拱桥的施工方法ppt课件.ppt

第八章桥梁主梁施工 1 第四节拱桥施工方法 程序和施工要点 拱桥的概述 拱桥 以拱为承重结构的桥梁反力 在竖向荷载作用下 拱的两端支承处除有竖向反力外 还有水平推力受力性能 拱主要承受压力 而弯矩 剪力较小圬工拱桥 可以利用抗拉性能较差而抗压性能较好的圬工材料 石料 混凝土 砖等 来建造拱桥其他材料建造的拱桥 钢筋混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥和钢拱桥关键技术 施工 拱架施工法 缆索吊装施工 无支架施工 转体施工以及劲性骨架施工等技术 2 主要优点 拱肋截面受压 可以充分发挥全截面材料的性能 从而能较大地高跨越能力 相对于梁式和索式结构 拱桥的变形较小 行车条件好 能充分做到就地取材 耐久性好 养护 维修费用小 外形美观 构造较简单 有利于广泛采用 3 主要缺点 1 是有推力的结构 而且自重较大 因而水平推力也较大 增加了下部结构的工程量 对地基要求也高 2 由于水平推力较大 在连续多孔的大 中桥中 为防止一孔破坏而影响全桥的安全 需要采取较复杂的措施 或设置单向推力墩 增加了造价 3 上承式拱桥的建筑高度较高 拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服 200 600m范围内 拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手 4 钢筋混凝土肋拱桥 5 钢筋混凝土箱拱桥 6 2000年10月合龙的上海卢浦大桥 为钢箱作为拱肋的提篮拱桥 跨度550m 为世界第一大拱桥 投资22亿 用钢近4万吨 7 8 9 10 11 12 德国费马恩 Femarnsund 桥 13 日本泉大津桥 14 西班牙LaBarouema桥 15 西班牙BachdeRoda FelipeII桥 16 英国世纪眼 MillenniumEye 桥 17 位于广州环城高速公路上 中承式钢管混凝土系杆拱 主跨360m 转体施工 2000年完工 18 2001年11月7日 世界铁路第一高桥 最大跨度的上承式推力转体铁路拱桥 贵州水 城 柏 果 铁路北盘江大桥拱上梁架设完工 这标志着这座拱跨236米 高达280米的创世界奇迹的转体铁路钢管拱桥建造成功 桥跨布置 3 24m预应力混凝土梁 236m提篮上承式钢管混凝土拱 5 24m预应力混凝土梁 桥长468 20米 桥高280米 每侧拱桁管中心高为4 4米 宽为1 5米 由4根 1000 16mm的Q345d钢管及H腹杆 腹板以栓焊连接而成 上下游拱肋之间则以 800 14及 600 14钢管组成 字型构件 管管相贯焊接 拱肋拱顶中心距6 16米 拱趾中心距19 6米 拱肋钢管内灌注500 微膨胀混凝土 大桥施工方案 236米主跨钢管桁架拱采用工厂内分单元制造 铁路 公路运输 在大桥南北两岸陡峭峡谷的工地支架上进行栓焊连接成两个半拱 单铰水平转体合拢 南岸水平逆转180度 北岸水平逆转135度 钢管内混凝土以泵送顶升法施工 拱上结构用吊重60吨 跨度为480米的缆索吊机施工 19 20 巫山长江大桥 中承式钢管混凝土拱桥 主跨460m 