（工程力学专业论文）双线铁路2×90m钢箱梁叠合拱桥施工过程的分析和监控.pdf

原创性声明 珊i l i l l l l jf l f f l l l f i i i ir l l l lli f f lllflif y 1717 8 7 9 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 日期：杠年 月竺日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 储繇嫩捧新签名桦吼坐年勘卫日 摘要 新建甬台温双线铁路上的雁荡山特大桥主跨为2x9 0 m 钢箱梁叠 合拱结构，主梁为单箱九室钢箱梁，主拱肋采用等高度箱形截面，两 孔主拱间设变截面钢箱辅助拱。该桥的施工主要分四步进行：一、钢 箱梁先在胎架上拼装，再项推就位；二、在主梁上搭临时支架拼装主 拱和辅拱，安装吊杆并进行初张拉；三、拆除桥下临时墩，施工桥面 系及其附属结构；四、吊杆终张拉并索力调整至目标值，使成桥后的 结构受力达到设计要求。本文对该桥的施工全过程进行了精细的分析 计算和监控，主要内容如下： 1 采用空间有限单元法，对各种钢箱梁顶推方案做对比分析计 算，并进行优化，确定最终的施工方案，该方案可以将顶推过程中钢 箱梁m i s e s 等效应力控制在容许范围内。对整个顶推过程进行应力和 线形监测，实测结果与计算值相接近，钢箱梁顺利顶推就位。 2 对顶推过程中下部结构的受力进行计算和监测，各临时墩和 主墩的应力计算值较小，其强度符合要求。各临时墩横盖梁顺桥向和 竖向位移的实测值较小，且都小于计算值，刚度满足要求。 3 对该桥第二步和第三步施工过程中的线形和应力进行计算和 监测。主拱肋的合拢精度满足设计要求，钢箱梁和钢箱拱的应力均控 制在比较低的水平，线形也与计算值吻合。 4 桥面二期恒载铺装完成后，根据目标线形来计算吊杆终张拉 索力的目标值，再用正装法模拟整个终张拉过程，经过反复迭代算出 其张拉值。按照该值进行一次张拉后，实测索力与目标索力比较吻合， 全桥的最终线形也接近于设计值。该方法减少了施工的工作量，提高 了工作效率，也可以应用于其它拱桥和斜拉桥。 关键词：叠合拱桥，施工控制，线形，应力，吊杆索力 a b s t r a c t t h em a i n s p a n o fy a n d a n g s h a ng r a n db r i d g ei sa2 9 0 m o v e r l a y i n ga r c hb r i d g eo nt h en e wd o u b l e t r a c kr a il w a yf o r mn i n g b ot o w e n z h o u t h ec o n t i n u o u ss t e e lb o xg i r d e ri sw i t has i n g l e - b o xa n d n i n e e e l ls e c t i o n t h et w om a i na r c hr i b sa r ew i t ht h ec o n s t a n ts t e e lb o x s e c t i o n ，o nw h i c ht h e r ea r et h ea u x i l i a r ys t e e lb o xa r c h e sw i t ht h ev a r i a b l e s e c t i o n t h eb r i d g ew i l lb eb u i l tf o l l o w i n gf o u rc o n s t r u c t i o ns e q u e n c e s ： f i r s t ，a s s e m b l et h es t e e lb o xo nt h ef u l ls c a f f o l d i n g ，a n di n c r e m e n t a l l y l a u n c hi tt ot h ep r e d i c t e dp o s i t i o n ；s e c o n d ，e r e c tt h et e m p o r a r yt r e s t l e st o a s s e m b l et h em a i na n da u x i l i a r ya r c hf i b s t h e ni n s t a l lt h eh a n g e r sa n d c o n d u c tt h ef i r s tt e n s i o n ；t h i r d ，r e m o v et h et e m p o r a r yp