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桥梁施工平衡提升 法 辛斌 ， 周璞 5 桥梁 施工 平衡 提升法 编译辛斌 。 周璞 ( 中铁 大桥 局 集 团有 限公 司 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 5 0 ) 摘要 ： 论述一 种桥梁施工新 方法 ， 即在 竖 向制作 桥梁 主梁 ， 然后将 主梁 旋转 至其最 终水 平位置 的平衡 提 升 法 。这样 主梁就可 以结合采用 自爬升模板与桥 墩一起施工 ， 成本低 、 施 工速度快 。 关 键 词 ：桥 粱施 工 ； 平衡 提 升 法 ； 主 粱 ； 拉 杆 ； 压 杆 ； 铰 ； 现 场 试 验 中图分类号 ：u4 4 5 4 6 5 文献标志码 ： a 文章编号 ： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 0 9 ) 0 3 0 0 0 5 0 4 1 简 介 本 文所 述 的桥 梁施 工新 方法 的概念 是建 立 在首 先在竖向制作混凝土拱肋 ， 然后将拱肋竖转至其最 终位 置 的技术 上 的 。这 种 施 工 方 法 用 于 拱 桥 施 工 ， 主要 是 为 了取消 支架 ， 最 早应 用 于 1 9 5 4年意 大 利 的 鲁斯 亚 ( l u s s i a ) 人 行桥 的施 工 。其 它 的采 用 竖 转 施 工 的拱桥 见 表 1 。采 用 这种 方 法 施 工 的最 大 跨 度 的 桥 梁 是 德 国 的 阿根 托 贝 尔 ( ar g e n t o b e 1 ) 桥 ， 如 图 1 所示 。图中右半拱处在接近竖 直位置 ， 采用 自爬升 模板施 工 ， 左 半拱 已 经旋 转 就 位 。与 采 用 临 时 支 架 施工 半拱 肋 的方 法相 比 ， 在 竖 直位 置 施工 的新 方 法 ， 施工 过程 中弯 矩 小 ， 施 工速 度 快 。 表 1 竖转法施工拱桥 一览表 图 1 采用竖转 法施 工拱肋的阿根托 贝尔桥 2 平衡 提 升法 与桥 墩平 行 施工 主梁 能 容易 地完 成 ， 然 而 ， 为 了 将 主梁旋 转 至其 最 终 水 平 位 置 ， 必 须 采 用 一 些 附 加 构 件 ， 这些 构件 在设 计 上 可 以 承担 竖 转 过 程 中的 拉 力 及压 力 。 2 1 压 杆 平衡 提升 压 杆平 衡 提 升 示 意 见 图 2 。 桥 墩 、 主 梁 及 压 杆 构成一个静定结构 ， 其几何形状 随着压杆 a点向上 移 动而 变化 。在 提升 过 程 中 ， 三 角形 ab c 的形 状发 生 变化 ， a角 最终 由 o 。 变 为 6 0 。 ， 口角 由 o 。 变 为 1 5 0 。 ， y 角 由 0 。 变 为 9 0 。 。 a 图 2压杆平衡提升示 意 在提 升 过 程 中 ， 结 构 各 杆件 受 力 可 以通 过 平 衡 条 件 方便 地进 行计 算 。主 梁 恒 载 g e由铰 接 点 c的 桥 墩及 铰 接点 b 的压 杆 承 担 ， 压 杆 自重 荷 载 g 。假 定 由 a、 b两支 点 承担 ， 如 图 3所 示 。 图 3 提升过程 中的力的平衡( 系统为压杆 ) 由铰接 点 b的水 平及 竖 向力 的平 衡 ， 可 导 出 主 梁 中拉力 t及 压杆 中压 力 c： t = ( ge+ o 5 gs ) c一 ( g b +o 5 g s ) s l n 干 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 3 0 2 编译者简介 ： 辛斌 ( 1 9 6 7 一) ， 男 ， 高级工程师 ， 1 9 8 8年毕业于长沙铁道学 院铁道工程专业 ， 工学学士 ( e ma i l ：x i n b in z t mb e c c o rn) 。 ( 1 ) j ( 2 ) 6 世 界 桥 梁 2 0 0 9年第 3期 由 a点 的竖 向平衡 ， 司以导出提升 力 l： l o 5 g s + ( g n + o 5 g s ) 簧 ( 3 ) 2 2 拉杆平衡 提 升 采 用 拉杆 提升 法 施 工桥 梁 的过 程如 图 4所 示 。 桥墩 、 主梁 及 拉 杆 构 成 静 定 结 构 ， 通 过 提 升 主 梁 d 端点 ， 最 后成形 桥梁 。主梁 内力 、 拉杆 内力可 以通过 建 立 e点 ( 见 图 5 ) 的平衡方 程解 出 。