钢箱提篮拱桥吊装关键技术

钢箱提篮拱桥吊装关键技术

郭洪存

   中建八局第三建设有限公司   江苏省南京市   210000 身份证号：370982199107093875

摘要：为探索大跨度钢箱式提篮拱桥施工控制的主要内容及技术难题，提出一次张拉到位的思路，以钢箱式提篮拱桥的施工控制要点，确定主拱圈的扣索力及位置标高。采用吊索一次张拉到位的方法，对一座实桥钢箱式拱桥进行了施工控制，得到了其合理的扣索力和位置高度。通过与实测数据的比较，表明该方法是可行、有效的。这种计算方法可以用于其它采用斜拉扣挂施工技术的其它拱桥的实际控制。

关键词：吊装关键；钢箱提篮；技术；拱桥

钢箱吊篮拱桥是一种拱形结构，它是将中承式钢箱拱桥的拱肋，围绕拱脚连接向桥轴线方位转动，或者在拱顶上合拢。这种桥型设计既能改善平拱的静力模式，又能改善水平稳定性，又能更有效地克服施工中的面外稳定性问题，又具有很高的审美价值。

钢箱式吊篮拱桥的施工管理是保证这种桥型按期、高质量的关键。针对云南小湾大桥使用的钢箱式吊车组合吊车，其主拱圈通常由距离桥梁较远的大型钢结构厂房进行，在进行加工、制造时，为了确定加工生产的线型，必须按照建筑控制原理进行计算；由于受运输条件、缆绳吊装能力等因素的制约，在制造过程中，拱圈中一定会有更多的节段，并且单个或预制节段体积大，线型复杂，空间定位精度高，在长途运输后，会导致拱段的局部变形；针对施工过程中预拱度线型误差、拱架随机几何误差、焊接变形误差等原因，在现场测量变形、索力、应变试验与理论计算结果的量化对比，可以对后续节段的位置标高进行及时的反馈和修正，从而保证了最终大桥的安全、高质量、按时完工。

因此，在钢箱式吊篮拱桥施工中，其关键技术表现为：主拱圈的设置、吊索力、拱段的定位标高、横梁位置标高等，特别是当扣、背索采用钢铰线施工时，客观上要求扣、背索应尽量减少张拉次数，而不应反复调高；否则，就会使缆绳松驰，从而使索力失去，甚至会出现滑落，造成质量事故。

一、施工过程中的关键技术

1.扣、背索张拉索的受力计算原则

在斜拉扣挂悬臂拼装钢箱提篮拱桥的扣、背索索力确定时，运用了几种不同的计算方法，如斜拉桥中的吊索一次张拉到位的思路，在相关专家的帮助下，通过各种理论分析（包括倒卸法）的对比，得出了一种较为理想的计算方法。该方案得到了建筑和设计部门的大力支持，并大胆地采纳。经实际应用，该方案是一种简便、实用的施工方案。

为简化问题，假定半跨结构共有扣索为 n－1根，且编号分别设为1～n－1号，那么显然，除去合龙段外，半跨拱的箱体中共有n-1个节块。假定每个扣索采用一次的主张拉法计算，即仅在本节段设计时主动张拉索力，在最后一个阶段主张拉施工到的初索力(i=1至n-1)，各扣索的最初索力设为，当扣索方式按现实几何位置选择扣索方式时，假定拱箱轴线布置位于设计成桥裸拱拱轴线，第i段与i-1段刚接时，按静力平衡条件求出第一段的扣索力，而第i段的扣索初索力确定方法是在现有结构(包含第i-1分段的扣索等)工程设计中，第i个扣索应力在主张拉工程设计中，只在扣塔和钢箱拱上产生了紧张感，而不在上部扣索构件上产生，并使前端满足已设置裸拱轴线部位上的索应力。索力的大小根据一定的扣绳力矩与水平作用力必须相等的原则而决定。

图1

图2

假设所需张拉索的总长度为 m，m=4x(n-1)，所需控制的参数数量为k(k>m)，并根据所述方法所确定的索力×1进行进一步分析，直至成桥。在控制参数中，除了钢箱拱的安装节点与标高外，还包括了吊顶偏移、背索山锚的锚固安全系数、拱顶高度等。在正装分析中，在拉索张拉时，可以得到张拉单元力（以j号索）时，第一个控制参数的（索力影响因子）。在确定了目标值x1之后，该控制参数的偏移是：

张拉索力调整量假定为｛ΔT｝，则

用最小二乘法对这一矛盾方程组进行求解，即求ΔT，使满足

写成矩阵形式为

上述m个方程、m个待求索力调整未知量的线性方程，可以证明当［a］列满秩时，式（5）有唯一解｛ΔT｝。那么新的索力为

｛T2｝＝｛T1｝＋｛ΔT｝(6)