目前世界第一大跨度的钢管混凝土拱桥 21 贵州江界河桥 跨度330米 最大的桁架式混凝土拱桥 22 澳大利亚悉尼港大桥 23 24 一 拱桥施工概述 拱桥的施工方法 大体上可分为有支架施工和无支架施工两大类 石拱桥和混凝土预制块拱桥基本上采用有支架施工 其他拱桥则有采用无支架施工 如图 25 拱桥的施工方法 26 国内早期在拱桥无支架施工中主要采用缆索吊装法 但缆索吊机的吊装能力有限 为利用缆索设备实现拱桥跨度的增大 我国在20世纪70年代修建了大量的双曲拱桥 20世纪七八十年代 我国修建的拱桥主要是箱拱桥 1979年建成的四川宜宾马鸣溪大桥 跨径为150m 采用缆索吊装施工 吊装重量达70t 基本上是我国缆索吊装设备的最大吨位 1980年建成的四川涪陵乌江大桥 采用我国首创的平面转体施工法 使跨径跃上200m的大关 平转法的应用为拱桥无支架施工开辟了新的道路 但当跨径增大后 转体重量很大 转体施工工艺复杂 转盘圬工量大 因此也无法实现更大跨径的突破 27 日本的外津桥 跨径170m 采用悬臂浇筑法 南非的Bloukrans桥 跨径272m 采用悬臂扣挂法等 悬臂施工法解决了大跨径拱桥无支架施工的问题 但由于需要较多的临时设施 施工费用较高 在我国未能得到推广应用 28 劲性骨架施工法是国外早期采用的无支架施工方法之一 劲性骨架具有较大的强度和刚度 在施工中起施工支架的作用 承担现浇混凝土的自重 但骨架埋设于混凝土之中 施工后不予拆除 国内又称为埋置拱架法 国外也称其为米兰法 拱圈混凝土成为型钢混凝土结构 或劲性钢筋混凝土 英文为SteelReinforcedConcrete 简称SRC 用劲性骨架建成的跨径最大的拱桥是西班牙的Esla桥 跨径达210m 由于劲性骨架方法耗用钢材多 为此我国探索应用半劲性骨架施工方法 该方法中钢骨架用钢量较少 不足以单独程度主拱圈的混凝土自重 因此施工过程中采用分环浇筑混凝土的方法 1980年辽宁省建成了跨度60m的蚂蚁沙桥为首座采用半劲性骨架的施工方法 目前采用此法建成的拱桥有十余座 其中跨径较大的有辽宁丹东沙河口大桥 跨径156m 和四川宜宾小南门金沙江大桥 跨径240m 29 随跨径增大 半劲性骨架施工难度也越突出 直到采用钢管作为劲性骨架 才使得这一方法得到真正的发展 1990年以来 钢管混凝土在拱桥上的应用在我国发展很快 有以下两大类型 钢管外露 钢管以参与结构受力为主 同时也是施工过程中的支架和浇筑管内混凝土的模板 成桥过程先合龙钢管骨架 再浇筑管内混凝土形成主拱圈 钢管以施工受力为主 当然也参与成桥的受力 成桥过程先合龙钢管骨架 然后浇筑管内混凝土形成埋置式钢管混凝土劲性骨架 再浇筑外包混凝土 形成主拱圈 30 钢管混凝土拱桥的施工方法本质上是劲性骨架方法 但跨径增大后 钢管骨架本身的架设也具有很大难度 对于100以下的跨径 钢管骨架一般分为三段 采用浮吊等进行吊装 边段用扣索扣住进行合龙 也可采用少支架支撑 当跨径超过百米后 常用的架设方法 主要是缆索吊装和转体施工方法 31 二 拱桥就地浇筑施工 在事先设置的拱架上进行拱体的砌筑 浇注 安装 最后落架并完成余部分施工 适用情况 砖石 混凝土块 混凝土拱桥 32 二 拱桥就地浇筑施工 当拱桥的跨径不大 