i e r su n d e rt h e s t r u c t u r e ，a n dp a v et h ed e c ks y s t e mi n c l u d i n gi t ss u b s i d i a r ys t r u c t u r e s ； f i n a l l y , c o n d u c tt h ef i n a lt e n s i o nf o rt h eh a n g e r sa n da d j u s tt h ef o r c et o t h et a r g e t ，s ot h a tt h em e c h a n i c a lb e h a v i o ro ft h eb r i d g ec a nm e e tt h e d e s i g nr e q u i r e m e n t sa f t e rt h ew o r k si sc o m p l e t e d t h ew h o l ec o n s t r u c t i o n o ft h i sb r i d g ew a sf i n e l yc a l c u l a t e da n dc o n t r o l l e di nt h i sp a p e r t h em a i n c o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 a d d r e s s e dt ov a r i e t i e so fp r o p o s e ds c h e m e sa b o u tt h es t e e lb o x g i r d e r s i n c r e m e n t a l l a u n c h i n g ，a l o to fc o m p a r a t i v e a n a l y s i sa n d o p t i m i z a t i o nw e r ed o n et od e t e r m i n et h ee v e n t u a lp l a no ft h el a u n c h i n g u s i n gt h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o do ns p a c e ，w h i c hc o u l dc o n t r o lt h em i s e s e q u i v a l e n ts t r e s so ft h eg i r d e ri nt h ep e r m i t t e dr a n g e t h ea l i g n m e n ta n d s t r e s so ft h eg i r d e rw e r em o n i t o r e dd u r i n gt h el a u n c h i n g t h em e a s u r e d v a l u e sa n dt h ec a l c u l a t e dw e r ec l o s ea n dt h eg i r d e rw a sp u ti np l a c e s u c c e s s f u l l y 2 t h es t r e s sa n dd i s p l a c e m e n to ft h es u b s t r u c t u r e s d u r i n g t h e i n c r e m e n t a ll a u n c h i n gw e r ec a l c u l a t e da n dm o n i t o r e d t h es t r e s so ft h e m a i na n dt h et e m p o r a r yp i e sw e r es m a l la n dt h e s t r e n g t h m e tt h e r e q u i r e m e n t f o rt h el o n g i t u d i n a la n dv e r t i c a ld i s p l a c e m e n t sa tt h et o po f t h et e m p o r a r yp i ec a p s ，t h em o n i t o r e dv a l u e sw e r el e s st h a nt h ec a l c u l a t e d ， a n dt h es t i f f n e s sm e tt h er e q u i r