一种大跨度多桁拱肋竖转施工方法

摘要

本发明涉及桥梁施工方法技术领域，具体地指一种大跨度多桁拱肋竖转施工方法。在刚性梁上拼装半边拱肋，将半边拱肋下端与刚性梁上的转铰连接，拼装完成后在刚性梁上安装扣塔，将主牵引索的上端与固定在扣塔顶端的主千斤顶串联，主牵引索的下端锚固在半边拱肋靠近其上端的第一锚点上，将副牵引索的上端与固定在扣塔顶端的副千斤顶串联，副牵引索的下端锚固在半边拱肋靠近其下端的第二锚点上，驱动主、副千斤顶按照以下公式同步张拉主、副牵引索，使半边拱肋下端绕转铰向上转动：

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁施工方法技术领域，具体地指一种大跨度多桁拱肋竖转施工方法。

背景技术

随着我国桥梁建设的快速发展，组合桥式结构得到越来越广泛的应用。刚性梁柔性拱组合结构，使拱与梁的受力方面优点得到充分发挥，主要永久荷载不引起对桥墩的水平推力，改善了桥梁受力性能，可有效降低结构的建筑高度，降低工程造价。随着桥梁规模越来越大，刚性梁柔性拱结构正呈现大跨度，多拱肋的发展特点。

刚性梁柔性拱桥采用先梁后拱，钢桁梁架设完成后在梁上拼装拱肋，竖转到位后空中合龙的方法是一种经济、快速、安全的施工方法。目前的柔性拱竖转施工存在以下几个难点。

1、多拱肋柔性拱竖转由于同时提升桁片多，较两片或单片拱肋转体在受力控制、动作同步等方面都有更高的要求。

2、柔性拱肋跨度大，纵向刚度小，转体过程变形量大，拱肋合龙必须有精确微调的能力；转体过程需要监控拱圈受力和变形，防止索力不平衡造成拱肋受扭或局部应力过大。

3、在转体过程中各角度索力的大小不断变化，为保证同步作业，以及各索力大小及主副索的受力匹配，必须对各位置千斤顶提升的速度与压力进行精确调控。

4、在转体过程中索力始终是变化的，扣塔偏移量也是变化的，过程中如何保证塔偏不超过许用范围也是本类工程的一个难点。

如专利号为“CN101200879A”的名为“多跨连续拱桥拱肋竖转技术方法”的中国发明专利，该专利介绍了一种拱肋竖转的方法，通过两根吊索连接拱肋，拱肋一端可沿顺桥向转动地铰接连接于主梁上，拱肋的自由端与一根吊索的下端锚固，另一根吊索的下单锚固在拱肋的中间位置，吊索的上端与索塔连接处设置有千斤顶，通过千斤顶协同作用拉伸拱肋沿铰支点转动。但实际上，如何同步张拉是整个施工过程中最需要考虑的问题，同步张拉是如何同步，如何保证两条牵引索均参与受力张拉。由于两根吊索的长度和倾斜度都是不一样的，如果同步张拉，同速率张拉，那将造成处于拱肋中间的吊索受力逐步增大，处于拱肋自由端的吊索受力逐步减小，这样的情况就有可能造成由于受力不均而破坏拱肋，难以完成竖转施工流程。实际施工时，只能保证大致的同步运行，通常是缓慢张拉，观察控制拱肋的竖转情况，及时对千斤顶进行调整，以此来达到安全竖转的目的，但是由于这种观察只是大致范围的确定，并不能真是反应竖转的情况，因此也不能达到完全控制两根吊索同步运转运作的效果，实际应用时还是不能控制拱肋竖转的安全。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术中提到的现有拱肋竖转施工中不能控制两根吊索提升同步性影响整个拱肋竖转施工安全性的问题，提供一种大跨度多桁拱肋竖转施工方法。