拱圈净高较小或孔数不多时 可以采用就地浇筑方法来进行拱圈施工 拱桥的就地浇筑施工方法的主要施工工序 有 材料的准备 拱圈放样 包括石拱桥拱石的放样 拱架制作 安装与试压 拱圈及拱上建筑的砌筑 拱架卸落等 p396 33 二 拱桥就地浇筑施工 当拱桥的跨径不大 拱圈净高较小或孔数不多时 可以采用就地浇筑方法来进行拱圈施工 拱桥的就地浇筑施工方法的主要施工工序 有 材料的准备 拱圈放样 包括石拱桥拱石的放样 拱架制作 安装与试压 拱圈及拱上建筑的砌筑 拱架卸落等 p396 34 拱架是有支架施工法中最主要的临时设施 它要支承全部或部分拱圈和拱上建筑的重量 因此要具备足够的强度和刚度 同时拱架又是一种施工临时结构 故要求构造简单 装拆方便并能重复使用 35 多孔连续拱桥施工时 还应考虑相邻孔间的影响 若桥墩设计容许承受单孔施工盒载 就可以单孔卸架 否则应多孔同时卸落拱架 以避免桥墩不能承受单向推力而产生过大的位移 36 1 拱架施工 1 拱架的形式按使用材料分 木拱架 钢拱架 扣件式钢管拱架 斜拉式贝雷平梁拱架 竹拱架 竹木混合拱架 钢木组合拱架以及土牛胎拱架等多种形式 37 按照构造分 满堂式拱架 少支架拱架以及混合拱架等类型 38 1 满堂式拱架 采用木材或者钢管脚手架搭设 通常由拱盔 卸落设备和拱架下部组成 适用于跨度不大 高度较小和基础较好的拱桥 基础不满足条件时 均应进行基础处理 39 满堂式拱架的构造 40 2 少支架拱架 少支架 撑架式拱架的构造 41 42 3 拱式拱架 临时的拱圈 多采用三铰拱 工字梁拱式拱架 43 桁架拱式拱架 44 2 拱架施工的要点 1 拱架要求 结构简单 稳定性好 可重复使用 拱架在各种施工荷载作用下 其内力须经计算确定 拱架安装时 应预先设置预拱度 以抵抗施工过程中的各种变形和下沉 预拱度值采用二次抛物线分配 拱架的卸落时间应严格掌握 卸落设备应简单可靠 支架基础必须稳固 承重后应能保持均匀沉降且沉降值不得超过预计范围 45 2 拱架的计算荷载拱圈的圬工重量 不分环浇筑时 按拱圈全部厚度计入 分环砌筑时 按实际作用于拱架的环层计算 一般计入拱圈总重的60 75 对于大跨径拱桥 分环数多 拱架高 相对刚度较小 应根据施工工序进行整体分析 模板 垫木 拱架与拱圈之间各种材料的重量 拱架自重 排架式木拱架包括铁件可按6 5kN m 估算 三铰木拱架可按2 5 3 5kN m估算 人员 机具重量 一般可按2 0kN m2估计 其他可能产生的荷载 如横向风力 水 雪等 验算拱架稳定性时应考虑横向风力 横向风力可参考 公路桥涵设计规范 计算 也可假定为1 0kN m2 46 3 预拱度的设置为保证桥梁的成桥立面线形符合设计要求 使上部构造在卸架后能获得满意的外形 需要在施工时对结构预设一定的 以克服支架的下沉 梁体自身的挠度等变形 该反向拱度即预拱度 47 拱圈施工时和卸架后会产生下列弹性挠度及下沉变形 1 拱架和支架承受施工荷载引起的弹性变形 2 超静定结构由温度变化 混凝土的收缩徐变所产生的挠度 3 承受推力的墩台 由于墩台水平位移产生的拱圈挠度 4 由于结构重力产生的拱圈的弹性挠度以及1 2汽车荷载引起的拱圈挠度 5 受荷后由于杆件接头的挤压和卸拱设备的非弹性压缩所产生的非弹性下沉 