e m e n ta sw e l l 3 t h ea l i g n m e n ta n dt h es t r e s so ft h eb r i d g ew e r ec a l c u l a t e da n d m o n i t o r e df r o mt h es e c o n dc o n s t r u c t i o n s e q u e n c et o t h et h i r d t h e c l o s i n gp r e c i s i o no ft h em a i na r c h e sm e tt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t t h e s t r e s so ft h eg i r d e ra n dt h em a i na r c h e sw e r em a i n t a i n e da tar e l a t i v e l y l o wl e v e l ，a n dt h ea l i g n m e n to ft h eb r i d g ew a sc o n s i s t e n tw i t ht h e c a l c u l a t e dv a l u e s 4 w h e nt h ep a v e m e n to ft h es e c o n d a r yd e a dl o a dw a sa c c o m p l i s h e d ， t h et a r g e tf o r c e so nh a n g e r sf o rt h ef i n a lt e n s i o nc o u l db ec a l c u l a t e di n t e r m so ft h ee x p e c t e da l i g n m e n to ft h eb r i d g e a n dt h e n ，w i t ht h ew h o l e p r o c e s so ft h et e n s i o ns i m u l a t e d ，t h et e n s i l ef o r c e sw e r eo b t a i n e dt h r o u g h i t e r a t i v ec a l c u l a t i o na d o p t i n gt h ef o r w a r d a n a l y s i sm e t h o d a f t e rt h e h a n g e r sw e r et e n s i o n e do n c ee m p l o y i n gt h et e n s i l ef o r c e s ，t h em e a s u r e d f o r c e si nt h e mw e r ec o n s i s t e n tw i t ht h et a r g e ta n dt h ea l i g n m e n to ft h i s b r i d g ew a sc l o s ew i t ht h ed e s i g nv a l u e t h i sm e t h o dr e d u c e dt h ea m o u n t o fw o r ka n dr a i s e dt h ec o n s t r u c t i o ne m c i e n c y f u r t h e r m o r e i tc a na l s ob e a p p l i e dt oo t h e ra r c hb r i d g e sa n dc a b l e - s t a y e db r i d g e s k e y w o r d s ：o v e r l a y i n ga r c hb r i d g e ，c o n s t r u c t i o nc o n t r o l ，a l i g n m e n t ， s t r e s s ，f o r c ei nh a n g e r 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 国内外钢拱桥发展现状1 1 2 桥梁施工监控的目的和意义3 1 3 大跨度钢系杆拱桥的施工方法和监控要点4 1 5 第二章 2 1 2 2 2 3 2 5 2 6 第三章 3 1 3 2 3 3 1 3 1 系杆的施工方法及监控要点4 1 3 2 拱肋的施工方法及监控要点5 2 x 9 0 m 钢箱梁叠合拱桥简介及其施工步骤7 1 4 1 工程概况7 1 4 2 施工步骤9 本文主要研究内容。