桥梁工程悬索桥的方案设计论文.doc

桥梁工程悬索桥的方案设计论文 主桥下部结构采用栈桥和墩位平台方案施工钻孔桩基础反循环工艺成孔北塔承台采用辅以井点和深井降水明挖施工南塔承台采用整体锁口钢管桩围堰施工塔柱采用6m液压自爬模浇筑施工下横梁采用支架法施工上横梁采用托架法施工上部采用先梁后缆方案施工主缆在梁面上采用猫道为操作平台PPWS工法架设索鞍利用塔顶吊架分2块吊装就位主桥钢箱梁采用单向多点同步顶推法架设现场在项目驻地以北设置钢梁节段组拼制造厂钢箱梁在工厂加工成板单元运抵现场加工成标准节段北共用墩与北主墩间搭建钢箱梁顶推平台在顶推平台上设置1处2170t跨桥位移动提升站吊装箱梁节段和安装北锚梁钢箱梁前端设置钢导梁顶推过程中设置临时墩进行支撑临时墩最大跨度82m最高达55m顶推由计算机控制自动连续顶推系统实现南岸锚固段钢梁板单元由运梁车通过栈桥运输采用支架法高位拼焊方案由200t履带式起重机安装2个锚固段其他单元板件控制在14t以内用塔式起重机安装在平台上安装组拼胎架和千斤顶微调系统将锚梁拼焊成整体整个支架拼焊及顶推、合龙统一纳入监控进行线形控制北岸锚固段钢梁在组拼场拼装成大块节段由运梁车运输至北岸2170t提升站处由2170t提升站将梁段提升至拼装平台上将锚梁拼装成整体如图2所示 顶推设计 1顶推拼装平台 顶推拼装平台是钢箱梁节段拼焊和线形控制的场地是顶推施工的起点拼装平台纵向长40m横向宽44m采用钢管桩加钢管连接系作为支撑体系管桩顶采用型钢作为纵、横梁平台四周采用1.2m(=12mm)管桩中间采用0.8m(=10mm)管桩管桩每根长72m入土深度约27m单桩承载力17503200kN 2临时墩及导梁 全桥共有6组临时墩分布在北共用墩和南共用墩之间的河道和滩地上标准间距为82m每组标准临时墩通过分配梁和钢管组成变刚度结构栈桥以下由24根1.0m管桩(=12mm)体系组成按照3m4m间距布置栈桥以上由4根1.5m管桩(=16mm)组成连接系采用桁式钢管管桩顶采用型钢分配梁上布置滑道结构单桩竖向承载力3000kN入土深度35m设计考虑调水调砂的冲刷12m影响平台及临时墩桩均以入土深度和贯入度进行双控以入土深度为主以贯入度校核打入时先采用DZ120锤打到稳定再用APE400B或DZJ400打桩锤复打80t履带式起重机在栈桥上配合施工钢导梁为变截面工字形钢板梁由2片主梁加桁式钢管连接系组成底面线形与钢箱梁一致长52m重约153t与钢箱梁用高强螺栓连接导梁前端一节底面设置成斜坡口以便钢导梁能顺利到达临时墩上钢导梁在使用前必须进行探伤和等强度静载试验以便检验竖向实际挠度与计算值的出入测量出准确的挠度确保架梁安全钢导梁在工厂分单元制造并运输至工地利用汽车式起重机分节拼装为保证拼装过程中的抗倾覆稳定性利用2170t提升站吊到拼装平台后整体拼装钢导梁前端设上墩结构上墩后用千斤顶顶起在滑块上滑移实现过墩 3滑动装置 