6 拱架基础在受载后的非弹性变形 沉陷 48 拱架在拱顶的总预拱度除按上列方法进行计算外 对一般砖石混凝土拱桥并可按经验取为进行校核或估算 对于大跨径拱桥 总预拱度值宜根据施工工序进行整体结构分析后得出 设置预拱度时 应按在拱顶处为全部变形值 在拱脚处为零设置 其余各点可按拱轴纵坐标高度比例或按二次抛物线分配 x 距离拱顶的距离L 计算跨径 49 3 拱架的放样和制作 按照设计的拱轴线加上个点的预拱度值 计算出拱轴线各点的实际高度值 然后找一处开阔的区域 通过相对坐标 算出拱架的轴线 并根据计算结果 进行拱架制作 50 4 拱架的试压 应根据拱圈施工的顺序以及施工工艺对结构进行试压一般采用砂袋进行试压 51 5 拱架的卸落和拆除 浇筑的混凝土应达到设计强度的75 时 方可卸落拱架为了拱由支承状态逐渐地转变为受力状态 拱架必须逐渐均匀地脱离拱圈 拱圈骤然受力 可能发生裂缝 卸架设备松降时 拱圈将下沉 而拱架因解除荷载恢复弹性变形反而上升 因此 拱顶卸落量等于自身重力引起的拱圈弹性下沉量 墩台水平位移引起的拱困下沉量和拱架的弹性下沉量之和 拱脚处的卸落量等于拱架的弹性下沉量 其它各点的卸落量按直线比例内插求出 52 拱架卸落应按设计进行 无设计则应拟定的卸落程序 分几个循环卸完 卸落量开始宜小 以后逐渐增大 在纵向应对称均衡卸落 在横向应同时一起卸落 在卸落前应在卸架设备上画好每次卸落量的标记 满布式拱架卸落时 可从拱顶向拱脚依次循环卸落 拱式拱架可在两支座处同时均匀卸落 多孔拱桥卸架时 若桥墩允许承受单孔施工荷载 可单孔卸落 否则应多孔同时卸落 或各连续孔分阶段卸落 卸落拱架时 应设专人用仪器观测拱圈挠度和墩台变化情况 并详细记录 另设专人观察是否有裂缝现象 53 2 拱桥就地浇筑施工 1 浇筑顺序的选择拱桥与梁桥的区别 拱架的受力 1 浇筑程序浇筑拱圈及拱上立柱垫墙 拱上立柱 联结系及横墙等 桥面系等 54 2 浇筑顺序要求 对称平衡 拱架应力 变形最小 桥墩偏心应力最小 尽量减少拱架变形对于拱肋的影响 接缝避开应力集中部位 温度选择最低 55 3 规范要求连续浇筑 16米跨径以内砼拱桥 从拱脚至拱顶对称连续浇筑 分段浇筑 跨径在16m以上的混凝土拱圈或拱肋 为避免先浇筑的混凝土因拱架下沉而开裂 并为减小混凝土的收缩力 可沿拱跨方向分段浇筑 各段之间留有间隔槽 56 箱型板拱或肋拱浇筑 大跨径钢筋混凝土拱圈 为减轻拱架负荷 通过计算可采用分环浇筑混凝土 即将拱圈高度分成二环或三环 先分段浇筑下环混凝土 分环合拢 再浇筑上环混凝土 分环浇筑的施工时间较长 但下环混凝土在达到设计强度后 与拱架共同承担上环浇筑混凝土的重量 可节省拱架 分环分段浇筑也可采取先分环分段浇筑 最后一次合拢 57 2 劲性骨架浇筑拱圈对于大跨度拱桥的就地浇筑施工方案 一般都遵循分环 分段 均衡对称加载的总原则进行纵向加载设计 主要有分环多工作面均衡浇筑法 水箱压载分环浇筑法和斜拉扣挂分环连接浇筑法 严格控制先浇筑混凝土以及骨架的变形 58 3 拱肋系梁及拱上建筑施工钢筋与模板 拱上结构宜将钢筋形成骨架 模板形成整体 吊装到位进行浇筑 简化拱圈上的作业 混凝土浇筑 必须对称进行浇筑 59 二 拱桥装配式施工 