本发明的技术方案为：一种大跨度多桁拱肋竖转施工方法，其特征在于：在刚性梁上拼装半边拱肋，将半边拱肋下端与刚性梁上的转铰连接，拼装完成后在刚性梁上安装扣塔，将主牵引索的上端与固定在扣塔顶端的主千斤顶串联，主牵引索的下端锚固在半边拱肋靠近其上端的第一锚点上，将副牵引索的上端与固定在扣塔顶端的副千斤顶串联，副牵引索的下端锚固在半边拱肋靠近其下端的第二锚点上，驱动主、副千斤顶按照以下公式同步张拉主、副牵引索，使半边拱肋下端绕转铰向上转动：

其中：L—半边拱肋与主千斤顶之间的主牵引索长度，m；

l—半边拱肋与副千斤顶之间的副牵引索长度，m；

R₁—转铰与第一锚点之间的距离，m；

R₂—转铰与第二锚点之间的距离，m；

A—转铰到主千斤顶之间的距离，m；

B—转铰到副千斤顶之间的距离，m；

γ—转铰到主千斤顶的连线与转铰到副千斤顶的连线之间的夹角，°；

α—转铰到主千斤顶的连线与转铰到第一锚点的连线之间的夹角，°；

β—转铰到第一锚点的连线与转铰到第二锚点的连线之间的夹角，°；

ε—第一锚点与转铰的连线与水平面之间的夹角，°；

张拉过程中保持扣塔塔偏处于安全范围内，张拉到位后，将两个半边拱肋合拢形成完整拱肋，完成柔性拱肋竖转施工。

进一步的在刚性梁上拼装半边拱肋的方法为：在刚性梁梁面上搭建多个沿顺桥向间隔布置的支撑架，吊运组成半边拱肋的节段至支撑架上，将节段依次拼装连接形成完整的半边拱肋。

进一步的将半边拱肋下端与刚性梁上的转铰连接的方法为：半边拱肋拼装完成后，使半边拱肋下端的第一支撑板插入到转铰上的两块相邻第一耳板之间，将沿水平横桥向方向布置的第一转轴穿过第一耳板和第一支撑板上的通孔，使半边拱肋可绕第一转轴轴线转动地铰接连接于转铰上。

进一步的在刚性梁上安装扣塔的方法为：在刚性梁上安装铰支座，吊运扣塔至铰支座上方，使扣塔下端的第二支撑板插入到铰支座上相邻两片第二耳板之间，将沿水平横桥向方向布置的第二转轴穿过第二耳板和第二支撑板上的通孔，使扣塔可绕第二转轴轴线转动地铰接连接于铰支座上。

进一步的张拉过程中保持扣塔塔偏处于安全范围内的方法为：扣塔与铰支座安装到位后，在扣塔相对于主牵引索的一侧安装背索，将背索的上端锚固在扣塔塔顶，下端锚固在固定于刚性梁上的张拉千斤顶上，通过张拉背索使扣塔支撑于铰支座上，张拉过程中，调节张拉千斤顶力度是扣塔塔偏处于安全范围内。

进一步的将两个半边拱肋合拢形成完整拱肋的方法为：待组成完整拱肋结构的两个半边拱肋竖转到位后，吊运合拢段至两个半边拱肋之间，使用焊接或螺栓将合拢段顺桥向两端分别与对应的半边拱肋固定连接，形成完整的拱肋结构。

进一步的包括以下步骤：

1)、在刚性梁上搭建支撑架，多个支撑架沿顺桥向间隔布置，吊运半边拱肋的节段至支撑架上，通过焊接或螺栓结构将相邻节段连接为一体形成完整的半边拱肋；

2)、半边拱肋拼装时，将半边拱肋下端的第一支撑板插入到刚性梁上的转铰的两块第一耳板之间，向第一耳板和第一支撑板上穿设沿水平横桥向方向布置的第一转轴，使半边拱肋可绕第一转轴转动地铰接连接于转铰上；

3)、将扣塔下端的第二支撑板插入到刚性梁上铰支座的相邻两片第二耳板之间，向第二耳板和第二支撑板上穿设沿水平横向方向布置的第二转轴，使扣塔可绕第二转轴转动地铰接连接于铰支座上；

