(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109778718 A(43)申请公布日 2019.05.21
(21)申请号 201910162723.4(22)申请日 2019.03.05
(71)申请人 中铁四局集团有限公司
地址 230023 安徽省合肥市望江东路96号
中铁四局集团有限公司
申请人 中铁四局集团钢结构建筑有限公司(72)发明人 丁仕洪 周宏庚 王雨舟 褚部
刘瑜 张庆发 戴东泽 李猛超 严俊 付明珠 颉银宝 (74)专利代理机构 北京元本知识产权代理事务
所 11308
代理人 王红霞(51)Int.Cl.
E01D 21/10(2006.01)E01D 2/04(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
(54)发明名称
一种大跨度连续钢箱梁主跨纯悬臂拼装跨中合龙的施工方法(57)摘要
本发明公开了一种大跨度连续钢箱梁主跨纯悬臂拼装跨中合龙的施工方法，主跨架设前，利用有限元模拟计算出主跨悬拼所需调整参数，提前将主跨墩顶处钢梁进行预抬高，并临时约束主墩处钢梁纵向位移。主跨梁段由两侧向跨中悬拼，直至剩余合龙段，复测合龙口坐标，利用主墩三维千斤顶调整合龙口间距，调整合龙段吊装时吊装机械站位，确保合龙口满足无应力拼装条件，并完成焊接，吊装机械退出后，主墩钢箱梁落回支座上，落梁过程中约束固定支座处钢梁水平位移，释放其余各处纵向位移，完成全桥体系转换。本发明无需在主跨跨中设置临时结构支撑，各类型场地条件下适应性高，可操作性强，施工便捷，经济合理，在大跨度连续钢箱梁桥施工中具有推广价值。
CN 109778718 ACN 109778718 A
权 利 要 求 书
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1.一种大跨度连续钢箱梁主跨纯悬臂拼装跨中合龙的施工方法，其特征在于：主跨由两侧向跨中纯悬臂拼装，在跨中处实现无应力合龙；合龙后全桥落梁并释放部分纵向约束，完成悬臂梁向连续梁的体系转化；该方法主要包括以下步骤：
(1)主跨架设前，先完成边跨钢箱梁拼装，根据施工方案，计算主跨合龙工况下钢梁最大悬臂受力状态，在边跨远端利用配重块或拉锚装置临时进行竖向锚固，以满足最不利工况下钢梁的抗倾覆系数，在主跨支座节点处布置三维千斤顶，千斤顶可以放置于主墩墩顶，或利用主墩承台搭设临时支架，千斤顶底座需与墩身进行临时固结；
(2)主跨钢箱梁纯悬臂拼装，利用有限元软件建立主跨悬拼及合龙正装法模型，计算该工况下合龙口变形值，在模型中模拟主墩预抬高，计算出主跨跨中顺利合龙所需墩顶预抬高值，同时调整合龙施工中吊装机械站位，确保满足合龙段无应力拼装条件，即合龙口两端转角水平，对应位置标高相同；
(3)根据理论计算数据，提前将主跨墩顶处钢梁进行预抬高，并焊接临时牛腿将两处钢梁分别与主墩处钢梁固定限制其纵向位移，其余墩顶处钢梁支点均释放纵向约束；
(4)主跨梁段由两侧向跨中悬拼，直至合龙工况；主跨钢箱梁除合龙段外依次悬拼，梁段运输及吊装均利用已架设梁面作为操作平台，纯悬臂拼装施工中通过匹配件固定、调整，并实时监测，保证每段钢梁按照加工线形实现切线拼装；
(5)复测合龙口坐标，钢箱梁跨中合龙工况下，首先测量合龙口里程坐标，考虑悬臂拼装施工以及温度变形，确定合龙口间距与理论差值，拆除非固定支点处钢梁的临时牛腿，利用三维千斤顶进行纵向移动，调整合龙口间距至理论值；
(6)调整合龙时吊装机械站位，确保合龙口达到设计转角及标高，吊装合龙段，并完成焊接；
主跨钢箱梁合龙时，吊装机械行进到工作位置，通过钢梁观测点标高复核，调整机械移动至理论计算位置处，复测合龙口标高无误后，吊装合龙段钢梁，并迅速完成焊接；
(7)吊装机械退出后，主墩钢箱梁落回支座上，落梁过程中约束固定支座处钢梁水平位移，释放其余各处纵向位移，两侧主墩钢梁同步落梁至支座顶部，完成全桥体系转换。