拱桥的主要施工方法特点 需要大型专用设备 代表设备缆索吊机主要方法 支架拼装法 缆索吊装法 拱上架梁吊机法 60 1 支架拼装法 预制拱段 按照加载顺序吊装拱段于拱架 现浇间隔槽 合龙拱圈 适用于矮小拱桥 61 2 缆索吊装施工 桥墩两侧安装索塔 拱桥构件通过主索起重设备吊装 运输 依次拼装 利用扣索斜拉构件 直至合龙 62 1 拱箱 肋 的预制构件的预制方法按构件预制时所处的状态分立式预制和卧式预制两种 拱箱的预制一般多采用立式预制 而桁架拱桥的桁架预制段或肋拱桥的拱肋这种面积大 宽度小的构件 必须采用卧式预制 63 2 缆索吊装设备缆索吊装设备 按其用途和作用可以分为 主索道 主塔架 扣挂系统 风缆索系统 工作索 和锚固装置等四个基本组成部分 主要包括主索 起重索 牵引索 结索 扣索 缆风索 塔架 包括索鞍 地锚 滑车 轮 电动卷扬机或手摇绞漫备和机具 64 缆索吊装布置示例 1 主索张紧绳 2 2号起重索 3 后浪风 4 塔架 5 I号起重索 6 扣索 7 平滚 8 主索 9 塔顶索鞍 10 塔顶索鞍 11 地垄 12 手摇绞车 13 扣塔 14 待吊肋段 15 单排立柱浪风 16 法兰螺丝 17 牵引索 18 侧向浪风 19 浪风 65 1 主索主索亦称为承重索或运输天线 它横跨桥墩 支承在两侧塔架的索鞍上 两端锚固于地锚 吊运构件的行车支承于主索上 2 起重索主要用于控制吊物的升降 即垂直运输 一端与卷扬机滚筒相连 另一端固定于对岸的地锚上 3 牵引索用于拉动行车沿桥跨方向在主索上移动 即水平运输 故需一对牵引索 既可分别连接在两台卷扬机上 也可合栓在一台双滚筒卷扬机上 便于操作 66 4 扣索当拱箱 肋 分段吊装时 需用扣索悬挂端段箱 肋 及中段箱 肋 并可利用扣索调整端 中段箱 肋 接头处标高 扣索的一端系在拱箱 肋 接头附近的扣环上 另一端通过扣索排架或塔架固定于地锚上 5 缆风索亦称浪风索 用来保证塔架的纵横向稳定及拱肋安装就位后的横向稳定 6 塔架及索鞍塔架是用来提高主索的临空高度及支承各种受力钢索的结构物 塔架的形式是多种多样的 按材料可分为木塔架和钢塔架两类 67 起重索的布置图1 卷扬机滚筒 2 转向滑轮组 3 起重索 4 行车 5 主索 6 滑轮组 7 地锚 8 吊重 68 扣索的布置图1 拱肋 2 扣索 3 扣索排架 4 张紧索 5 绞车 6 地锚 69 索鞍构造图1 主索 2 滑轮 3 垫板 4 联结螺栓 固定于塔架上 5 支撑板 70 3 缆索吊装施工工艺 1 准备工作无支架施工 在吊装前应对构件 墩台拱座进行全面质量检查和对起吊设备系统的试吊工作 对缆索设备的检查主要包括地锚试拉 扣索对拉 主索系统试吊 分行车空载运行 静载试吊和吊重运行三个步骤 等工作 71 2 吊装方法采用缆索吊装施工的拱桥 其吊装方法应根据桥的跨径 桥的总长及桥的宽度等情况而定 合龙的方式有单肋合龙及双肋合龙 单肋合龙是一片中段拱肋与已安装就位的两边段拱肋在中部合龙 其横向稳定主要依靠拱肋接头处设置的缆风索来加强 72 无支架施工中的单肋合拢与双肋合拢1 缆风索 2 横夹木 73 每片拱箱吊装顺序1 端段 2 中段 3 中间段 4 中墩 5 运输天线 74 3 加强稳定性的措施横向稳定缆风索 