1 0 顶推过程中钢箱梁受力分析1 l 引言11 钢箱梁顶推过程的有限元模拟方法及需考虑的因素ll 2 2 1 有限元模拟方法l l 2 2 2 计算中需考虑的因素及计算参数1 3 钢箱梁施工方案的确定1 3 2 3 1 施工方案的变迁1 3 2 3 2 施工方案的确定1 6 顶推过程中钢箱梁的受力计算及结果分析1 6 2 4 1 钢箱梁顶推过程中方案8 的计算结果及分析1 7 2 4 2 钢箱梁从5 群临时墩项推至6 圳盎时墩的计算结果2 0 顶推过程中钢箱梁的稳定性分析2 2 本章小结2 2 顶推过程中下部结构的受力计算2 3 引言2 3 计算方法和参数一2 6 临时墩及主墩的受力计算2 7 3 3 1 主桥区间临时墩的受力计算2 7 3 3 2 拼装区间临时墩的受力计算3 0 3 3 3 主墩的受力计算3 2 主桥区临时支墩桩士相互作用承载力计算3 2 3 5 第四章 4 1 4 2 4 3 4 4 第五章 5 1 5 2 本章小结3 4 吊杆索力施工控制的计算3 5 引言3 5 终张拉吊杆索力目标值的计算3 5 终张拉吊杆索力张拉值的计算。3 8 4 3 1倒拆法3 8 4 3 2正装法3 8 4 3 3 无应力状态法3 9 4 3 4 实桥采用的计算方法3 9 本章小结4 0 2 x 9 0 m 钢箱梁叠合拱桥的施工监测与控制4 1 弓i 言4l 全桥应力监测4 1 5 2 1应力监测方法及测点布置4 l 5 2 2顶推过程中钢箱梁应力监测结果及分析4 3 5 2 3 方案7 与方案8 滑道上方钢箱梁板件受力的比较4 6 5 2 4顶推就位后至全桥竣工全桥应力监测结果4 6 全桥线形监测一4 9 5 3 1顶推过程中钢箱梁竖向位移监测4 9 5 3 2顶推过程中钢箱梁中线监测5 0 5 3 3顶推过程中临时墩位移的监测5 1 5 3 4钢箱梁落梁后线形监测5 2 5 3 5拱肋线形监测5 3 吊杆索力监测。5 5 5 4 1索力测试方法5 5 5 4 2频率法的基本原理及应用5 5 5 4 3监测方法5 6 5 4 4监测结果及分析5 6 5 5本章小结。5 9 第六章结论与展望6 0 6 1结论6 0 6 2展望6l 参考文献6 2 致谢6 5 攻读硕士学位期间发表的论文及主要的科研情况6 6 硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 国内外钢拱桥发展现状 拱桥的主要特点是恒载比重大，通过选择合理的拱轴线使得拱圈在恒载的作 用下只承受轴向压力，而剪力和弯矩为零，应力分布均匀，能够充分利用材料的 抗压强度川。而钢材是一种抗拉、抗压和抗剪强度均较高的匀质材料乜1 ，所以钢 拱桥具有跨越能力大，重量轻，施工工期短，易于修复和更换等特点，而且其刚 度大，稳定性与抗震性能均比较好，非常适合在抗震烈度较大的地区使用。1 。 世界第一座钢拱桥是1 8 7 4 年美国工程师詹姆斯艾芝首先采用悬臂施工法 修建的，该桥为三跨( 1 5 5 1 m + 1 5 8 6 m + 1 5 3 1 m ) 的上承式无铰桁拱，是一座双 线铁路及公路两用桥。进入2 0 世纪以后，美国在1 9 3 1 年建成的贝永桥( 主跨 5 0 4 m ) 和1 9 3 2 年建成的澳大利亚悉尼港桥( 主跨5 0 3 m ) ，均为两铰中承式钢桁 拱桥。由于正交异性板钢桥面、钢箱梁和钢桥连接技术的发展，现代钢拱桥在技 术方面有诸多更新，出现了尼尔森体系、提篮拱桥和大跨的拱梁组合体系等h 1 。 1 9 7 6 年美国建成新河谷桥，跨越美国西弗吉尼亚州的高速公路，桁拱跨径 5 1 8 3 m ，是欧美最大跨径钢拱，如图1 1 所示。 图卜1 美国新河谷大桥 我国钢桥的建设起步现对较晚，直到1 9 3 7 年钱塘江大桥建成通车，这是我 国自行设计、建造的第一座公铁两用特大桥。建国后，我国先后建成了武汉长江 大桥( 主跨1 2 8 m ) ，南京长江大桥( 主跨1 6 0 m ) ，九江长江大桥( 主跨2 1 4 m ) ， 芜湖长江大桥( 主跨3 1 2 m ) ，这四座大桥被成为中国铁路桥梁的里程碑嘲。 进入2 1 世纪后，随着我国经济和交通发展迅速，钢材用于桥梁工程亦 日益增多，建成了多座钢拱桥，主要有钢管混凝土拱、钢桁拱和钢箱拱三 种结构形式。2 0 0 3 年建成的上海卢浦大桥，主跨5 5 0 m ，为一跨过黄浦江的 中承式全钢结构的系杆拱桥，主桥加劲梁内布置强大的水平拉索，以平衡 硕士学位论文第一章绪论 中跨拱肋的水平推力】。2 0 0 9 年4 月2 9 日，被誉为“世界第一大跨径拱桥 的重庆朝天门长江大桥正式通车，该桥设计为三跨连续中承式钢珩系杆拱 桥，主跨5 5 2 m 。