斜拉桥刚性铰安装施工工法及应用

1、,斜拉桥刚性铰安装施工工法及应用,中交第二航务工程局有限公司 彭琳琳,中交第二航务工程局有限公司,汇报内容,一、工法产生背景,二、工法特点,三、工艺原理,五、工程应用情况,六、社会经济效益,四、工艺创新点及操作要点,1.1、工程背景,随着桥梁技术的不断革新，对桥梁的跨越能力及恶劣条件适应性要求越来越高，钢箱梁结构的主梁以其自重小、抗风稳定性好、抗扭刚度高、方便施工等优点在长大桥梁中被越来越多采用。然而由于长箱钢主梁结构温度变形对索塔及基础的受力影响大，传统主梁构造已经无法较好适应超大跨度的结构体系和一些特殊的建设环境。长主梁的温度变形问题已成为制约桥梁跨越能力提高的因素之一。 为科学合理地解决

2、长主梁温度变形问题，依托嘉绍大桥项目建设进行研究，采用两幅主梁在全桥跨中处设刚性铰装置的创新性结构，并依托嘉绍大桥开展了“刚性铰安装工法”的研究和实践。,1.1、工程背景,嘉绍大桥所处的钱塘江水域具有特殊的建设条件，为适应河床摆幅的要求，主航道桥采用70+200+5428+200+70=2680m的分幅式四索面六塔斜拉桥。由于钢箱梁长度大，主梁的温度变形对索塔及基础的受力影响大，传统构造无法适应这种长主梁结构体系和嘉绍大桥特殊的建设环境。,1.2、技术背景,为科学合理地解决长主梁温度变形问题，嘉绍大桥采用两幅主梁在全桥跨中处设刚性铰装置的创新性结构体系。刚性铰释放主梁两端的纵向相对线位移，约束

3、主梁转角和剪切位移，在满足受力要求的同时又能确保行车的舒适性。刚性铰上方设有1360伸缩缝将主梁分为两联，每联为一个三塔斜拉桥。,1.2、技术背景,嘉绍大桥,北主墩,南主墩,刚性铰,1.2、技术背景,嘉绍大桥主跨跨中刚性铰包含J1、J2、J3三个梁段。每个梁段均包含左右两幅箱梁和一个箱形横梁。J1类梁段包括小箱梁固定端箱形横梁等构造；J2类梁段包括小箱梁、外套大箱梁、箱形横梁等构造；小箱梁检修区位于J3类梁段。J1和J3类梁段的单幅梁段两侧腹板还设有斜拉索锚箱，J2类梁段作为中塔之间的合龙梁段。,1.2、技术背景,J3,J2,J1,1.3、技术水平,大型钢结构桥梁中应用刚性铰构造在目前在国内外

4、中属先例，其安装精度极高，吊装重量大，且未有针对刚性铰安装施工经验可循。,中交第二航务工程局有限公司,汇报内容,一、工法产生背景,二、工法特点,三、工艺原理,五、工程应用情况,六、社会经济效益,四、工艺创新点及操作要点,2.1、质量及安全,质量：刚性铰合龙通过配重合理配置，J1和J3安装前、安装后及 J2 匹配三阶段精度控制，实现了刚性铰安装精度大于设计要求。,安全：刚性铰起吊过程中采用桥面吊机称重系统为主，测绳为辅，并采用“桥面吊机左右吊具自平衡”装置，有效保证了刚性铰安装过程安全。,2.2、工期进度,通过研发“桥面吊机左右吊具自平衡”的连接装置，实现“四点起吊，三点平衡”，提高了刚性铰安装

5、效率和安装精度，缩短施工工期。此项工艺可将总体工期缩短近0.5个月。,2.3、节约成本、经济效益,刚性铰安装过程采用四阶段配重安装，减少了边跨配重工作量，并通过研发“桥面吊机左右吊具自平衡”的连接装置，避免桥面吊机全面改造，节约机械台班、劳务及材料费用，经济效益明显。,中交第二航务工程局有限公司,汇报内容,一、工法产生背景,二、工法特点,三、工艺原理,五、工程应用情况,六、社会经济效益,四、工艺创新点及操作要点,J3,J2,J1,通过对刚性铰J1、J3梁段及11#块梁段安装精度的加强控制，对J2梁段小、大箱梁匹配顺利、工艺以及刚性铰J1J3梁段箱梁横梁安装时机、顺序的优化等措施，确保了刚性铰J