12 拱肋稳定缆风索在吊装过程的不同施工阶段具有不同的作用 在边段拱肋就位时 用以调整和控制拱肋中线 在拱肋合龙时 可以约束接头的横向偏移 在拱肋成拱以后 相当于一个弹性支承 从而减少拱肋自由长度 增大拱肋的横向稳定 在拱肋受外力作用时 约束拱肋的位移 拱肋纵向稳定措施当拱肋接头处可能发生上冒变形时 可在其位置下方设置下拉索来控制变形 下拉索一般对称布置 75 锚固在两岸的拱肋风缆a 多孔桥 b 单孔桥 76 拱肋设置下拉索 77 4 拱肋横向联系在吊装过程中 为了减少拱肋的自由长度和增强拱肋的横向整体性 拱肋之间的横向联系是一项必不可少的施工措施 一般采用的横向联系有木夹板 木剪刀撑 钢筋拉杆 钢横梁和钢筋混凝土横系梁等形式 78 岷江大桥 79 岷江大桥缆索吊装施工示意图 80 吊装另一根拱肋 合拢 81 横撑吊装 82 混凝土浇筑 83 桥面施工 84 拱桥初成 85 3 拱上吊机拼装法 86 三 拱桥的其他施工方法简介 1 支架横移法 87 2 转体施工法 1 概述拱桥转体施工方法 是将拱圈分成两个半跨 分别在两岸利用地形作简单支架 或土牛拱胎 将半拱预制完成 之后以桥梁结构本身为转动体 使用一些机具设备 分别将两个半拱转体到桥位轴线位置合龙成拱 转体施工一般适用于单孔或三孔的桥梁 转体的方法可以采用平面转体 竖向转体或平 竖结合转体 用转体施工建造大跨度拱桥 可节省支架费用 减少安装工序 把复杂的高空作业和水上作业变为岸边的陆上作业 可不中断河道通航或立交桥的交通 具有良好的技术经济效益和社会效益 88 巫山龙门大桥拱肋正在转体即将合拢 89 2 平面转体按照桥梁的设计标高先在两岸边预制半跨 当预制件达到设计强度后 借助转动设备在水平面内转动至桥位中线处合龙成桥 平面转体可分为有平衡重转体和无平衡重转体 有平衡重转体一般以桥台背墙作为平衡重 并作为桥体上部结构转体用拉杆 或拉索 的锚锭反力墙 用以稳定转动体系和调整重心位置 为此 平衡重部分不仅在桥体转动时作为平衡重量 而且也要承受桥梁转体重量的锚固力 有平衡重转体施工受到转动体系重量的限制 过大的平衡重增大了转动的难度且不经济 一般适用于跨径l00m以内的拱桥 90 有平衡重平面转体一般构造1 尾铰 2 平衡重 3 轴心 4 锚梁 5 绞车 6 滑轮组 7 支点2 8 扣索 9 支点1 10 拱肋 11 上盘 12 上下环道 13 底盘 14 背墙 15 平衡重 16 球面铰轴心 17 竖向预应力筋 18 舡槽梁 19 拉杆 20 斜腿 21 滚轮 22 轨道板 91 无平衡重转体施工是把有平衡重转体施工中的拱圈扣索拉力锚在两岸岩体中 由此来锚固半跨桥梁悬臂状态时产生的拉力 并在立柱的上端设转轴 下端设转盘 通过转动体系进行平面转体 由于节省了庞大的平衡重 减轻转动体系的重量 故可用在大跨度桥梁中 无平衡重转体施工需要有一个强大牢固的锚锭 因此宜在山区地质条件好或跨越深谷急流处建造大跨桥梁时选用 92 无平衡重转体施工示例 涪陵乌江大桥 图12 位于当时的四川省涪陵市 桥址为V型河谷 水深流急 大桥全长351 83m 桥高84m 主跨为1跨200m钢筋混凝土箱形拱 此跨度为当时国内拱桥跨度的第一 矢跨比1 4 拱上建筑为1