正桥分上下两层，上层桥面为双向六车道，下层桥面设两 车汽车道和双向轻轨交通n 】。2 0 0 9 年9 月2 1 日，外型别具一格的南宁大桥 建成通车，大桥采用美籍华人林同楼先生生前的概念设计，结构独特，造 型优美，是世界上首座大跨径、曲线梁、非对称外倾拱桥，如图1 2 所示。 主桥长7 3 4 5 0 2 m ，最大跨度3 0 0 m ，主拱肋为钢箱拱，加劲梁用钢箱梁。该 桥是国际桥梁设计理论与实践的一次重大突破哺1 。 图卜2 广西南宁大桥 2 0 0 9 年9 月2 8 日，南京大胜关长江大桥全线贯通，该桥是京沪高速铁 路建设重要的控制性和标志性工程，也是沪汉蓉i 级铁路干线和南京地铁的 过江通道，为世界首座六线铁路大桥，主桥采用六跨连续钢桁拱桥( 1 0 9 + 1 9 2 + 2 3 3 6 + 1 9 2 + 1 0 9 ) m ，采用三桁承重结构，如图1 3 所示。大桥具有“体重 大、跨度大、荷载大、速度高的显著特点，创造了四项“世界第一。1 引。 表1 2 列出了国内外部分具有代表性的大跨度钢箱拱桥。 图1 - 3 南京大胜关长江大桥 2 硕士学位论文第一章绪论 表1 - 1国内外具有代表性钢拱桥一览表 序号桥名建成年代跨径，m用途结构特点 l 重庆朝天门长江大桥2 0 0 95 5 2公轨两用桥钢桁粱和钢箱系杆拱组合结构 2 卢浦大桥2 0 0 35 5 0公路桥钢箱系杆肋拱桥 3美国新河谷桥1 9 7 75 1 8 2公路桥钢桁拱 4 美国永贝桥 1 9 3 l5 0 4 公路桥钢桁拱 5 澳人利哑悉尼港桥 1 9 3 25 0 3 公铁两用桥钢桁拱 6 新光大桥2 0 0 64 2 8公路桥三跨连续飞燕式钢箱桁架系杆拱 7 重庆菜园坝长江大桥2 0 0 74 2 0公轨两用桥刚构、钢桁梁、钢箱系杆拱组合结构 8 美国弗里蒙特桥 1 9 7 33 8 3公路桥钢箱拱 9 加拿大曼港桥 1 9 6 43 6 6公路桥 钢箱拱 1 0 万州长江大桥 2 0 0 5 3 6 0铁路桥钢桁梁与钢桁拱组合结构 l l 巴拿马塔歇尔桥1 9 6 23 4 4公路桥钢桁拱 1 2 南京人胜关长江大桥2 0 0 93 3 6铁路桥钢桁梁和钢桁拱组合结构 1 3加拿大拉比奥莱特桥1 9 6 73 3 5公路桥 钢桁拱 1 4 英国朗克恩桥 1 9 6 13 3 0公路桥 钢桁拱 1 5 捷克兹达可夫桥 1 9 6 73 3 0 公路桥钢桁拱 1 6 津巴布韦伯钦诺夫桥 1 9 3 53 2 9 公路桥钢桁拱 1 7 南宁大桥 2 0 0 9 3 0 0公路桥钢箱梁与钢箱系杆拱组合结构 1 2 桥梁施工监控的目的和意义 桥梁施工监测与控制是桥梁施工技术的重要组成部分，它以设计成桥状态为 实现目标，在整个施工过程中，通过实时监测桥梁结构的实际状态和环境状况， 获得桥梁结构实际状态与理想状态之间的差异( 误差) ，运用现代控制理论， 对误差进行识别、调整、预测，使桥梁施工状态最大限度地接近理想状态，从而 保证桥梁结构在施工过程中的安全，最终达到桥梁结构成桥状态满足设计和施工 规范要求u 。 事实上，任何桥梁施工，特别是大跨径桥梁的施工，都是一个系统过程。施 工过程中桥跨结构的安全和成桥后的状态就是该系统运行所要达到的目标。在这 个过程中，将会受到许许多多确定和不确定因素的影响，这使得桥梁结构实 际施工状态与设计的假定必然存在差异，必须要对施工的全过程进行监控。通过 对施工过程中桥梁结构实际状态的监测，对结构的设计参数进行识别，对施工结 构进行不断地调整，使施工沿着预定的状态进行，确保桥梁在成桥后的受力和线 形满足设计要求n 2 1 。 桥梁施工监控是桥梁建设的安全保证。桥梁施工的每阶段，结构的内力和 硕士学位论文 第一章绪论 变形是可以预计的。当发现施工过程汇总检测的实际值与计算的预计值相差 过大时，就要进行检查和原因分析，而不能再继续施工，否则将可能出现事故。 像1 9 6 9 年奥地利维也纳多瑙河4 号桥的钢箱梁的下翼缘由于恒载效应和温度效 应叠加，致使压应力过大而失稳；1 9 7 0 年英国米福尔德港桥的钢箱梁因支承隔 板反力过大而压馈。这两次事故主要是由于当时工程界不熟悉“剪力滞效应 ， 而导致应力过度集中，造成结构的失稳或局部破坏。1 9 9 8 年宁波招山宝大桥的 施工过程中，正在悬臂施工的主梁发生断裂事故。根据事故的调查报告，其主要 原因是：主梁设计结构单薄，尤其是底板厚度过薄，而导致受压区实际应力偏大。 若当时采用了施工监控手段，就可以对异常现象采取相应的解决办法。 由此可知，为避免突发事故的出现，按期、安全地建造成一座桥梁，施工监 控是有力的保证。此外，桥梁施工监控还能加强设计与施工之间的联系，保证桥 梁施工的顺利进行。 