2.根据权利1要求所述的施工方法，其特征在于：所述的步骤(2)中根据施工方案确定合龙前纯悬臂工况，利用有限元软件建立全桥正装法施工阶段模型，分析跨中无应力拼装工况参数，依据计算结果，在纯悬臂拼装前对主跨墩顶钢梁进行预抬高，并临时约束主墩处钢梁纵向位移。
3.根据权利1要求所述的施工方法，其特征在于：所述的步骤(5)中钢箱梁纯悬臂拼装至合龙阶段，复测合龙口坐标，对比理论值，利用主墩三维千斤顶调整合龙口间距。
4.根据权利1要求所述的施工方法，其特征在于：所述的步骤(6)中跨中合龙施工前，调整两侧吊装机械站位，确保满足合龙段无应力拼装条件，即合龙口两端转角水平，对应位置标高相同。
5.根据权利1要求所述的施工方法，其特征在于：所述的步骤(7)中钢箱梁合龙段焊接完成后，机械设备退出，主跨墩顶位置落梁，同时仅保留固定支座处钢梁位移约束，其余各处钢梁纵向约束全部释放，保证落梁过程中钢梁纵向自由伸缩，完成体系转换。
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说 明 书
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一种大跨度连续钢箱梁主跨纯悬臂拼装跨中合龙的施工方法
技术领域：
[0001]本发明涉及桥梁建筑施工技术领域，主要涉及一种大跨度连续钢箱梁主跨纯悬臂拼装跨中合龙的施工方法。
背景技术：
[0002]随着我国经济、技术的迅速发展，桥梁工程的数量迅猛增加，其中钢梁桥由于其跨度大、施工便利等特点占据越来越多的市场，且以立交桥和跨线桥居多。例如在国内各城市交通改造工程中，多跨连续钢箱梁桥的数量显著增加。目前多跨连续钢箱梁桥施工中使用最多的的架设方式主要有支架法、大节段吊装法和顶推滑移法，此外吊索塔架法和转体法等施工方法也多次被使用。
[0003]连续钢箱梁支架法施工难度较低，在中小跨径连续钢箱梁桥施工中应用广泛。但支架法需要在跨中搭设临时支撑结构，施工成本较高，同时占用桥下大量空间，影响通行。遇到跨越特殊地形的大跨度钢箱梁，该方法需要增加临时结构工程量或者使用大型吊装设备，施工成本进一步增加。因此，该方法多用于连续钢箱梁桥的引桥部分，或者施工场地条件无制约的小跨径钢箱梁桥中。
[0004]随着我国机械设备发展的不断突破，近几年大节点吊装法也被更多应用。例如港珠澳大桥非通航孔桥，单跨长度110m，施工单位采用大节段钢箱梁整体制造和整体吊装的施工工艺，钢梁节段最大吊装重量接近4000吨，现场需要利用多台千吨级大型起重船和浮吊船配合施工，技术难度较大，安全风险较高。因此，该方法用于少数特殊环境中大型工程，综合成本较高。
[0005]顶推滑移法适用于等截面连续钢箱梁桥施工，该方法需在桥位后方设置拼装支架，占用相邻跨梁段拼装空间，工期较长。此外，顶推施工过程中钢箱梁悬臂长度较大，往往需借助导梁上墩，技术难度大，成桥线形不易控制，成本也较高。[0006]吊索塔架施工方法与斜拉桥施工相似，需要提前搭设临时塔架。考虑到钢箱梁拉索需要承受钢箱梁自重并控制线形，主塔高度、强度及刚度较一般临时结构更大，成本更高。同时，多节梁段利用拉索调整线形，整体施工周期较长。[0007]转体法施工仅见于部分跨线、跨河工程，对于桥梁线路内空间影响较小，但仍需要在线路外搭设大量临时结构，且该方法所需转体设备复杂，关键工序技术难度大，安全风险和施工成本高。
[0008]国内部分地区公路桥梁主跨跨越线路或者保护水源等特殊场地条件时，桥位下方空间无法利用，不允许设置任何临时结构。此外，主墩邻近线路或位于河岸陡坡上时，周围的场地同样不具备搭设临时支架的条件，钢梁的运输和吊装只能利用已架设边跨作为平台，这势必会影响在桥面上方搭设吊索塔架等大型临时结构。因此，发明一种经济、便利、安全、可靠的连续钢箱梁桥架设新方法十分必要。
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说 明 书
