大跨度钢管混凝土拱桥安装线形控制方法研究.pdf
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1、 桥梁建设2 0 1 4年第 4 4卷第 1期( 总第 2 2 4 期 ) B r i d g e C o n s t r u c t i o n,Vo 1 4 4 ,No 1 ,2 0 1 4 ( To t a l l y No 2 2 4 ) 文章 编 号 : 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 4 ) O 1 0 1 0 7 0 7 大跨度钢管混凝土拱桥安装线形控制方法研究 顾 颖 , 姚 昌荣, 李亚 东, 康玲 , 揭 志羽 ( 西 南交通 大 学桥 梁 工程 系 , 四川 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘要 :为解决大跨度钢管混凝土拱桥钢管拱架设过程 中存在的索力偏
2、差大、 线形调整难、 索 力与标高不匹配等 问题 , 提 出“ 宁高勿低、 宁静 勿动” 的线形控制 原则和一种新的扣 索索力计算方 法。以某主跨 3 6 0 m铁路钢管混凝土提篮拱桥为例 , 对 比新方法的计算索力与实际张拉 索力的差 异 , 研 究各节段在架设过程 中的线形变化及预抬 高对节间焊缝 宽度的影响。研 究结果及 实际工程 表明, 该线形控制原则和索力计算方法具有较高的索力计算精度 , 能够保证节段重量由缆 索吊承载 向扣 索 受 力的顺利 转换 , 满足 成拱 线形 光 滑的要 求 , 且 可 实现扣 索一 次性 张拉 达到 线形控 制 目的 。 关键 词 : 拱桥 ; 钢 管
3、 混凝 土结构 ; 拱肋 ; 安 装 ; 斜拉 扣 挂 悬拼 方 法 ; 施 工控 制 ; 索力 ; 预 抬 高 中图分 类号 : U4 4 8 2 2 文献标 志码 : A S t u d y o f Al i g nme n t Co n t r o l M e t ho d f o r I ns t a l l a t i o n o f Ar c h Ri b s o f Lo ng S p a n CFS T Ar c h Br i d g e GU Yi ng,Y AO Ch a ng r o ng,LI Y a d o n g,KANG Li ng,JI E Zhi 。 y u
4、( De p a r t me n t o f Br i d g e E n g i n e e r i n g,S o u t h we s t J i a o t o n g Un i v e r s i t y,Ch e n g d u 6 1 0 0 3 1,Ch i n a ) Ab s t r a c t :To r e s o l ve t h e pr o bl e m s t ha t t he f a s t e n i ng s t a y f o r c e de v i a t i o ns a r e g r e a t ,t h e a l i g n me n
5、t a d j u s t me n t o f t h e a r c h r i b s i s d i f f i c u l t a n d t h e s t a y f o r c e s a n d e l e v a t i o n d o n o t ma t c h i n t h e i n s t a l l a t i o n p r o c e s s o f t h e s t e e l t u b e a r c h r i b s o f l o n g s p a n c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b
6、e( CF S T) a r c h b r i dg e,t he a l i g nme n t c o nt r o l p r i nc i pl e of” ke e pi ng t h e i ns t a l l e d b l oc ks o f t h e a r c h r i bs hi g h r a t he r t h a n l o w a nd ke e pi ng t he b l oc ks s t a t i o na r y r a t he r t ha n m o v a b l e ”a nd a ki n d of t he n e w c a
7、l c ul a t i on m e t ho d f o r t he s t a y f or c e s we r e d e v e l o pe d A r a i l wa y CFS T ba s ke t ha n dl e a r c h br i d g e wi t h a ma i n s p a n 3 6 0 m wa s t a ke n a s a n ex a mp l e ,t he di f f e r e nc e s b e t we e n t he s t a y f o r c e s c a l c u l a t - e d a c c o
8、 r d i n g t o t h e de ve l op e d n e w m e t ho d a n d t he a c t ua l t e ns i on e d s t a y f o r c e s i n t he i ns t a l l a t i o n we r e c ompa r e d a n d t he c h a ng e s o f t he a l i gnme nt of t h e a r c h r i bs a n d t he i n f l ue n c e s of p r e r a i s i ng o f t h e a r