滑动装置由滑块(MGE高分子材料板)、滑道组成MGE在工程实际应用中实测摩擦系数都在0.020.04(涂硅脂润滑)动、静摩擦系数相差约0.01考虑到工程的复杂性采用静摩擦系数0.05动摩擦系数0.03滑板表面设置油槽解决滑板不吸油问题滑块表面涂硅脂油以减小顶推摩阻力滑道表面完整无缝、光洁、清洁非常重要可避免划伤、污物侵入滑道、滑板磨损变形、褶皱等使摩擦系数增大滑道由钢板制作主体钢板厚度应在40mm以上上面铺23mm厚不锈钢板不锈钢板表面粗糙度5m滑道板横向宽度为滑块宽度的1.21.5倍滑道前、后端50cm范围各有一段斜面与滑道夹角约20以便滑块喂进和吐出滑道板的有效长度为5m滑块在顶推过程中承受的最大压力10MPa以免造成滑块变形过大和损伤滑道梁与分配梁间采用橡胶缓冲层以适应梁底曲线的变化调节箱梁底板不平以及滑道顶标高的控制误差橡胶层作为垂直方向承受压力的缓冲变形层既满足受压强度的要求又有一定的变形以适应主桥竖曲线和设计成桥线形的要求橡胶层内的加劲钢板可保证滑道的整体性起骨架作用 4动力及控制系统 本工程采用18台ZLD100200顶推千斤顶ZTB25泵站每台千斤顶配置8根钢绞线设备储备能力及安全系数计算满足要求顶推速度68m/h受临时墩影响施工要求不平衡水平力前进方向最大不超过墩顶支反力的5%反向不超过3%总牵引力按总顶推重的5%计算设备按10%水平力选配顶推过程中所需最大牵引力T=1618005%=8090kN动力储备系数为18台1000/8090=2.22钢绞线的安全系数为8根/台260kN/根18台/8090kN=6连续顶推千斤顶装置包括2台千斤顶以及连接撑套、2套自动工具锚及2套行程检测装置通过2台千斤顶串联其中1台千斤顶顶推另一台回程复位当前一台顶推行程快要到位时另一台进入工作状态交替接力往复循环来实现钢箱梁不停地连续顶推作业钢绞线一端拉在箱梁上的拉锚器上拉锚器共17对布置间距约40m在纵隔板内侧802mm处过墩时不用拆除 5导向及纠偏装置 顶推过程中会由于各种原因造成箱梁的横向偏位本桥主要采取导向限位措施和加横向力主动纠偏(见图3)导向的限位点分设在箱梁的首、尾两端和主塔墩处尾端在拼装平台处设置横向限位导向前端临时墩限位导向利用滑道作纠偏导轨结合钢箱梁横隔板设计采用1道横隔板上、下游各布置纠偏轮钢箱梁前90m(大于两临时墩间距)共28对对滑道梁的约束用螺栓连接在主塔内侧则用限位导轮与主塔采用预埋件连接实现主动纠偏导向失败偏差过大必要时采用强制施加横向力进行纠偏而纠偏受力点应尽量设在结构纵向长度的首、尾两端为了保证梁按设计轴线滑动具体措施如下:可用10t手拉葫芦在前进墩拉导梁、在拼装平台拉箱梁拉锚器进行纠偏;导轮上可按需贴楔铁纠偏;利用千斤顶进行主动纠偏所以导向及纠偏工作必不可少在顶推行进状态中以导向为主必要时强制纠偏限制钢梁的横向偏移始终在误差允许范围内 6顶推同步控制技术 桃花峪黄河大桥箱梁顶推控制系统拟采用分布式计算机网络控制系统由1个主控台(工控机+组态软件)、9个现场控制器、若干传感器、若干数据线及控制线组成每个主桥墩、临时墩上各配置1个现场控制器每个控制器可控制2套顶推连续千斤顶现场控制器要求既能就地控制又能远程控制主控台及现场控制器之间通过通信电缆连接各现场控制器之间采用通信单元通信所有检测及控制信号经过通信单元传送到主控计算机主控计算机根据各种传感器采集到的位移信号、压力信号按照一定的控制程序和算法决定油缸的动作顺序完成集群千斤顶的协调工作;同时控制变频器频率的大小驱动油缸以规定的速度伸缸或缩缸从而实现千斤顶的同步控制每个墩位配置1个现场控制器每个现场控制器均带有触摸屏显示可控制1个泵站和2套顶推设备同时将所有的数据传送到主控台操作面板上安装有急停开关、远程/就地选择开关、报警指示灯等在远程控制状态下现场控制箱只能进行停止操作;在就地控制状态下现场控制箱可对本泵站上的任何1台或多台千斤顶进行自动、手动操作 