1 3 大跨度钢系杆拱桥的施工方法和监控要点 系杆拱桥为一种集梁和拱的优点于一身的梁拱组合体系桥，用吊杆作为传力 构件，将主要承受弯矩的主梁和主要承受压力的拱肋组合起来共同承受荷载，充 分发挥了梁和拱的结构性能和组合作用，其力学性能和材料指标往往优于同等设 计条件的单一结构体系u 3 1 。 系杆拱桥的结构形式多种多样，按主拱圈所使用的材料可分为圬工、钢筋混 凝土、钢管混凝土和钢系杆拱桥。由于钢材是一种性能优越的材料，钢管混凝土 拱桥和钢拱桥有比较大的跨越能力，有着其独自适用的现代施工方法。 1 3 1 系杆的施工方法及监控要点 钢系杆拱桥的系杆一般采用箱形截面的钢梁，常用的架设施工方法有悬臂拼 装法和整体顶推施工法n 射。 1 悬臂拼装法 悬臂拼装法是在桥位上将钢梁从一侧墩( 台) 悬拼至另一侧的墩( 台) 的施工 方法。在采用悬臂拼装法架设钢梁时，伸出去的钢梁由于自重会产生一定的挠度， 悬臂支承处附近的杆件局部应力比较大，甚至超过容许值，通常采用半悬臂架设 法或者中间合龙法减小悬臂长度，保证顶推施工的顺利进行。半悬臂架设法是在 桥孔中增设临时墩，目前跨越公路的钢桥多采用此种方法施工。中间合龙法是由 桥跨两边墩台同时向跨中拼装钢梁，最后在跨中合龙，此法适合于跨越河流、峡 谷的钢桥架设，我国南京大胜关长江大桥的主跨桁梁采用此法进行施工n 副。 4 硕士学位论文 第章绪论 2 整体顶推施工法n 唰 顶推法或者拖拉法施工是首先在胎架上或者路堤上拼装好钢梁，并在钢梁下 布置上滑道，在太加上或者陆地上和墩台上布置下滑道，通过滑车组、绞车等牵 引设备，沿桥轴纵向顶推或者拖拉钢梁至预定位置，最后落梁就位。该方法多用 于多孔连续钢梁的施工，与悬臂拼装法相比，工作条件好，易于控制施工质量， 减少高空作业，比较安全。另外，钢梁的拼装工作可以和墩台基础施工同时进行， 大大缩短工期。 该方法施工过程中，监控的内容主要有以下几点：( 1 ) 、桥梁纵向中心线的 监测：通过全站仪测出项推过程中的偏差，将钢梁首尾中线偏差控制在容许范围 内，如发现偏差过大，则应进行纠偏，以保证顶推过程的顺利进行；( 2 ) 、应力 和最大位移的监测：在钢梁顶推过程中，当前端或尾端的位移过大时，钢梁在前 端或尾端墩处的接触区域的局部应力就会比较大，将其竖向位移控制在容许值内 是保证钢箱梁的应力不超限的根本条件；( 3 ) 、钢梁落梁的控制：钢梁顶推就位 后，就应进行落梁作业，将钢箱梁的线形调到设计值。 1 3 2 拱肋的施工方法及监控要点 钢系杆拱桥的拱肋有钢箱拱和钢桁拱两种结构，其施工方法主要有临时支架 法、缆索吊装法、转体法和悬臂拼装法等。 1 临时支架法 在桥位处先按拱肋的设计线形和预留拱度值搭建临时支架，再在支架上就位 拼装、焊接成拱的施工方法。支架可以采用满堂式或者分离式，或者两种方式相 结合，通常在拱肋离地面不高、旅工条件较好的情况下采用。该方法施工无需大 型的吊装设备，拱轴线形容易控制，但其焊接工作量大，工期较长，不适于大跨 度拱桥的施工。目前，跨度小于1 5 0 m 的钢系杆拱桥大多数都采用此种施工方法， 像天津大沽桥，武广客运专线上的汀泗桥。在拱肋的拼装过程中，对拱轴线形必 须进行严格控制，保证拱肋的合龙精度。 2 缆索吊装法n 刀 采用无支架可移动索鞍式缆索吊机从两侧向跨中一次对称交错架设拱肋的 施工方法。其安装系统分起重系统、扣挂系统和稳定系统三部分，该方法适合于 跨峡谷或者水流深急的河段上的拱肋拼装，跨越能力大，水平和垂直运输机动灵 活，不影响通航，施工比较稳妥方便，已成功应用与多座大跨度钢系杆拱桥。像 典型的工程实例为浙江_ - f - j 口跨海大桥= f l f - j 桥( 如图1 4 ) 、重庆菜园坝大桥等。 5 6 硕士学位论文 第一章绪论 1 42 x 9 0 m 钢箱梁叠合拱桥简介及其施工步骤 1 4 1 工程概况 甬台温铁路新建工程雁荡山特大桥位于浙江省乐清市雁荡镇境内，毗邻国家 级风景名胜雁荡山，桥型新颖独特，富有强劲的力感，是甬台温铁路的亮点工程、 重点工程和控制工程8 1 。 主桥位于3 0 # 墩和3 2 # 墩之间，跨越甬台温高速公路，线路与高速公路左、 右车道夹角分别为2 1 7 0 及2 3 5 0 。主桥采用2 9 0 m 连续钢箱梁与钢箱拱组合结 构，两孔钢箱主拱间设置钢箱辅助拱，以加强主桥景观效果；主桥平面位于直线 上，线间距5 o m ，桥梁纵坡g = 6 0 。梁主体结构由：钢箱梁、主拱肋、辅拱肋 及斜腿、拱肋横撑、吊杆等组成。主体结构采用q 3 4 5 q d 钢，附属结构采用q 3 4 5 q c 钢。 该桥设计行车速度：旅客列车2 0 0 k m h 、预留2 5 0 k m h 提速条件，货物列 车1 2 0 k m h 。