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发明内容：
[0009]本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种操作可行、安全可靠、经济实用的大跨度连续钢箱梁桥主跨纯悬臂拼装跨中合龙施工方法，解决大跨度连续钢箱梁桥主跨跨越特殊场地条件的技术难题。
[0010]本发明是通过以下技术方案实现的：
[0011]一种大跨度连续钢箱梁主跨纯悬臂拼装跨中合龙的施工方法，其特征在于：主跨由两侧向跨中纯悬臂拼装，在跨中处实现无应力合龙；合龙后全桥落梁并释放部分纵向约束，完成悬臂梁向连续梁的体系转化；该方法主要包括以下步骤：[0012](1)主跨架设前，先完成边跨钢箱梁拼装，根据施工方案，计算主跨合龙工况下钢梁最大悬臂受力状态，在边跨远端利用配重块或拉锚装置临时进行竖向锚固，以满足最不利工况下钢梁的抗倾覆系数，在主跨支座节点处布置三维千斤顶，千斤顶可以放置于主墩墩顶，或利用主墩承台搭设临时支架，千斤顶底座需与墩身进行临时固结；[0013](2)主跨钢箱梁纯悬臂拼装，利用有限元软件建立主跨悬拼及合龙正装法模型，计算该工况下合龙口变形值，在模型中模拟主墩预抬高，计算出主跨跨中顺利合龙所需墩顶预抬高值，同时调整合龙施工中吊装机械站位，确保满足合龙段无应力拼装条件，即合龙口两端转角水平，对应位置标高相同；[0014](3)根据理论计算数据，提前将主跨墩顶处钢梁进行预抬高，并焊接临时牛腿将两处钢梁分别与主墩处钢梁固定限制其纵向位移，其余墩顶处钢梁支点均释放纵向约束；[0015](4)主跨梁段由两侧向跨中悬拼，直至合龙工况；[0016]主跨钢箱梁除合龙段外依次悬拼，梁段运输及吊装均利用已架设梁面作为操作平台，纯悬臂拼装施工中通过匹配件固定、调整，并实时监测，保证每段钢梁按照加工线形实现切线拼装；[0017](5)复测合龙口坐标，钢箱梁跨中合龙工况下，首先测量合龙口里程坐标，考虑悬臂拼装施工以及温度变形，确定合龙口间距与理论差值，拆除非固定支点处钢梁的临时牛腿，利用三维千斤顶进行纵向移动，调整合龙口间距至理论值；[0018](6)调整合龙时吊装机械站位，确保合龙口达到设计转角及标高，吊装合龙段，并完成焊接；
[0019]主跨钢箱梁合龙时，吊装机械行进到工作位置，通过钢梁观测点标高复核，调整机械移动至理论计算位置处，复测合龙口标高无误后，吊装合龙段钢梁，并迅速完成焊接；[0020](7)吊装机械退出后，主墩钢箱梁落回支座上，落梁过程中约束固定支座处钢梁水平位移，释放其余各处纵向位移，两侧主墩钢梁同步落梁至支座顶部，完成全桥体系转换。[0021]所述的步骤(2)中根据施工方案确定合龙前纯悬臂工况，利用有限元软件建立全桥正装法施工阶段模型，分析跨中无应力拼装工况参数，依据计算结果，在纯悬臂拼装前对主跨墩顶钢梁进行预抬高，并临时约束主墩处钢梁纵向位移。[0022]所述的步骤(5)中钢箱梁纯悬臂拼装至合龙阶段，复测合龙口坐标，对比理论值，利用主墩三维千斤顶调整合龙口间距。
[0023]所述的步骤(6)中跨中合龙施工前，调整两侧吊装机械站位，确保满足合龙段无应力拼装条件，即合龙口两端转角水平，对应位置标高相同。[0024]所述的步骤(7)中钢箱梁合龙段焊接完成后，机械设备退出，主跨墩顶位置落梁，
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说 明 书
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同时仅保留固定支座处钢梁位移约束，其余各处钢梁纵向约束全部释放，保证落梁过程中钢梁纵向自由伸缩，完成体系转换。