方案优化与创新 该桥方案中临时墩高54m黄河粉砂河床冲刷大(达612m)施工期间风大顶推距离长、梁重等施工要求顶推设计采取了在常规钢箱梁顶推方法基础上进行创新实现大吨位钢箱梁高柔性支墩长距离单向多点同步顶推技术有效控制顶推过程中的不平衡水平力 1临时墩顶不平衡水平力控制方案和措施 针对工程特点采取“顶推力控制为主、速度同步控制为辅、荷载追踪、均衡受控”的控制策略以各墩墩顶总反力为控制依据顶推千斤顶的顶推力和速度作为受控量实现力与速度的双控墩顶顶推方向不平衡水平力控制在5%以下顶推反方向控制在3%以下以此荷载控制临时墩结构的设计比常规的5%10%有很大提高临时墩结构设计时采取上滑道后偏离临时墩中心2025cm措施 2顶推平台采用长、短结合滑道 顶推拼装平台前端采用临时墩方式其上设置短滑道其余部分在箱梁与平台间设置通长滑道便于钢箱梁节段拼焊时节段的调整及滑动与起顶顶推施工时仅在拼好的箱梁后端设置起顶滑块其他拼装用滑块撤除拼好的箱梁节段组靠前端临时墩短滑道与后端设置起顶滑块共同滑出后端设置起顶滑块在滑出一定距离后自动与箱梁脱开分离如图4所示 3临时墩顶设置预张拉水平索 为避免顶推时各墩受力不均造成墩身水平位移过大可用墩顶水平钢绞线束进行抵抗临时墩墩顶位移设计允许值纵桥向为:顶推前进方向120mm反向为60mm水平钢绞线束施工时分级加载确保墩顶水平位移不超标每墩设置4束每束6根1524mm钢绞线共取24根钢绞线在特殊情况下均可单独张拉收放调整预张拉水平索布置情况如图2所示 4设置拉线式位移变送器和限位急停装置 为确保使同一台连续千斤顶的前、后2个串联油缸协同一致在连续千斤顶后设拉线式位移变送器可有效测量左、右顶推的不同步位移一旦位移接近限值就利用微动开关进行检测及限位对顶推系统进行预警在预张拉水平索设限位急停装置此限位急停装置采用变位器可有效观测临时墩受力后的变位情况变位器将顶推过程中的位移量转换成电信号直接传送至主控计算机上超限后停车 5移动提升站采用液压连续千斤顶自动控制提升技术 全桥钢箱梁(不含锚固段)共分53个节段节段类型共ABCDEF6种C类和F类最重约319t共44节2170t移动提升站跨度44m高16m由刚性支腿、柔性支腿和主梁3部分组成支腿为钢管全焊结构主梁由2片1542mm2786mm箱梁组成门式提升站走行在拼装平台和北锚梁支架上的轨道梁上主梁上设2个吊点总起重量为2170t每吊点上连续提升千斤顶安装16根17.8mm钢绞线及圈线器控制系统由主控计算机、现场控制器、传感器、通信单元以及数据线等一整套设备及连接组成采用集中管理、分散控制模式能完成集群千斤顶的协调工作实现千斤顶的同步控制 6临时墩和南、北锚固段支架基础 北锚固段支架及北面覆盖层厚的河段临时墩基础采用打入钢管桩方案;南面丁坝及覆盖层薄的河段采用打入桩下接钻孔灌注桩方案打入桩兼作钻孔桩的护筒接头选在河床下一定深度便于清除满足河道行洪、航运