铁路等级：双线i 级、电气化、客货共线铁路。设计活载：中一活 载、z k 活载检算。 立蕾 早i 图卜4 主桥结构形式图( 单位衄) 1 钢箱梁 桥的主梁是2 9 0 m 整体式连续钢箱梁，全梁共划分为5 个梁段( 包括2 个 标准梁段，2 个边支点梁拱结合段和1 个中支点梁拱结合段) 。其中钢箱梁采用 单箱九室等高度箱形截面，顶宽1 4 8 0 m ，底宽1 2 6 0 m ，中支点附近局部底宽 1 3 1 l m ，钢箱梁底板横向水平，各腹板不等高，项板横向倾斜形成2 的双向横 坡，最大梁高为2 2 0 m 。钢箱梁内部设有横隔板和加劲肋。钢箱梁标准段横截面 见图1 5 。 7 硕士学位论文第一章绪论 图卜5 钢箱梁标准段横截面( 单位：衄) 2 主拱拱肋 主拱采用两榀平行钢箱拱肋，拱脚与钢箱梁固结，两榀拱肋横向中心距 1 1 2 m ，计算跨度l = 9 0 0 0 m ，设计失高f _ 1 8 0 0 m ，失跨比f l = 1 ：5 ，拱轴线采 用二次抛物线。主拱肋采用等高度箱形截面，箱高2 8 0 m ，箱宽1 2 0 m 。主拱肋 内部设有横隔板和加劲肋。 3 辅拱拱肋和斜腿 在两孔钢箱主拱间设置钢箱辅助拱，以加强主桥的景观效果。辅助拱采用两 榀平行钢箱拱肋，拱脚固结在主拱拱顶，拱顶断开，同时在辅拱顶与主拱之间设 置斜腿支撑，用以改善辅拱受力状况及全桥景观。两榀辅助拱肋横向中心距 1 1 2 m ，设计失高f - - 2 5 0 0 m ，拱轴线采用圆曲线。辅助拱肋采用变高度箱形截面， 拱肋箱高1 0 0 m - 1 6 0 m ，拱肋上下缘均为圆曲线，拱肋箱宽1 0 0 m 。斜腿采用等 高度箱形截面，箱宽1 0 0 m ，箱高0 8 0 m 。辅助拱肋和斜腿内部均设有横隔板和 加劲肋。 4 拱肋横撑 该桥在每孔主拱两榀拱肋之间共设了7 道一字横撑和2 道x 形组合横撑， 一字横撑和组合横撑之主撑采用o 8 0 x 0 8 0 m 箱形截面，组合横撑之斜撑采用 0 6 0 x 0 6 0 m 箱形截面。全桥的辅助拱肋共设8 道一字横撑，该横撑采用 0 6 0 x 0 6 0 m 箱形截面。所有的横撑内部均设有横隔板和加劲肋。 5 吊杆 全桥每孔主桥设1 3 对吊杆，吊杆顺桥向间距为6 m 。吊杆采用p e s ( f d ) 7 1 2 7 低应力防腐拉索( 平行钢丝束) ，外套复合不锈钢管，配套使用o v m l z m 7 1 2 7 镦头锚。吊杆上端锚于主拱箱内张拉底座，下端锚于钢箱梁内固定底座。 6 桥面系 主桥桥面宽度1 4 8 m ，挡碴墙之间宽度9 8 m ，至钢箱梁中心线顶面高0 7 4 m ， 桥面两侧设人行道和栏杆。钢箱梁顶板表面设置2 2x1 0 0 m m 抗剪焊钉，间距为 o 3 o 3 m 。 为了提高钢箱梁桥面刚度，同时对钢箱梁起到防锈、防磨损的保护作用，钢 箱梁顶面现浇1 2 c m 厚钢筋混凝土桥面板，并在桥面板上方铺设t q f 一0 型防水层， 防水层表面铺设6 c m 厚纤维网混凝土保护层。 8 硕士学位论文第一章绪论 1 4 2 施工步骤 主桥跨越甬台温高速公路，交通繁忙，施工过程需尽量减小对公路行车的影 响，因此主桥采用钢箱梁顶推架梁、拱肋在钢箱梁上拼装架设的施工方案。主要 步骤如下： ( 1 ) 施工主桥桥墩； ( 2 ) 施工临时支墩及支架。钢箱梁拼装平台布置在2 7 # 墩3 0 墩处，总长 1 0 1 m ，宽1 8 m 。拼装胎架平台设计为满堂支架，支架采用碗扣件搭设； ( 3 ) 在3 0 # 和3 1 # 墩顶安装z l d 连续千斤顶和反力架，各墩顶安装下滑道， 并安装支座； ( 4 ) 在2 7 # - - - 3 0 # 墩之间已经搭设好的平台胎架上组拼成第一轮次9 8 2 5 m 梁段。降低拼装平台顶托，使胎架脱离梁一定距离且使钢箱梁完全支撑在支点式 下滑道上； ( 5 ) 在钢箱梁上安装拉锚器； ( 6 ) 利用3 0 # 墩连续作用千斤顶将第一节段钢箱梁顶推至3 1 # 墩位置； ( 7 ) 调整胎架，接续拼装剩余8 5 7 5 m 钢箱梁，安装拉锚器； ( 8 ) 第一节段钢箱梁拉锚器位置移至距梁端1 3 m 的位置： ( 9 ) 利用3 0 和3 1 # 墩顶千斤顶整体顶推钢箱梁； ( 1 0 ) 钢箱梁顶推至设计位置后，按设计标高落梁。顶升钢箱梁，拆除上下 滑道，在临时支墩顶安设方木板临时支座，落梁至设计标高。 ( 1 1 ) 钢箱梁落梁完毕后，在顶板上面搭设临时塔架，拼装主拱肋、辅拱肋、 斜腿及横撑。钢箱拱采取在原位支架拼装的方式组织施工，按3 0 - 3 1 跨- - 3 1 - 3 2 跨的顺序进行拼装，钢箱拱节段直接运输到钢箱梁顶面，用龙门吊运输至横 向设计位置，然后提升，横走就位。