[0025]本方法利用预抬高及移动荷载调整实现连续钢箱梁主跨纯悬臂拼装施工跨中无应力合龙；利用半释放约束落梁的形式完成体系转换，保证最终全桥内力及线形与设计一致。该方法无需在主跨跨中设置临时结构支撑，各类型场地条件下适应性高，可操作性强，施工便捷，经济合理，在大跨度连续钢箱梁桥施工中具有推广价值。[0026]本发明的优点是：[0027]1、主跨钢箱梁通过两端纯悬臂拼装后跨中合龙，无需在主跨桥下设置临时结构，在跨越既有线路、保护水源及不可利用的特殊地形的桥梁工程中具有巨大优势。[0028]2、主跨钢箱梁纯悬臂拼装前在主墩墩顶预抬高，跨中无应力合龙后全桥部分释放约束并落梁，可以保证钢梁顺利达到设计状态，施工方法可操作性强，安全风险低。[0029]3、主跨钢箱梁施工过程中，仅需在主跨两侧墩顶布置三维千斤顶，部分情况下需要在主墩承台上搭设千斤顶支架，相较于其他施工方法，临时结构工程量少，无需大型施工机械设备，综合施工成本低。[0030]4、主跨钢箱梁纯悬臂拼装施工时，利用已架设桥面作为运梁及吊装操作平台，无其他临时结构干扰，可以保证各施工工序的顺利衔接，有效缩短了施工工期。附图说明：
[0031]图1为钢箱梁主墩处三维千斤顶的横桥向布置图。[0032]图2为钢箱梁主墩处三维千斤顶的纵桥向布置图。[0033]图3为钢箱梁主跨预抬高示意图。[0034]图4为钢箱梁主跨纯悬臂拼装示意图。
[0035]图5为钢箱梁主跨跨中合龙段吊装示意图。[0036]图6为钢箱梁主跨落梁示意图。[0037]上述附图中，对应的部件名称如下：[0038]1—钢箱梁，2—主墩墩身，3—主墩承台，4—三维千斤顶，5—千斤顶临时支架，6—吊装机械，7—运梁车，8—钢箱梁跨中合龙段，9—约束水平位移支点，10—释放纵桥向位移支点。
具体实施方式：
[0039]以下结合图1至图6对本发明做进一步说明：
[0040]一种大跨度连续钢箱梁主跨纯悬臂拼装跨中合龙的施工方法，大跨度连续钢箱梁8主跨施工前，首先完成边跨拼装，根据施工方案，计算主跨合龙工况下钢梁最大悬臂受力状态，在边跨远端利用配重块或拉锚装置临时进行竖向锚固，以满足最不利工况下钢梁的抗倾覆系数。纯悬臂拼装支座节点处布置三维千斤顶4，千斤顶可以放置于主墩墩顶，或利用主墩承台3搭设临时支架5，千斤顶底座需与墩身2进行临时固结。[0041]主跨钢箱梁1纯悬臂拼装，需先利用有限元软件建立主跨纯悬臂拼装及合龙工况正装法分析模型，计算该工况下合龙口变形值。在模型中模拟主墩预抬高，分别调整两侧预抬高值，同时调整合龙施工中吊装机械6站位，确保满足钢箱梁跨中合龙段8无应力拼装条
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件，即合龙口两端转角水平，对应位置标高相同。
[0042]主跨墩顶处钢梁根据有限元计算结果进行预抬高，并焊接临时牛腿将两处钢梁分别与主墩2固定限制其纵向位移9，其余墩顶处钢梁支点均释放纵向约束10。[0043]主跨钢箱梁1除合龙段外依次悬拼，梁段运输7及吊装6均利用已架设梁面作为操作平台。纯悬臂拼装施工中通过匹配件固定、调整，并实时监测，保证每段钢梁按照加工线形实现切线拼装。[0044]钢箱梁跨中合龙工况下，首先测量合龙口里程坐标，考虑悬臂拼装施工以及温度变形，确定合龙口间距与理论差值。拆除非固定支点10处钢梁的临时牛腿，利用三维千斤顶4进行纵向移动，调整合龙口间距至理论值。[0045]主跨钢箱梁合龙时，吊装机械6行进到工作位置，通过钢梁观测点标高复核，调整机械移动至理论计算位置处。复测合龙口标高无误后，吊装合龙段钢梁，并迅速完成焊接。[0046]合龙段焊接完成后，吊装机械6退出钢梁区域。保持固定支座墩顶处钢梁的水平位移约束9，释放其余各处纵向位移10。两侧主墩钢梁同步落梁至支座顶部，完成全桥体系转换。
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说 明 书 附 图
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