大跨度钢桁X型拱桥杆件吊装-拼装过程中空间姿态及安装定位技术研究

摘要

以怒江四线特大桥为工程背景，研究大跨度钢桁X型拱桥杆件吊装-拼装过程中精确安装定位技术。怒江四线特大桥拱圈采用横移式缆索吊机单杆件起吊安装。以往的缆索吊装施工方式不论是节段拼装还是单杆件吊装，都没有建立预先的精确对位的仿真机制，在施工中很难百分百和设计匹配，往往是在施工的过程中通过人工拉拽不断被动调整。 本文理论性给出被吊装杆件与成型拱圈杆件精确对位的几何条件以及可以调整空中杆件所有自由度的创新性拼接方案。提出的方案可以自动化实现杆件内倾角调整和杆件小尺度横移及水平面内转动。 有限元软件建立斜拉扣挂体系下拱圈施工仿真模型，对斜拉扣挂系统进行静力验算。考虑了温度对施工过程中悬臂端面节点标高的影响。最后提取了某一杆件的两端面节点几何信息，用于刚体动力学仿真的既成杆件定位。 从缆索吊机角度出发，对缆索吊装拼装杆件施工过程进行了刚体动力学仿真计算，仿真了吊装拼接过程中的运动学和动力学过程，实现了对杆件的各个自由度的精确控制。验证了新提出的两种机构实现杆件空间姿态调整的可行性。且获取了每一次吊杆空中位置和姿态调整后的端面和侧面测点的几何坐标，和既成端面测点坐标进行对比，用第 3 章中提出的杆件端面匹配条件来验证，仿真过程中的空间姿态和位置都是调整到位的，用这套缆索吊装系统可以对吊杆进行精确控制，并且对塔架进行了整体稳定性验算。 最后对杆件拼装对位的自动化实现提出了展望。现场施工可依据两个实际端面重合理论几何条件，调整空中吊装杆件与既成杆件端面平行的姿态。最后只需微小平移即可完成对接。此外在平移节段采用高清摄像头和光学对准方式及机械臂手段可实现自动化对接。改变了以往杆件拼装对位时采用人工撬棍拉拽或其他粗放施工模式，避免了强制拼装造成施工误差积累、合龙困难。

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2015200154-赵洁茹-大跨度钢桁X型拱桥杆件吊装-拼装过程中空间姿态及安装定位技术研究