钢管混凝土提篮拱桥施工控制要点.doc
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1、钢管混凝土提篮拱桥施工控制关键技术摘要:以我国已建成的最大跨度270m的钢管混凝土提篮拱桥三门口跨海大桥北门桥为背景,通过对施工控制中一些关键技术的研究,着重对拱肋横向预偏,横梁一次定位,温度效应等分析,优化了拱肋线形与内力,提高了施工控制精度。 关键词:钢管混凝土提篮拱桥 施工控制 温度效应 横向预偏 一次定位 图1北门桥总体布置图第 11 页1概述三门口跨海大桥位于浙江省象山县石浦镇西南约15公里处的三门口地区,连接石浦镇与高塘岛,是石浦港的西口门。三门口跨海大桥北门桥主桥采用中承式钢管混凝土提篮拱桥,其主跨为270m,矢高54m,矢跨比1/5,拱肋轴线为悬链线,拱轴系数1.543。大桥拱
2、肋向内倾80,拱肋构造采用节间为4m的N形桁架形式,上下弦共采用4根80m,肋宽2.4m。在该桥施工过程中对构造的应力与线形进展了全过程的监测与监控。2、拱肋吊装1现阶段施工控制中桥梁构造的计算方法主要包括:正装分析法、倒装分析法与无应力状态分析法。在大跨度桥梁构造的施工控制中,虽然正装计算法、倒装计算法与无应力状态计算法都能用于各种形式的桥梁构造分析,但考虑到三门口地区8月台风期前必须撤除缆索吊系统,而且海边风大,钢铰线易锈蚀等原因,必须用一种时间短,平安性高且少张拉索的方法来指导拱肋吊装。于是我们采用一次张拉到位的控制思想对其进展施工过程分析与计算。该方法的主要思路是扣索与背索只在当前安装
3、的拱段上张拉,合龙时也不需调整索力,就可使拱肋线形与应力到达理想期望值。该方法采用后,不仅节约了工期,而且还加强了扣索系统的平安性。由于主拱肋的钢桁架全部是预制构造,各节段的长度、位置与线型均已确定,在拼装过程中只要1号节段的拼装标高与扣索的安装索力一旦确定,节段与节段之间依靠螺栓连结,节段之间拼装的尺寸不能改变,因此在计算时采取了一次形成最大悬臂的虚拟构造来模拟拼装构造的方法2:即在吊装1号节段时,也将其它的钢桁构件(除合拢段外)按设计线型全部安装上去,但是不计这些单元的自重,从而形成了一个虚似的构造,节段的自重在安装该节段时再计入,应用这种方法处理就可以很方便的计入前节段的施工对后面待施工
4、节段的标高的影响,并且通过确定合理的扣索力来保证主拱上各结点的位移与目标值接近。另外,扣索受力行为表现在自重作用下自由变形,其弹性伸长量较大,而实际施工中,由于扣索采用千斤顶张拉受力,其弹性伸长量被千斤顶拉出消除在扣架的锚固端外,因此变形值二者并不吻合,为模拟实际状态中扣索弹性伸长量被消除的状态,在计算时将扣索刚度加大很大使其弹性变形较小。1温度效应拱肋吊装时以合龙温度为基准温度,但拱肋吊装需要几十天才能完成,吊装准确定位时无法都在统一的温度场下确定,所以我们必须考虑温度对预抬量的影响。设为温度改变量,为钢铰线线膨胀系数, 扣索端会相应变化。可得钢铰线的改变量3: 1扣塔标高的改变量: 2 拱
5、肋的改变量: 3 式中:扣索索长; 背索索长; 扣塔高;拱肋长度。图2温度对预抬影响计算模式图2温度影响决策分析系统4根据北门桥现场施工控制需要,建立了如下图的温度影响决策分析系统,利用该温度决策分析系统,使得在任何环境温度下都可以进展拱肋吊装就位。拱肋安装时,平行拱一般只需要控制每段拱肋的标高与轴线就能够较好地控制线形以及横撑安装定位。通常我们所说的预抬一般是指标高预抬,对于非整体式吊装的提篮拱不仅要考虑控制点的三维坐标,还需要考虑拱肋的横向预抬,即需要考虑拱肋的横向预偏。不妨设第段预抬量为,那么横向偏位为,横撑准确定位前横撑重量已经由拱肋承当,相当于拱肋上作用一个集中力从而使标高低降,同时
6、横向偏位也变小,那么我们在吊装拱肋时就应该通过横向预偏: 4式中:拱肋倾角8。图4横向预抬计算模式图预偏的过程可以根据实际施工与允许的条件来确定,如果横向预偏量很小,可以在拱肋吊装定位时直接通过缆风索预拉调整。如果横向预偏量较大时,缆风索无法调整时,那么我们可以在横撑定位时,由于标高低降使缆风索适当放松,再次通过其调整;同时还可以利用千斤顶横向预顶拱肋来完成横向偏位的调整。从而使成桥后拱肋横向坐标趋近于成桥横向设计坐标。这样不仅对横向偏位较好的控制,而且对于拱脚受力有明显的改善。在实际施工过程中,缆风索主要是对吊装的拱肋起到稳定作用,其预拉也是有条件的,对拱肋横向偏位调整是很有限的。如果预抬量
7、较大,横向偏位亦大,一旦无法调整横向偏位到理想值,就会对横撑安装造成很大的困难,影响拱肋的受力性能。因此在吊装过程中必须严格控制每段拱肋的预抬高角,接合本桥实际情况,转角范围为,即标高预抬不能太大,本桥最大的预抬不到20cm,实际横向预偏只有2cm,是比拟好控制的。 2.4弹性压缩由于拱肋制作采用无应力下料,理想状态下不计弹性压缩。而吊装时却存在其自重与扣索索力对其产生的弹性压缩,水平方向的弹性压缩主要是扣索索力产生的。有的合龙段设计预留量不大,如果弹性压缩太大,无法在正常情况下合龙,那么只有牺牲一定的线形合龙。索力过大,松索后对于拱的受力是不利的。有关文献5认为各扣索的水平分力的合力最好接近
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