6、2梁段安装的高精度要求。 通过对钢箱梁压重方案、12#拉索二张值（超/放张）以及合龙段吊装顺序、合龙时机的优化调整，桥面吊机数显称重系统“相对差值”为主，“四点测绳相对高差”法为辅的原则，并引进“桥面吊机左右吊具自平衡”的新装置等措施确保刚性铰安装过程的塔偏、合龙口姿态及安装风险的控制。 最终以“准备充分、过程可控、实施性强”的原则，安全、高效地完成了高精度刚性铰的安装施工。,中交第二航务工程局有限公司,汇报内容,一、工法产生背景,二、工法特点,三、工艺原理,五、工程应用情况,六、社会经济效益,四、工艺创新点及操作要点,4.1、关键技术创新点,（1）研发了桥面吊机左右吊具自平衡的装置，实现超重

7、刚性铰平衡起吊安装。 （2）采用了“三阶段控制”进行刚性铰精确安装 （3）创新型“一种分幅式钢箱梁横向调位装置”提高了分幅式钢箱梁横梁高精度及高效率安装,4.2、解决的技术难题,本工法对无安装先例的单片重达408t的跨中刚性铰安装工艺进行研究，解决一下技术难题： 、研发了桥面吊机左右吊具自平衡的装置，有效解决了超重型刚性铰抬吊过程稳定性差的难题； 、通过“三阶段控制”进行刚性铰安装，有效保证了刚性铰的安装精度； 、采用“一种分幅式钢箱梁横向调位装置”进行分幅式钢箱梁横梁高精度、高效率安装。,4.3、施工操作要点,4.3.1、施工准备-桥面吊机改造,刚性铰的J1、J3梁段采用桥面吊机进行悬臂吊装

8、。由于单个刚性铰J2梁段需采用南北岸主塔的两部桥面吊机同步抬吊。故在吊装刚性铰J2梁段时，须做必要的改装，以适应单幅两台桥面吊机抬吊单幅刚性铰J2梁段的工艺需要。 、南北塔吊具改造：拆除桥面吊机标准梁段吊装专用吊具，安装小扁担抬吊吊具； 、起升速度改造：将南岸侧吊机原6倍率的起升机构变为12倍率，可以直接降低一半的起升速度为0.75m/min，并将Z5侧变频电机设定速度为0.75m/min，即可满足抬吊吊机起升速度的同步。,抬吊吊具,标准梁段吊具,抬吊吊具,研发了桥面吊机左右吊具自平衡的装置，将南主墩单台吊机两起升钢丝绳相互连接使两个吊点能够同时相互均衡起吊荷载，实现“四点起吊，三点平衡”。,

9、平衡起吊改造,4.3、施工操作要点,4.3.1、施工准备-桥面吊机改造,为确保刚性铰J2梁段的安装精度，对主墩11#块及J1、J3梁段安装工序进行调整，即在梁段完成精匹配及临时码板焊接完成后，采用“分幅式钢箱梁调位装置”-简易门架进行梁段临时横梁的安装以控制左右幅梁段间精度要求，临时横梁安装完成后方可进行梁段间的环缝焊接。,简易门架安装横梁,4.3、施工操作要点,4.3.1、施工准备-分幅式钢箱梁横梁安装,根据理论计算、并考虑实际线形误差确定索塔 12#索超（放）张量，确定原则是保证刚性铰 J2 梁段吊装后匹配时的合龙口形状与成桥形状基本一致。在完成刚性铰所有横梁安装后，将索长的超张进行相应的