由式（5）可求出新的张拉索力调整量｛ΔT｝，则下一循环张拉力为

｛T3｝＝｛T2｝＋｛ΔT｝ （7）

通常采用e1=1%~2%，e2=2%~6%，而扣塔的顶部偏差值为±10毫米，而拱顶高度偏差值为±5毫米；扣索索力是一种暂时性的索力，可使其精确性得到释放。

一般来说，所给出的索力值(T)称为索力本节下一个张拉的索力，又叫做预张索力或初张索力；同样，分段的位置标高将在一次确定后不会再作出改变。

2.拱箱安装位置标高的确定

在正装计算中，钢拱箱节段的结点高度是一个目标，在不考虑大变形的情况下，各个阶段的结点坐标不会改变，这与叠置原则是一致的。在此基础上，根据所获得的安装索力，通过正装分析，得到了装配节点i处的累计变形，其中，包括扣塔的顶位，设该数值为（例如，钢拱箱节段的变形为负值），设第一组钢箱拱节段的裸拱设计标高为

，设i号拼装结点的位置标高为。在实践中，要完全避开温度的影响是很困难的，通常需要根据现场的温度场对位置标高和状态标高值进行校正。

3.横梁和车架的位置标高计算原则

在这种结构中，首先设置吊索横梁，然后再设置桥面，索力保持不变，只有在确认了横梁和排架构造的位置高度之后，方可确定桥面结构的高度。如横梁和排架构造的施工定位高度为{}与吊索、梁、排架构造的施工顺序相关，设气窗的梁底设计标高则为{H}，主要是在横梁和排架构造完成后，在改变横梁的高度时，如先简支后连续的路面系构造，横梁位置高度要求纵梁和路面铺装的恒载，将位置横梁的变化值反号后乘以{H}即可，可将多个横梁和排架构造在一起改变位置高度，这与横梁和排架构造的安装顺序无关；横梁的安装高度计算方法是一次确定法，也就是当横梁被布置在悬桥上之后，一次性确定的高度为，它和第一次横梁和大梁的布置次序直接相关，但由于后续的大梁和桥面系对先前已布置过的大梁的高度造成了限制，因而后期大梁、桥面等的加工工艺对第i梁的变化累积作用为(负值)，而不考虑第一梁本身和早期大梁等的加工重量的作用。

是首先按横梁进行基本确定，再进行纵向连续，然后根据索力进行正确固定的安装技术，吊索的确定索力要根据泵管的主要结构的承载力和张拉方向来确定，本文不作论述；在现场使用中，必须对温度场进行测量和校正。

二、建筑控制的模型

本文所做的研究对象是小湾大桥，它的主拱圈、拱上排、永久风撑均为薄壁钢箱结构，根据其实际受力状况，大多数部件由压应力控制，容易引起局部或构件的不稳定，而索梁的整体稳定性也可以通过索梁模型进行，然而，由于薄壁件的局部稳定问题，在有限元分析中不能很好的解决。因此，在该工程中，采用以下单元系统对桥梁进行模拟：主拱和永久风拉箱壁、隔板采用板、索单元；在各种受力情况下，采用了梁单元；在桥梁体系中，采用了梁（网架）单元；在施工过程中，吊车和背车必须使用绳索；在工程建设中采用了梁式结构；同时，还对铺装路等部分进行了等效荷载分析。

三、施工控制结果

1.变形结果

本文只对最终成桥在19℃的稳定温度条件下的线型截面进行了测试，所用的是TC1800高精度全站仪，具体的施工工艺，如裸拱情况等，将另行说明。

2.温度与应力试验的结果

钢箱拱内部控制断面和永久风架在施工阶段安装时，采用了振动弦式应变仪，并在预制梁前面预先埋设了应变传感器，在施工过程中，对各种应变进行了大量的试验，并对一些情况下的钢箱进行了温度场的测量，为小湾大桥高精度的合拢和竣工奠定了良好的基础。钢拱箱的受力状况在理论上是合理的。

结论：1.小湾大桥是中国首座合拢并投入使用的钢箱式吊篮拱桥，它具有很高的合拢精度，在很短的时间内自然合拢。

2.恒载成桥状况良好，试验结果与实测的线型、应力符合良好，与有关的质量评价指标相比，偏差小得多。

3.在钢箱式吊篮拱桥施工中，吊索式张拉一次到位，其关键技术是十分成功的。

4.本文所研究的钢箱式吊篮拱桥的施工控制技术，可在其它采用斜拉、扣挂施工技术的拱桥中得到推广。

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