由于 与主梁 自 重 g 相比， 拉杆 自重 g 非常小， 假设其为 0 。主梁 的 自重 由分别采 用作用 在 d点 、 e点 的力 g。 、 g 计 及。主梁中的压力 c及拉杆内力 t可按下式计算 ： c ge s m cp ( 4 ) t ： g s i n g ( 5 ) 提 升力 由 d点 的竖 向平衡方程 求得 ： l g。+ gec s o i n s g ( + s i n c ) p ( 6) 图 4拉 杆 平 衡 提 升 图 5 提升过程中力的平衡 ( 系统为拉杆 ) 3现场 试验 现场试 验 的 目的是为 了证 明新 的桥 梁施工 方法 是可行的。第一项试验是压杆提升法， 第二项试验 是 拉杆提 升法 。桥墩 、 主梁 、 压杆均 选择 钢筋混 凝土 材料 。桥梁 主跨分别 为 1 5 0 m( 压杆提 升试验) 和 1 7 0 m( 拉杆提升试验) ， 现场试验按 1： 1 o的 比例 缩 小 。 3 1 压 杆桥试 验 压杆 桥 结构 示 意见 图 6 ， 悬 臂 主梁 每侧 长 6 9 6 m， 主梁采 用实体 截 面 ， 高 0 4 1 3 “1 、 宽 0 6 4 it i ， 额 定重 量 4 4 5 k n。压 杆 长 4 4 5 it i ， 采用 0 3 m0 3 i t i 的实体截 面 ， 桥墩 高 8 3 2 1t i ， 由 4个 螺栓 与基 础 相 连 。为了加 快提升 进程 ， 桥墩 的下部 为开 口截面 ， 上 卜 垡 1 ： 塑 ： 一 一 j 。 。 旦 翌b - bc-c 单位 ：m 图 6压 杆 桥 结 构 示 葸 部安装了 4根 7 5 mm 的管道 ( 为安放提升设备之 用 ) 。 提 升过 程 中 ， 节 点处 的转轴 是 该施 工 方法 的关 键 部位 。试验 中节 点 a 和 b按 实际 尺寸 比例 缩小 。 节点 c设计为用眼孔螺栓承受拉力 ， 因为 c点 的曲 面半径若按实际比例就无法适合试验的需要 。 图 7为提升 前 后 a、 b节 点 的结 构 细节 。结 构 的端 面全 部为 曲面 ， 以线接 触 的方式 可相互滚 动 ， 由 此传 递提 升过程 中各 接触 面的压 力 。 ( a ) 节点a 一 ( b ) 节 点 b 单位 ： 图 7压杆桥提升前后的节点 a、 b细节 试验 中， 压 杆顶 端 a点转 角 为 6 o 。 ， 压 杆 的另一 端 b点亦伴随旋转 6 0 。 ， 与柱形截面相连的主梁节 点上滚动 9 0 。 。节点 b各接触面的曲率半径需进行 调整 ， 以便 相互 匹配 。压杆 两端 的 曲率 半径 为 0 1 5 i t i ， 因此 与此 梁 体 相 连 的压 杆 圆柱 的 曲率 半径 必 须 为 0 1 il l 。端 头用 厚 3 mm 的 曲 面钢 板 ( 见 图 8 ) 包 裹 ， 以确保滚动面精确的几何尺寸 。曲面钢板在端 点与混凝土结合处在制作时应特别注意。采用实际 尺 寸试验 提升 法 ， 应 为 自爬 升模 板 ， 但 试验 的各部 件 桥梁施 工平衡提升法 辛斌 ， 周璞 7 图 8铰 接 触 面 的 曲面 钢 板 在现场全是采用传统模板制作的。 桥墩 、 压 杆及 主 梁 全 由 吊机 装 配 。4个 液 压 千 斤顶设在墩顶 。每台千斤顶通过 1根螺纹钢筋 ( , 2 0 mm) 与压 杆下 端点 a 相 连 。千斤 顶 进 油后 ， 提 升压 杆下 端 a 点 向上移 动 到位 。每 行程 提 高 2 5 0 mm。 压杆 与 主梁 之 间的 b铰 点见 图 9 。在 整 个 提 升 过程 ， a、 b点 间单 元 均为 线 接触 ， 图 1 o为 b铰 点旋 转 1 5 0 。 到 位后 的近景 。 图 9压杆与主梁 间的铰 图 1 0压 杆 与主 梁 间 b铰 点 旋 转 到 位 后 的 近 景 压杆的设计是以梁体全部重量按最终状态由压 杆承受 来 考虑 的 。图 3中所 示 内力 g 为 4 4 5 k n， g 。为 o ， 当压杆受 力为 9 9 k n 时， 梁体 内的轴 向 力、 压杆 内力及提升力 可 由式 ( 1 ) ( 3 ) 计算 出来。 力 c 、 t、 l 随 角 度 a变 化 的 关 系 见 图 1 1 。因 为 gc 为 0 ， 当桥梁 到达 最后 位 置 时 ， 主梁 和 压 杆 的全 部 重 量可 由提 升力 l承受 。 