10、放张。下图为不考虑线形误差时，索塔中跨侧 12#索索长超张量各为 2.5 cm 时，至刚性铰 J2 梁段吊装后匹配阶段合龙口两侧的主梁线形。,刚性铰合龙口两侧主梁线形,4.3、施工操作要点,4.3.1、施工准备-12#索超/放二张,刚性铰合龙压重包括边跨侧永久压重和中跨侧临时压重两部分， 按4阶段进行压重施工，有效地解决了408t/片超重型刚性铰J2梁段起吊前、起吊中及起吊后三阶段过程塔偏、起吊后合龙口线型姿态和整体安装功效的控制。,4.3、施工操作要点,4.3.1、施工准备-配重安装,跨中压重为临时配载。中跨侧设置临时压重的主要目的是，当两侧桥面吊机的吊重分配实际比例与理论比例不一致时快速调

11、整合龙口高程。根据监控模型计算分析，若采用单幅30t的中跨临时压重量，可调节合龙口高程约4cm。,临时配载对线型影响模型图,4.3、施工操作要点,索塔单幅安装30t临时配重，考虑在上游采用一台汽车吊（29t）、下游采用一台装载车（16t）、一台叉车（9t）、外加砼配重块作为南主墩中跨侧临时配重，在刚性铰吊装前临时配载到位，安装位置在吊机正后方，刚性铰起吊过程中，待单台吊机起吊重量达100t时，汽车吊、装载车、叉车等临时配载对称卸载并开完边跨侧充当永久压重。,跨中临时配载布置图,4.3、施工操作要点,J2类梁段小箱梁与大箱梁装配成整体后运输，运输时小箱梁与大箱梁在固定位置插打临时固定销钉，将小箱

12、梁在J2类梁段内临时固定。在吊装就位过程中，与J1梁段悬挑出的30cm底板外边缘约有10cm距离。,刚性铰小箱梁临时锁定,4.3、施工操作要点,4.3.1、施工准备-小箱梁临时锁定,由于J2梁段吊装时，顺桥向距J1、J3梁段只有10cm的理论富余值，所以尽量考虑选择温度较低的天气进行吊装。最终合龙将根据合龙口的监测情况，由监控单位确定。,4.3、施工操作要点,4.3.1、施工准备-安装温度选择,合龙步骤： 、刚性铰运抵现场，吊具下放，测绳安装，两台吊机同步分级起吊刚性铰J2（详细起升步骤见后），分级起吊过程中配合监控方进行塔偏数据测量； 单台桥面吊机起吊吨位达100t时，根据监控要求开始中跨侧

13、30t临时配重卸载及边跨剩余20%压重（南主墩48t，北主墩32t）安装；,绍兴侧（南）,南主墩,北主墩,测绳,32t/幅,48t/幅,根据监控要求卸载,4.3.2、施工操作要点及流程,4.3、施工操作要点,绍兴侧（南）,测绳同步测距,称重系统同步控制为主,合龙步骤： 、在起吊过程中，由同一名起重人员独立指挥，时刻注意各抬吊吊机称重系统吨位变化，以前记录的吨位进行严格控制，且每起升2分钟进行汇报J1、J3两端测绳长度，当长度差值超过50cm后停止起吊，进行水平度调整后再进行起吊，以控制J2梁段保持水平提升，避免单端抬吊吊机受力过大。,绍兴侧（南）,合龙步骤： 、当J2梁段段起吊至距钢箱梁0.5

14、m高度左右，停止起吊待机进行观测，此时理论上J2梁段南端与J1梁段有10cm的间距（考虑合龙时温度较低，合龙口富余会增加）。,50cm时暂停起吊,10cm的理论富余,绍兴侧（南）,合龙步骤： 、在规定的温度和时间重新起升并通过手拉葫芦及吊机变幅调整J2梁段位置，使梁段顺利进入预定龙口位置，随后根据监控要求，采用桥面吊机、手拉葫芦、千斤顶等设备进行梁段轴线、标高及合龙缝长度的调整。,50cm时暂停起吊,10cm的理论富余,手拉葫芦调节,绍兴侧（南）,合龙步骤： 、将J2、J3梁段采用手拉葫芦/钢丝绳临时连接，解开J2类梁段内小箱梁与外套大箱梁的临时约束，将小箱梁由5t手拉葫芦向J1类梁段小箱梁固

