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大跨度连续刚构柔性拱组合桥施工控制

2024-01-25 来源:华佗健康网
62桥梁建设2009年第6期文章编号:1003--4722(2009)06—0062~05大跨度连续刚构柔性拱组合桥施工控制刘振标1,严爱国1,罗世东1,张立超2(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉430063;2.中铁大桥局集团有限公司,湖北武汉430050)摘要:宜万铁路宜昌长江大桥主桥为(130+2×275+130)m连续刚构柔性拱组合桥,主梁采用单箱双室截面,拱肋采用钢管混凝土桁架拱。该桥采用“先梁后拱”法施工。其施工控制的难点和重点为主梁两合龙段同时对顶合龙与两跨拱肋竖转合龙,施工控制的内容主要包括线形控制和应力监测。采用预测控制法对施工误差进行分析、识别、调整;通过3种有限元模型对比,适当修正主梁预抛高值。施工过程中的线形和应力监控结果表明,主梁和拱肋成桥线形误差均控制在允许范围内,结构应力满足设计要求,施工控制效果良好。关键词:铁路桥;组合结构;悬臂浇筑;竖向转体;施工控制中图分类号:U445.1;U448.13文献标志码:AConstructionControlofLongSpanHybridBridgeofContinuousRigidFramesandFlexibleArches2LIUZhen—biao1,YANAi—guo1,LUOShi—dong1,ZHANGLi—chao(1.ChinaRailwayTiesiyuanSurveyandDesignGroup2.ChinaZhongtieCo.,I,td.,Wuhan430063,China;MajorBridgeEngineeringGroupCo.,Ltd.,Wuhan430050,China)Abstract:ThemainbridgeofYichangChangjiangRiverBridgeisaOrlYichang—WanzhouRailwaylongspanhybridbridgeofcontinuousrigidframesandflexiblearcheswithspanarrangementas(130+2×275+130)m.Themaingirderofthebridgeisdesignedboxcrossthedouble-cellandsinglesectionandtheconcrete—filledsteeltubetrussarchesareusedforthearchribs.Thebridgeisconstructedbythemethodof”erectingthegirderfirstandthearchribslate”,ofwhichthedifficultandcriticalpointsoftheconstructioncontr01arethatthetwoclosuresegmentsofthemaingirderwillbeclosedinawayofsimultaneousoppositejackingandthearchribsoftwospansaofthebridgewillbeclosedinrateswayofverticalrotation.Theconstructioncontrolmainlyincorpo—stressthegeometriccontrolandmonitoring.Theprediction-controlmethodisusederrorstoana—lyze,recognizeandadjusttheconstructionandthepre-cambervaluesofthemaingirderwillbeappropriatelymodifiedbythecomparisonofthethreekindsofthefiniteelementmodels