单片拱施工时由两侧向中间进行，最后合龙。 待四片主拱及横撑均施工完后吊装斜杆和辅拱。横撑从大里程侧往小里程进行安 装； ( 1 2 ) 拆除钢箱梁上临时塔架；安装吊杆，按指定次序对吊杆进行初张拉； ( 1 3 ) 拆除桥下临时墩： ( 1 4 ) 施工钢箱梁顶面的抗剪焊钉；钢箱梁顶面防腐涂装； ( 1 5 ) 施工混凝土桥面板，主梁形成结合梁体系； ( 1 6 ) 施工桥面系及其附属结构； ( 1 7 ) 二期恒载完成后，对吊杆进行终张拉，将全桥的受力调至设计状态， 包括线形、应力和索力三个方面。 9 硕士学位论文 第一章绪论 1 5 本文主要研究内容 本文以为2 x 9 0 m 钢箱梁叠合拱桥为背景，对该桥的施工过程进行了详细的 受力分析计算，并对施工过程中全桥结构的受力和变形进行了监控。主要研究内 容如下： 1 对实际施工过程中采用的两种钢箱梁顶推方案进行分析计算研究，提出 了一些优化措施，以保证钢箱梁顶推施工顺利进行； 2 对顶推过程中桥梁下部结构进行分析计算，包括主墩、主桥区临时墩、 拼装区临时墩和桩基的受力分析，以及主桥区临时墩桩土相互作用承载 力的计算； 3 桥面二期恒载铺完后，根据需要上调的线形，计算出吊杆终张拉的目标 值，并根据该目标值反复迭代计算出其张拉值，使得吊杆只需经过一次 张拉就能达到目标值，并且全桥的线形也达到设计要求； 4 对全桥结构的线形、应力和索力进行监测和控制，并将实测结果和理论 值进行对比，将误差控制在设计范围内，保证桥梁在施工过程中的受力 满足设计要求。 1 0 硕上学位论文 第二章顶推过程汇总钢箱梁受力分析 2 1 引言 第二章顶推过程中钢箱梁受力分析 项推旌工方法是在桥头沿桥纵轴线方向将逐段预制张拉上的梁向前推出使 之就位的桥梁施工方法。沿桥纵轴线方向的台后设置预制场，分阶段预制梁体， 纵向预应力钢筋张拉后，通过水平千斤项施力，借助滑道、滑块，将梁体逐段向 前顶推，就位后落梁，更换正式支座，完成桥梁施工n 螂1 。迄今为止，世界各国 采用顶推法施工的大桥已经超过3 0 0 座乜卜捌。 雁荡山特大桥主桥跨越甬台温高速公路，线路与高速公路左、右车道夹角比 较小，主梁为钢箱梁结构，拟采用两点连续顶推的施工方案。主力墩设定在3 0 # 墩和3 1 # 墩，其上各固定2 台z l d 1 5 0 型穿心式自动连续顶推千斤顶，这样既可 使主力墩始终处于偏心受压状态，又能避免主力墩频繁在动静摩阻交替作用下 而产生摆动，有利于墩台的稳定。两台连续作用千斤顶工作线对称分布于钢箱梁 中轴线两边，利用钢绞线顶推梁底拉锚器使钢箱梁均匀连续向前移动，最终到达 设计位置。 2 2 钢箱梁顶推过程的有限元模拟方法及需考虑的因素 2 2 1 有限元模拟方法 钢箱梁在顶推过程中，其受力状态在不断变化，底板与前端墩上方下滑道接 触区域处的受力又极其不均匀，前端大，后端小，甚至出现局部脱空。而钢箱梁 本身设有预拱度，加上钢箱梁本身的变形，临时墩横盖梁的变形等原因，使钢箱 梁的受力更为复杂。钢箱梁在项推过程中其局部应力不超过容许值，不出现局部 失稳是确保施工安全和顺利进行的必要条件，需对该过程进行精细的有限元分 析，为顶推过程的监控提供理论依据。 分析时将顶推过程分成许多子步，对每一子步采用大型通用有限元软件包 a n s y s 做全桥仿真分析。钢箱梁结构全部采用弹性薄壳单元s h e l l 6 3 模拟，2 撑、 3 撑、甜、5 撑临时墩上方的横盖梁全部采用空间粱单元b e a m 4 4 模拟，临时墩和主 墩上方的下滑道采用三维单轴拉压杆单元l i n k 8 模拟，由于钢箱梁与下滑道脱空 时，二者没有相互作用，链杆单元只能受压，不能受压，钢箱梁底板与下滑道的 接触区域为非线性问题，需反复迭代运算。而在前端墩下滑道上方钢箱梁的受力 最为关心，分析时对该处梁段进行网格细划。整个钢箱梁有限元模型约划分为 硕士学位论文第二章顶推过程汇总钢箱梁受力分析 2 5 万个节点，1 5 0 万个自由度。2 x 9 0 m 钢箱梁叠合拱桥拖拉过程的有限元模型 见图2 7 和图2 8 。 图2 - 7 雁荡山桥拖拉过程全桥有限元分析模型图 图2 - 8 雁荡山桥有限元分析模型局部细划图 h 秀 硕士学位论文第二章顶推过程汇总钢箱梁受力分析 2 2 2 计算中需考虑的因素及计算参数 1 计算中考虑的因素 考虑各墩墩顶上下滑块位置处钢箱梁的纵向不平顺和横向不平顺。 纵向不平顺主要由钢箱梁的预拱度和钢箱梁的受力变形引起，使得钢箱梁在 项推过程中滑道上方的受力不均匀，且这种不均匀性随顶推过程而改变。 横向不平顺主要发生在临时墩位置处，由于横盖梁的变形使得6 个滑道横向 高低不一致，尤其以3 撑、4 # 1 1 临i 时支墩最为严重，这两个临时墩上横盖梁跨度较 大、刚度小，且钢箱梁偏