15、定端基本靠拢到位（利用小箱梁端头预留的小孔，拖曳过程确保小箱梁位移的同步性）。 、在千斤顶及手拉葫芦等辅助下通过调整J2大箱梁将其小箱梁调整对接好，安装小箱梁固定端接头螺栓（连接小箱梁时应确保刚性铰靠近J3梁段处保持自由状态，小箱梁连接面密贴度75%）；,手拉葫芦、钢丝绳软连接,绍兴侧（南）,合龙步骤： 、在小箱梁进行栓接的同时，对J1、J2合龙端口进行临时桁架锁定。其中J1、J2合龙端口锁定装置采用型钢梁，布置在箱梁两侧的腹板位置。,绍兴侧（南）,合龙步骤： 、小箱梁完成栓接后，对J2、J3合龙缝进行调节，完成工地焊接,合龙步骤： 、J2梁段与J1栓接、与J3梁段焊接后，桥面吊机松钩，采用2

16、5t汽车吊或简易门架进行刚性铰永久横梁的安装。 为了防止起吊J2时可能出现的偏载造成横梁受力过大，且为了保证能在J2起吊后对J1、J3的单幅梁段实现独立的标高调整，J1、J3梁段的横梁需在J2梁段及其横梁安装完成后再进行安装。,先装,后装,后装,合龙步骤： 、J2梁段永久横梁的安装完成后，恢复主墩12#索理论二张所长，然后安装J2梁段伸缩缝封板位于风嘴腹板处的剩余部分板件及其余附属设施，完成J2梁段合龙施工。,J2梁段同步抬吊起升主要以桥面吊机称重系统及测绳装置两方面共同进行控制，其中以吊机称重系统为主： （1）称重系统：当刚性铰全部起升离船约10cm后（梁段保持水平）停止起吊，记录此时各台吊

17、吊机称重系统吨位，后续以此吨位进行严格控制，当单台桥面吊机吨位变化量超过10t时停止起起升，分析原因后再进行起升。 （2）测绳控制：测绳装置考虑布置在梁段中轴线处，按每2分钟对两侧测绳长度进行汇报，当梁段高差大于或等于50cm时，停止起吊，待调整后再继续起升。,测绳 布置,4.3.3、施工要点-刚性铰同步起吊控制,4.3、施工操作要点,（1）控制内容及精度要求： 绝对与相对标高：刚性铰 J2 匹配时，J2 与 J1、J3 间的几何控制点高程差匹配值与理论值均应不大于3mm； 平面轴线平行度：J2 及其横梁、J1 及 J3 横梁安装完成后，左/右幅 J2梁段的轴线偏差均不大于2mm； 平面轴线相

18、对偏差：左/右幅 J2 小箱梁与 J1 顺接、实现设计要求的“零偏差”安装后，与 J3 之间的轴线偏差不大于3mm； （2）注意事项： J2 梁段在高空中安装时，严禁调整刚性铰支座；J2 匹配完成时，必须确保刚性铰厂内跑合试验时其大、小箱梁及其支座间的相对位置，必须确保 J2小箱梁与 J1 梁段的连接精度满足设计要求。,4.3.3、施工要点-刚性铰安装精度控制,4.3、施工操作要点,首先对齐小箱梁四个定位销孔（腰圆孔），插打小箱梁定位销； 然后按照高强螺栓的施工要求进行小箱梁固定端接头高栓的初拧、复拧、终拧。高强螺栓的拧紧顺序应从刚度大的外缘向不受约束的内缘进行。,4.3.3、施工要点-刚性铰J1、J2栓接工艺,4.3、施工操作要点,中交第二航务工程局有限公司,汇报内容,一、工法产生背景,二、工法特点,三、工艺原理,五、工程应用情况,六、社会经济效益,四、工艺创新点及操作要点,嘉绍跨江大桥主航道桥为六塔独柱四索面分幅钢箱梁连续斜拉桥，由于钢箱梁长度大，主梁的温度变形对索塔及基础的受力影响大，传统构造无法适应这种