.Theresultsofthegeometriccontrolandmetricerrorsstressmonitoringintheconstructionindicatethegeo—beenallcontrolledcon—ofthemaingirderandarchribsofthecompletedbridgehavestresscanwithintheallowablerange,thestructuralstructioncontroliSeffective.satisfythedesignrequirementsandtheKeywords:railwaybridge;hybridstructure;cantilevercasting;verticalrotation;construc—tioncontr01收稿日期:2008—11一07基金项目:铁道部科技司科研项目(2003G035一A)子课题作者简介:刘振标(1972一)。男.高级上程师。1996年毕业于石家庄铁道学院桥梁工程专业,工学学士(1iuzhenbia0888@163.corn)。万方数据大跨度连续刚构柔性拱组合桥施工控制1前言刘振标,严爱国,罗世东,张立超632工程概况宜昌长江大桥主桥为(130+2×275+130)m连续刚构柔性拱组合结构,主要技术标准:双线I级铁路,中一活载,设计速度目标值为旅客列车160km/h、货物列车120km/h。主梁采用单箱双室截面,边腹板为斜腹板,箱梁顶板宽14.4m,底板宽由主跨跨中11.727m渐变至根部9.2m,中支点梁高14.5m,主跨跨中梁高4.8连续刚构柔性拱组合结构,采用“先梁后拱”施工方法,主梁自重主要由连续刚构承受,二期恒载及活载由拱、梁共同承受,充分发挥了二者的受力特性¨],适合高速列车运行对桥梁性能的要求,具有跨越能力强、整体刚度大、施工方便的优点。本文参照国内大跨连续刚构桥埋’31和钢管混凝土拱桥成功的施工控制经验[4],结合宜万铁路宜昌长江大桥,探讨大跨度连续刚构柔性拱组合桥的施工控制要点和实施方案。m。全梁共分177个梁段,边跨编号SO~¥28,拱肋采用钢管混凝土桁架拱,计算跨度264m,中跨编号Mo~M30。1/2主桥总体布置见图1。单位lm图11/2主桥总体布置矢高52.8m,矢跨比1/5,拱轴线为二次抛物线。每片拱肋上、下弦管为4根庐750rnlTl钢管混凝土构件,由横向平联板、竖向腹杆连接成为钢管混凝土桁架。同类型大跨连续刚构,大部分采用3跨对称布置,先边跨合龙后中跨合龙,各节段标高和施工预抛高值可进行对称性比较。该桥采用4主跨,边跨和中跨跨径比值0.473,小于一般连续刚构,主梁边跨3施工过程合龙后仍需向中跨方向单侧悬浇27~29号梁段,中跨合龙前结构属单悬臂体系;中主墩主梁直接对称悬浇至29号梁段,合龙前结构属双悬臂体系。两体系在相同水平及竖向荷载作用下,合龙段两侧主梁产生不同的竖向位移,因而中跨合龙段两端节段标高和施工预抛高值不具对称性可供比较。此外,3个主墩下部结构刚度差异性对梁端位移的影响亦为不确定因素。与普通大跨连续刚构相比,主梁施工控制难度较大。采用双主跨拱肋竖转合龙,施工控制难度主要体现在:双中跨均位于主航道,不具备横向缆风设置条件,横向精度控制困难;竖转合龙过程中,保持扣索力的合理比例关系对线形控制至关重要;两跨钢管拱先后合龙,中桥塔前后扣索同时兼顾锚索功能,竖转过程中对桥塔强度、刚度及稳定要求较高。5施工控制内容施工控制的内容主要包括线形控制和应力监测。主梁线形控制就是严格控制每一节段箱梁的竖向挠度及横向偏移;拱肋线形控制主要是精确计算主桥采用“先梁后拱”施工方法,即先形成连续刚构体系,后桥面拼装拱肋节段并竖向转体合龙。(1)主梁施工。主梁采用悬臂浇筑法施工。边主墩11号、13号墩处主梁对称悬浇至26号梁段后,先边跨合龙,形成单悬臂结构,随后主梁继续向中跨方向悬浇27~29号梁段;中主墩处主梁直接对称悬浇至29号梁段。最后对中跨两合龙段同时施加对顶力,结构锁定,中跨合龙,形成连续刚构体系。(2)拱肋施工。