3 2 拉 杆桥 试验 第一 项 试 验 用 的桥 墩 ， 在 拉 杆 桥 试 验 中继 续 使 o l 0 2 0 3 0 4 0 50 6 0 a ( 。 ) 图 1 l压 杆桥 提 升 过 程 中的 力 用 。图 1 2为拉 杆桥最终 成桥状 态 。第 1 步是 将两 侧 的主梁 组合 起来 ， 每 侧 梁 长 8 5 m； 第 2步 安 装 3 0 mm的拉杆 ， 主梁由竖直位置旋转至水平位置。整个 过程 ， 主梁转动 9 0 。 。滚动点是在 曲率半径为 0 1 5 m 的圆柱 面上进行 的 ， 在滚 动过程 中几乎 没有摩擦 。 8 5 0 8 5 0 r e “ 么 么 ld l e 单 位 ：m 图 1 2拉杆桥最 终成桥状态 选择递减高度的梁断面 ， 以便 自重的一小部分 在 升 达最 终位 置后 ， 由 ( g 。 一2 k n， 见 图 5 ) 液 压千 斤 顶提 升 。当 g 为 1 9 3 k n， 轴 向力 和提 升力 可 由式 ( 4 ) ( 6 ) 求得 。提升过程拉杆桥的各项力见图 1 3 。 图 1 3拉杆桥提 升过程中的力 4一座 足 尺桥 设计 方 案示例 本案 例 是建 立在 压杆 桥现 场试 验 的基 础上 。计 划采用平衡提升法修建一座 5跨 、 主跨为 1 5 2 m 的 峡谷桥 ， 如图 1 4所示 ， 桥梁结构实际尺寸为现场试 验的 1 0倍。现场试验采用的是实体截面 ， 本案例研 踯 m 的 蚰 州 8 世 界 桥 梁 2 0 0 9年第 3期 究 中实际采用的是箱形截面 。将现场试验的实体截 面放大 1 o 倍 ( 图 6中的 c c 截面) 时形成 的箱形截 面外 形尺寸 为高 4 m、 宽 6 4 r r l 。为简 化起 见 ， 全桥 顶板 、 底 板 、 腹 板采 用统一 厚度 0 3 m。压 杆采 用外 形尺 寸 3 m3 i t i 的空心矩 形截 面 ， 壁厚 0 3 m。 曩 ! 。 图 1 4采 用 平 衡 提 升 法 施 工 的 一座 峡 谷 桥 桥 墩 、 压杆 及 主梁 均 在竖 直 位置 采 用 自爬式 模 板 浇筑 。在 2 o和 3 o 号 主墩 采用平 衡提 升法提 梁和 试验 中是一 致 的 。 由于 1 o和 4 o号墩 的高度 太 小 ， 提出以辅助墩加高的设想。峡谷施工所需的空间见 图 1 4虚线部 分 。 现场试验和案例的几何特性 、 混凝土应力、 提升 力及接 触 压 力对 比见 表 2 ， 表 中仅示 出提 升 完成 时 的状 态 ， 未 给 出分 项 安全 系 数 。 以后 还 需 对 悬臂 桥 面部分进 一步研 究 。 现场 试 验 的混 凝 土应 力值 较 小 ， 因此 梁 体无 后 张预 应力 。在本案 例 中 ， 恒 载 混凝 土 最 大应 力 为 l o 6 mp a 。通过施 加后 张预 应 力 ， 拉力 可 抵 消 为 o ( 预加力值为 3 1 。 2 mn， 偏心 1 2 9 m， 相当于 1 0束 1 9 5的钢绞线) 。梁体在竖向弯矩为 0 ， 仅有后张的 应 力 。从 表 2可 以看 出 ， 应 力 范 围在 一 1 0 6 0 mp a之 间 。结果 显 示 ， 主 梁 在提 升 的全 过 程 中 ， 仅 表 2压杆桥现场试 验和 案例研究对 比 受压 力 。 现场试验采用的辅助设备为千斤顶及作为张拉 杆件的螺纹钢筋 。本案例提升重量达 2 7 0 0 0 k n， 估计需要专门的液压千斤顶来完成提升工作。b点 截面 的线接 触压力 采用 下式计 算 ： ( 7 ) 式 中 ， 为两柱 面间的最 大接 触压 力 ； c为压 力 ； e 为弹性 模 量 ( 钢 ， 2 1 0 0 0 0 mp a ) ； z 为 接 触 面 长度 ； u 为泊松 比( 钢 ， 0 3 ) ； d 为第 1个圆柱 的直径 ； d z为 第 2个 圆柱 的直径 。 一 个有 趣 的现象 是尽管 相对 尺寸及 压力相 差较 大 ， 现 场试验 最 大接 触 应力 与 本 案 例最 大 接触 压 力 却 比较接 近 。 提升 工作 均 可 由专 业 单位 完 成 ， 主梁 在 提 升过 程 中， 梁体内压应力值均很小 ； 拉应力可以通过施加 后 张预应 力抵 消 。 以前 带压 杆或是 带拉 杆 的桥 梁都 修建过 。这些 桥梁 施工 方法 不论是 采取悬 臂 法安装 斜压杆 或是斜 拉杆 ， 都是 先修 建主 梁 ， 再安 装拉 、 压杆 ， 只有 平衡提 升法 可 以同步施 工拉杆 、 压杆 与 主梁 。 5 结 论 平衡 提升 法与 其它 桥梁施 工方 法 的最