9、c h r i b b l o c k s o n t h e we l d i n g s e a m wi d t h o f t h e b l o c k s i n t h e i n s t a l l a t i o n o f t h e d i f f e r e n t bl o c ks we r e s t u di e dThe r e s ul t s o f t h e s t u dy a n d t he a c t u a l i ns t a l l a t i on i n di c a t e t ha t t he a l i gn me n t c
10、 o n t r o l p r i n c i p l e a n d t h e n e w c a l c u l a t i o n me t h o d h a v e h i g h c a l c u l a t i o n p r e c i s i o n o f t h e s t a y f o r c e s ,c a n e n s u r e t h e f a v o r a bl e t r a ns f or ma t i o n o f t he bl o c k we i gh t c a r r i e d by t he c a b l e c r a
11、 ne t o t he we i gh t t o be c a r r i e d by t he f a s t e ni n g s t a ys ,c a n s a t i s f y t he r e qu i r e me nt f or t he s mo ot h a l i gn me nt o f t he c o m p l e t e d a r c h r i bs a n d mo r e o v e r,c a n a c hi e ve t he a l i g nme n t c on t r o l go a l o f t e ns i o ni ng
12、 t h e s t a y s i n o ne t i m e Ke y wo r d s :a r c h b r i d g e ;c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e s t r u c t u r e ;a r c h r i b;i n s t a l l a t i o n;f a s t e n i n g s t a y c a nt i l e ve r a s s e m b l i ng me t h od;c o ns t r u c t i o n c o nt r o l ;s t a y f or c e;
13、p r e r a i s i ng 收稿 日期 基金项 目 作者简介 2 01 3 0 7 0 3 中央高校基本科研业务费专项资金科技创新项 目( S WJ T U1 1 CX O 0 5 , S WJ TU1 2 C X 0 7 1 ) Pr o j e c t o f S c i e n c e a n d Te c hn o l o g y I n no v a t i o nFun d a me n t a l Re s e a r c h Fu nd s f o r Ce nt r a l I e v e l Un i v e r s i t i e s a n d I n s t
14、 i t u t e s ( S W J TU1 1 CX0 0 5,SWJ TUl 2 CXO 7 1 ) 顾颖 , 博 士生 , E ma i l : 2 4 5 6 9 7 6 3 6 q q c o rn。研究方向 : 大跨度桥 梁设计理论及施工控制 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 8 桥粱建设 B r i d g e C o n s l r u c t i o n l 引 言 大跨度 钢管 混凝 土拱 桥 的钢 管拱 肋施 工方 法主 要有转体施工法 和斜拉扣挂悬臂拼装法 2种。 转体施工法由于需要制作大型球铰、 转体过程 中稳 定性 不易
15、 控制 , 只在 地 形 合 适 或施 工 条 件 受 到严 重 限制时才采用。大多数的大跨度钢管拱肋都采用斜 拉扣 挂悬 臂 拼 装 的 方 式 架 设 , 即将 拱 肋 分 成 若 下节段 , 每一节段 调整就位后 , 通 过扣索锚于塔架 上, 待拱肋合龙后再拆除扣索达到 目标线形 , 全过程 一 般通过索力凋整和设置预抬高来控制线形 。 采用斜拉扣挂悬臂拼装法安装的钢管拱肋 , 在 拱肋架设过程中, 结构形态不断改变, 结构超静定次 数逐渐增加, 使得施工控制 的难度增加 。因此如何 通过 合理 的扣 索初 张 力 和 预抬 高 来 有 效 、 便 捷地 控 制拱 肋线 形就 显得 尤为