施工顺序为:桥面搭设拼装支架、竖转塔架、扣索及平衡索安装一拱肋节段起吊一对位、临时固结一调整线形一拱段永久固定拼焊一竖向转体一焊接合龙段。该桥两跨拱肋不同时呸转合龙,先竖转合龙11号、12号墩间拱肋,后竖转合龙12号、13号墩问拱肋。4施工控制重点和难点该桥主梁(连续刚构)跨径275m,拱肋计算跨度264m,主梁两合龙段同时对顶合龙与两跨拱肋竖转合龙是该桥施工控制的重点和难点。万方数据64桥梁建设2009年第6期出每段桁架拼装时支架定位标高,竖转过程中保持扣索力的合理比例关系,确保合龙时的线形符合设计要求。应力监测是施工过程的安全预警系统,通过采集主梁和拱肋在施工过程中以及成桥后的应力,分析和评估结构施工及应用过程中的安全性,采取调整纵向预应力索张拉控制应力、吊杆力、合龙温度等手段,使实际结构受力尽量接近设计期锂状态。该桥主梁及拱肋均属自架设施工方法,施工控制采用预测控制法,按照施工一量测一识别一修正一预告一施工的循环过程进行,核心任务是对各种施工误差进行分析、识别、调整,从前进分析、倒退分析、实时跟踪分析3方面人手,相互结合,预测后续的目标状态,使成桥结构在线形、应力各方面满足设计要求。预拱度采用3种有限元模型进行分析计算,在综合比较基础上合理设置。第1种是忽略混凝土湿重加载、卸载过程,各施工节段直接作为单元加入到施工模型中,简称直接单元法;第2种是模拟湿重,即考虑转移锚固功能和混凝土湿重加载、卸载的过程,模拟计算与实际施工过程相统一,简称湿重模拟法;第3种介于以上2种方法之间,即只模拟挂篮移动,同时将施工节段直接作为单元加入到施工模型中,不考虑挂篮的转移锚固,简称中间法。6合龙控制6.1主梁中跨合龙控制中跨合龙段施工采用体外劲性钢管骨架辅以张拉顶、底板临时预应力索锁定,无应力状态合龙。为改善结构受力状况,合龙前需同时对双主跨施加13000顶、底板各4台。中跨合龙对顶平面布置见图2。千斤顶前方设置钢板,钢板与分配梁接触面打磨光滑并涂抹黄油,以适应施加对顶力时合龙段两侧梁端的呸向位移差。对顶前1周,连续对环境温度进行观测,选择在温度恒定的阴天下午进行对顶合龙以消除温差影响。每台千斤顶按每级250kN分级对顶,前4级对顶时,保持底板对顶力大于顶板2级,以充分释放梁端位移。对顶过程中,加强对梁端和墩顶的位移观测,以对顶力控制为主。因环境温度低于理论合龙温度,对顶力适当调整,实际施加12000kN对顶力。对顶完成随即对体系进行锁定。11号、12号墩问合龙段标高差为1。0mm;12号、13号墩间合龙段标高差为3.5lmm。440/23103101440/2.245_卜槎矬1129粱段:245。分配粱fTl图2主梁中跨合龙对顶布置平面示意6.2拱肋竖转控制竖转体系由铰座、铰轴、拱肋、桥塔、扣索、锚索、压塔索及同步提升系统等组成。桥塔高约61ITI,由万能杆件拼装而成,塔底与梁顶预埋件固结,通过压塔索将三桥塔串联,形成整体以增强竖转过程中的稳定性。压塔索、后锚索通过分配梁锚固在主梁边直段。第2跨拱肋竖转到位示意见图3。竖转控制内容主要有:kN对顶力。每个合龙口布置8台千斤顶,宜昌…1嗲罗/。唧.06锚索+锚索2.>一,小jFl≥葬蕊目瑟喜蕊l干图3第2跨拱肋竖转到位示意一司一..9\憋瓤0啪P14(1)铰座加工及预埋精度控制。拱肋呸转以钢管混凝土铰轴为转动中心,拱座上设半圆槽形钢板作为铰座。为保证铰轴、铰座转动良好,严格控制铰轴、铰座制作精度和预埋精度,在无横向缆风调整拱肋横向偏差的条件下,尤其应防止同跨拱肋铰座预埋定位产生同向偏差。若同跨铰座发生同向预埋偏差1mm,放大到拱顶,拱轴线将产生约53.8mm横向偏差,超出拱轴线偏差容许值,不利于合龙。(2)竖转过程中扣索力合理分配。拱肋转体过程中,以高程控制为主,扣索力和高程双控。转体过程中每半跨拱肋扣索力之间的合理比例关系至关重要,它能使拱肋扣索点、前端点高程和相对高差控制万方数据大跨度连续刚构柔性拱组合桥施工控制刘振标,严爱国,罗世东,张立超65在允许范围内,从而保证拱肋线形。第2跨拱肋竖转过程中,同时加强对第1跨拱肋线形和扣索力监控观测。