[0063] 所述临时固结装置1在跨中钢箱梁主梁3合龙之后进行拆除,完成体系转换,由悬臂斜拉施工体系,转化为连续刚构受力体系;所述临时固结装置1先解除钢绞线9拉力,后切割大钢箱10和小钢箱11;所述临时固结装置1的钢绞线9拉力通过千斤顶进行拆除,采用千斤顶逐根把夹片从锚环中取出;所述临时固结装置1的钢箱通过气割的方式对其进行拆除,先切割外部大钢箱10,后切割内部小钢箱11;所述临时固结装置1的大钢箱10和小钢箱11在切除完成需对桥梁的高程进行监测,保证其高程变化小于2mm。
[0064] 本发明在具体实施时,如图1所示,本发明针对的对象是下承式梁拱组合桥梁,其包括拱肋、钢主梁、吊杆和桥墩。本发明所设计的临时钢箱梁固结装置位于拱肋与桥墩的连接位置。
[0065] 如图2所示,为钢箱梁横断面图,在钢系梁加工过程中在箱梁底部进行钢板预埋,用于与临时固结装置进行焊接,图中的系梁部分将在拱肋与主梁合龙之后进行吊装焊接。
[0066] 如图3、图4所示,临时固结装置是通过张拉钢绞线和焊接上下钢板形成固结体系,固结装置主体由采用多层钢箱形式,大钢箱套小钢箱,分层焊接。具体焊接工艺为先小钢箱,再大钢箱,与临时支座上下钢板焊接。此作法可减少温度变化、混凝土水化热对桥梁节段构件内力的影响,并且便于结构体系转换后的拆卸,只需钢箱腹板进行气割即可。
[0067] 如图5所示,临时索塔由索塔主体、背索、拉索、吊臂组成,背索用于稳定临时索塔结构,保证施工过程中的稳定性,其一端与索塔进行连接,一端锚固与地面;拉索是用于连接索塔与拱肋阶段,保证施工过程中拱肋阶段的稳定性;所述拉索与背索在每一节段施工完成之后都需进行增加设置,以满足结构受力可靠性和安全性;吊臂的一端设置提升装置用于吊装拱肋节段和钢箱梁主梁节段,一端用于放置配重块,以保证吊臂作用两端对索塔中心的弯矩平衡。
[0068] 如图6至图9所示,临时钢桁梁悬臂斜拉施工体系对拱肋、主梁节段进行施工,其受力原理主要是拱肋节段构件通过拉索使索塔承受压力、背索承受拉力,这样子明确的受力体系对于施工过程中的安全控制更为明确,而钢主梁系梁通过拱肋节段上的吊杆进行固定施工。具体施工顺序为:(1)在临时固结装置与索塔及其背索安装完成之后,先进行第一节段的拱肋吊装;(2)第一阶段的拱肋吊装完成之后进行拱肋阶段的拉索及其对应背索固定;(3)进行吊杆施工,为后续进行主梁节段吊装奠定基础;(4)将吊装到位的主梁节段与吊杆进行锚固连接,对吊杆设置800kN的初始张拉力,在施工过程中需对张拉力进行监控调整,保证桥梁施工的可靠、安全;(5)重复上述步骤进行后续节段的施工,节段施工对称进行。这种梁、拱同步施工的受力体系有助于提高桥梁的施工效率,同时也可提高施工过程中的安全,减少对桥下通航的影响。
[0069] 如图10所示,为临时固结装置解除约束示意图,在保证桥梁整体受力可靠的情况下对约束进行解除,具体约束顺序如下:(1)首先解除箱梁顶部钢绞线,具体采用千斤顶逐根把夹片从锚环中取出,解除钢绞线约束力;(2)采用气割的方法解除临时支座与箱梁底板的刚性连接,具体为对多层钢箱进行逐层缓慢切割,每一层切割都需观察箱梁的变化,直至箱梁与临时支座完全分离;(3)对解除约束前后的高程进行观测,控制前后高程变化在2mm范围内。
[0070] 以上对本发明及其实施方式进行了描述,这种描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。
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