16、 重要 。 2拱肋 安装 线形控 制方 法 2 1 线 形控 制原 则 的提 出 采 用 斜拉 扣 挂 悬臂 拼 装 法架 设 钢管 拱 肋 , 节 段 的安装 一 般要 经历 “ 空 间定 位 、 临 时连 接 、 受 力 转换 和接缝 焊 接 ” 4个 阶段 , 在 这些 阶段 实 施 过 程 中 , 容 易出现 如 F问题 。 ( I )住 卒问定 位 阶段 , 节段 空 间精确 定 位难 , 一 般需要反复调整才能完成新 、 旧节段的对接 。 ( 2 )在 临 时连接 阶段 , 出于 美 观考 虑 , 相邻 节 段 临时连接多采用 内法兰通过螺 栓连接。拱肋 吊装 时 , 节段 处 于
17、 有 应 力 状 态 , 即使 吊装 造 成 的变 形 很 小 , 也 会影 响螺栓 对接精 度 。 ( 3 )在受力转换 阶段 , 拱肋节段重量 由缆索 吊 受 力向扣索 及 已安装 节段 承载转 换 。扣 索 索力 没置 f 容易造成对接焊缝宽度过大或无法脱钩。 ( 4 ) 在 接缝 焊 接 阶段 , 由 于 临时 连 接 容 易 在 对 接 n产 乍较 大的 弯矩 和 剪 力 , 造 成 焊缝 宽度 增 大 或 错 边现 象 。此外 , 由于 夹片 滑动或 钢绞 线松 弛 、 锈 蚀 及 其他 因素影响 , 常发 生拱 肋线形 降低 的现 象 。 针 对 以 E问题 , 本 文提 出“
18、宁高勿 低 、 宁静勿 动” 的线形 控制 原则 。 “ 宁 高勿低 ” 是 指 在受 力 转 换 阶段 , 若难 以实 现 节段安装的精确控制 , 可在最后 一次索力张拉时, 将 节段标 高 在安装 线 形 上进 行 适 当抛 高 , 以 减小 或 抵 消后期因钢绞线锈蚀 、 松弛等原因产生的线形降低 , 从而避免扣索的二次张拉 。 “ 宁静 勿动 ” 是 指在 拱 肋 的整 个架 设 过 程 中 , 拱 肋线形 小 出现较 大 的 变化 , 这样 一 是 可 以 避 免 临 时 连 接 承受较 大 的弯矩 和 剪力 , 以免 出现 焊 接 宽度 拉 大和错 边现 象 ; 二 是 可以 避
19、免拱 脚 临 时 铰 轴发 生 大 幅度转 动 , 从 而减 小 其 实 际转 动 情 况 与 理论 铰 接 状 态不一致造成的误差; 三是减小 由于扣索索力变化 产生的扣塔偏位对拱肋线形的影响。 2 2 一种新 的索力计 算 方法 目前 , 计算扣索索力常用方法有 : 零弯矩法 、 零 位移法和优化分 析法等 。零 弯矩法将相邻 节 段 的接头 假定 为铰 接 , 与 接 头 在 节段 就 位 后 焊 接 的 情况 不符 , 且索 力 需 多 次 调整 。零 位 移 法 中支 座 反 力的合力方向往往与扣索方向不一致 , 且有I 能出 现负 索力 。 优化分 析 法理论 上 可以 只通过扣
20、索 张拉来 达 到 目标线形 , 但实际施工中扣索索力受工况 、 临时荷载 及缆风设置的影响很大 , 难以准确计算及精确测量 ; 扣索张拉需要在“ 节段顺接 、 连接可靠” 的前提 下进 行 , 这 2 个 条 件往往 难 以满足 ; 新 : 段安 装需要 依 靠 索力将节段张拉至安装标高, 极易出现索力和安装 标高不能同时满足的情况。 针对上述扣索索力计算方法存在的问题 , 结合 前 文提 出 的“ 宁静 勿 动” 控 制 原 则 , 本 文提 出 一 一 种 新 的扣索索力计算方法, 该方法的总体思路为 : 拱肋新 节段扣索的张拉不影响前一节段的线形 ; 计算时 , 丁 用上 一节 段前
21、端点 的竖 向位 移 为零 作 为 目标 , 计 算 扣索索力 , 其计算公式为: + 一 + 4 ( 1 ) I I ( 2 ) 式中, T为扣索索力, ”为迭代次数, 其初始值 的计 算方法为 : 将扣索作为单元激活, 而不施加索力 , 计 算后提取其内力作 为初始值 T a为新节段扣索张 拉单位索力 时, 在前节段前 端产生 的竖 向位移; + 为第 ( 4 - 1 ) 次迭代后 前一 节段 前端 的竖 向位 移 , 当 + f 小 于设 定容 许误 差 ( 如 0 0 l I n ) , 即可 认 为 索力 T 满 足 要 求 , 一 般 只 需 2或 3次 迭 代 即 可 。本 方法
22、 索力计 算 的一般 步骤 及流 程见 图 1 。 基于此方法的索力张拉相当于仅将缆索吊承受 的节段 重量转 移 到扣 索 上 , 索 力 也 类 似 于 只起 到 平 衡 当前节段重量的作用 , 所以不会在节间连接处产 生较大的弯矩 , 这一点与零弯矩法的目标近似 , 但索 力不 必进行 多次 调整 , 节 问连接 状 态也与 实际相 符 。 该方法 的扣索索力计算是将 一 卜一节段前端点不 发生竖向位移作为 目标 , 所以新节段扣索的张拉不 会抬高或降低前一节段 的线形 , 这点与零位移法 的 目标近似 , 但不会出现负的索力 , 也不会有索力方向 学兔兔 w w w .x u e t u
23、 t u .c o m 大跨度钢管混凝土拱桥安装线形控制方法研究 顾颖 , 姚 昌荣 , 李亚东 , 康 玲 , 揭志羽 1 O 9 图 1索力计算流程 Fi g 1 Fl o w Cha r t o f Ca l c ul a t i o n of Fa s t e n i n g St a y Fo r c e s 不 一致 的问题 。 该方法是以“ 预抬高为主, 索力为辅” 的方式来 控制线形 , 所以索力精度要求要比优化分析法的要 求低 ; 考虑预抬高的安装线形是在定位时预先设置 , 不必通过扣索张拉实现, 扣索的张拉也只是起到受 力转换作用 , 所以较少 出现优化分析法 中的索力与
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- 跨度 钢管 混凝土 拱桥 安装 线形 控制 方法 研究
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