竖转到位时扣1(扣3、扣5、扣7)的理论扣索力为4200kN(合力),扣2(扣4、扣6、扣8)的理论扣索力为980kN(合力),与实际扣索力比较吻合。・(3)竖转过程中桥塔控制。桥塔是竖转系统重要的承重结构,主要承受扣索力、锚索力、压塔索力等。受施工场地限制,桥塔设计较柔,承受不平衡水平力有限,产生的塔顶水平位移亦不利于拱肋线形控制。因此,竖转过程中,力求桥塔两侧扣、锚索水平分力平衡,加强对桥塔顶水平位移和塔底杆件应力的实时监控,保证了桥塔安全和拱肋顺利合龙。7监控观测7.1线形控制7.1.1主梁线形选择在早上7:30之前完成线形观测以消除温度影响。每个梁段分3个测次,重点观测和分析混凝土浇筑后和预应力张拉后结构位移,核对挂篮前移后线形。(1)梁施工中前期。考虑主梁初始悬臂阶段竖向刚度较大,设计参数对结构影响较小,前5号梁段按理论参数进行预报和施工。5号梁段后,按照实际测定和评估的参数,对弹性模量、预应力摩阻损失、临时荷载、施工周期等进行修正,重新计算目标值,并对成桥线形进行适当调整。20号梁段预应力张拉后实测线形与设计理论线形差值见图4,结果表明,前20个梁段悬浇施工时,由于结构竖向刚度相对较大,混凝土浇筑后下挠度及预应力索张拉后上拱度值较小,实际线形与3种方法计算理论线形吻合较好。十中间法粱段锅号…o.・湿重模拟法—・一直接单元法+张拉后实铡图420号梁段预应力张拉后实际线形与理论线形比较(2)主梁施工后期。随着悬臂施工长度继续加大,结构刚度逐渐变柔,以及各种随机误差的累积,使得计算挠度值与实际挠度值之间的差异逐渐体现,表现在结构实际竖向刚度大于理论刚度,但结构万方数据线形仍在3种计算方法范围内,属可控线形范围。后续梁段施工控制遵循“宁高勿低”的原则对预拱度值进行适当的调整。中跨主梁实测成桥线形与实设成桥线形标高差值见图5,两线形基本吻合,差值小于L/5000,且呈正负分布,为小范围误差,主梁整体线形控制良好。塾。叼.04r~一0.06掣掣掣砦世哗掣岩紫尝嘴嶝嶝出掣掣岩訾唑咒掣邕嶝图5中跨主梁实测成桥线形与实设成桥线形标高差值7.1.2拱肋线形拱肋成桥线形主要由以下4方面控制:①工厂加工。严格控制拱肋各节段制造线形满足设计精度要求。②拼装支架定位。根据节段制造线形,调整拱肋鞍座,控制拱肋支架标高。③竖向转体。严格控制各扣索力比例分配,对各扣索点、前端点进行标高控制。④钢管内混凝土灌注及吊杆索张拉。大跨度桥梁施工过程可分为可控阶段和不可控阶段,前3项直接决定了拱肋线形,属可控阶段,后1项属不可控阶段,此时拱肋已合龙,对拱肋线形影响有限,因此,重点控制前3项。通过有限元模型模拟拱肋施工过程,得到拱肋制造预拱度用于工厂加工;拱肋拼装过程中精确控制支架定位标高;竖转合龙时,保持扣索力的合理比例关系,并考虑环境温度对标高的影响。拱肋予2007年12月10日竖转合龙,11号、12号墩间拱肋合龙段高差7.5mm,轴线偏差15mm;12号、13号墩间拱肋合龙段高差4.5mm,轴线偏差4.5mm,均满足合龙要求。各吊杆D12~DO对应拱肋处理论成桥线形与实测成桥线形标高差见图6。7.2应力监测全桥共布置248个钢弦式应变传感器,分别布0.060.040.020.00-o.02一o.0466桥梁建设2009年第6期置于墩顶、主梁和拱肋各控制截面。吊杆索力则通满足设计要求,施工控制效果良好,可供同类结构施过设置于吊杆上的磁通量传感器读取。工控制借鉴。应力监测数据表明,主梁悬臂施工过程前期,随着悬臂不断向前延伸,M1号、S1号块及M1号、M7号块前端点实测应力值与理论应力值存在一定差参考文献:值,规律表现为:主梁上缘压应力实测值小于理论[13罗世东,严爱国。刘振标.大跨度连续刚构柔性拱组合值,主梁下缘压应力实测值大于理论值。经综合分桥式研究[J].铁道科学与工程学报,2004,(2):57—析,对后续悬臂索、下弯索张拉控制应力进行了适当62.调整,收到了较好效果。整个施工阶段,主梁及拱肋(LU0Shi—dong,YANAi—guo,LIUZhen-biao.Re—searchontheLong—SpanCombined关键截面实测正应力和理论值基本吻合。各施工阶BridgeTypeofContinuousRigidFrameandFlexibleArch[J].Journal段中主梁M0截面上缘正应力的变化历程见图7。ofRailwayScienceandEngineering,2004,(2):57—62.inChinese)I-2]]刘刚亮,王中文.虎门大桥辅航道270m连续刚构悬∞鱼\R臂施工控制[J].桥梁建设,2001,(5):46--48.(LIUGang—liang,WANGZhong—wen.CantileverConstructionControlof270mContinuousRigidFrameBridgeforHumenBridgeAuxiliaryChannel[J].图7中主梁M0截面上缘正应力各施工阶段变化历程BridgeConstruction,2001,(5):46—48.inChinese)[3]文武松.苏通大桥辅桥连续刚构施工控制[J].桥梁建8结语设,2008。(4):65—69.宜万铁路宜昌长江大桥主桥施工控制自2005(WENWu—song.ConstructionControlofContinuous年4月启动,至2008年6月桥面铺装完成,历时3Rigid-FrameStructureofAuxiliaryBridgeofSutong年多,期间完成了各关键施工阶段的数据采集。在Bridge[J]].BridgeConstruction,2008,(4):65—69.计算分析的基础上,按照施工一量测一识别一修正…inChinese)徐升桥,尹浩辉.丫髻沙大桥的设计与施工fJ].铁道一预告一施工的循环过程,适当修正主梁预抛高值,一一标准设计,2001,21(1);20一22.并对可能影响主梁和拱肋高精度合龙的各种因素进(XUSheng-qiao。YinHao-hui.DesignandConstruc—行准确的预测和处置。监测监控结果表明,主梁和tionofMainBridgeofYajishaBridge[J].Railway拱肋成桥线形误差均控制在允许范围内,结构应力StandardDesign,2001,21(1):20一22.inChinese)●,,'',’●’’',,’I',’●','''',●,●,●',,’,,’,'’’’,’’’,’I21P-’●'’’’,,,',’’',,,'',●’●'''',’’’’''''’●’''’’'●'(上接第30页)Method[J].JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment,2005,(5):75—78.in参考文献:Chinese)[1]戴诗亮.随机振动实验技术[M].北京:清华大学出[3]武清玺.基于界面元模型的响应面法及其在大型结构版社,1984.可靠度分析中的应用I-D]].南京:河海大学。1999.[2]苏成,徐郁峰。韩大建.频率法测量索力中的参数分(WUQing—xi.ResponseSurfaceMethodBasedon析与索抗弯刚度的识别[J].公路交通科技,2005,BoundaryElementModelandItsApplieltiontoRelia—(5):75—78.bilityAnalysisofLarge-ScaleStructures[D].Nanjing:(SUCheng,XUYu—feng。HANDa—jian.ParameterHohaiUniversity。1999.inChinese)AnalysisandIdentificationofBendingStiffnessofCa—[4-1中交第一公路勘查设计研究院.广州珠江黄埔大桥及blesDuringTensionMeasurementsbyFrequency引线工程两阶段施工图设计I-R]].2005.万方数据

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