4)、在扣塔背离半边拱肋的一侧安装背索，将背索的上端锚固在扣塔塔顶，背索下端与安装在刚性梁上的张拉千斤顶连接，张拉背索使扣塔向半边拱肋一侧偏移地支撑于刚性梁上；

5)、安装主、副牵引索，将主牵引索的下端锚固在半边拱肋靠近其上端的第一锚点上，主牵引索的上端与扣塔塔顶的主千斤顶连接，将副牵引索的下端锚固在半边拱肋靠近其下端的第二锚点上，副牵引索的上端与扣塔塔顶的副千斤顶连接；

6)、驱动主、副千斤顶按照以下公式同步张拉主、副牵引索：

其中：L—半边拱肋与主千斤顶之间的主牵引索长度，m；

l—半边拱肋与副千斤顶之间的副牵引索长度，m；

R₁—转铰与第一锚点之间的距离，m；

R₂—转铰与第二锚点之间的距离，m；

A—转铰到主千斤顶之间的距离，m；

B—转铰到副千斤顶之间的距离，m；

γ—转铰到主千斤顶的连线与转铰到副千斤顶的连线之间的夹角，°；

α—转铰到主千斤顶的连线与转铰到第一锚点的连线之间的夹角，°；

β—转铰到第一锚点的连线与转铰到第二锚点的连线之间的夹角，°；

ε—第一锚点与转铰的连线与水平面之间的夹角，°；

7)、张拉过程中，通过张拉千斤顶张拉背索，使扣塔的塔偏始终处于安全范围内，半边拱肋张拉到位后，吊运合拢段至两个半边拱肋的上端之间，通过焊接或螺栓结构将合拢段与两个半边拱肋固定，完成拱肋的安装。

进一步的所述的安全范围指扣塔轴线与垂直刚性梁梁面的法线之间夹角处于-0.3～0.3°之间。

本发明的优点有：1、通过量化主、副牵引索的张拉速率，时刻保持主、副牵引索同时参与张拉受力，保证两根牵引索协同作用张拉半边拱肋，有效维持了拱肋竖转的安全性和高效性；

2、通过设置铰支座，能够使扣塔在小范围内移动，用以调节牵引索，达到稳定施工的目的，提高了竖转施工的安全性；

3、通过最后组装合拢段，能够充分考虑到两个半边拱肋的间隙，避免出现两个半边拱肋相互干涉的情况出现。

本发明的竖转拱肋施工方法简单，有效实现了竖转的精确调整，提高了竖转施工的稳定性和安全性，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明的主、副千斤顶布置结构示意图；

图3：本发明的转铰布置结构示意图；

图4：本发明的扣塔与铰支座布置结构示意图；

图5：本发明的半边拱肋开始竖转的结构示意图；

图6：本发明的拱肋合拢示意图；

其中：1—刚性梁；2—半边拱肋；3—转铰；4—扣塔；5—主牵引索；6—副牵引索；7—主千斤顶；8—副千斤顶；9—第一锚点；10—第二锚点；11—支撑架；12—第一支撑板；13—第一耳板；14—第一转轴；15—铰支座；16—第二支撑板；17—第二耳板；18—第二转轴；19—背索；20—张拉千斤顶；21—合拢段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明的布置结构示意图，在刚性梁1上拼装半边拱肋2，半边拱肋2下方使用支撑架11进行支撑，支撑架11上设置有千斤顶，用于调节半边拱肋2的位置，将半边拱肋2下端与刚性梁1上的转铰3连接，本实施例的半边拱肋2的下端指靠近与之对应的扣塔4一侧的端部，上端为远离与之对应的扣塔一侧的端部。

如图3所示，在刚性梁1上安装铰支座15，吊运扣塔4至铰支座15上方，使扣塔4下端的第二支撑板16插入到铰支座15上相邻两片第二耳板17之间，将沿水平横桥向方向布置的第二转轴18穿过第二耳板17和第二支撑板16上的通孔，使扣塔4可绕第二转轴18轴线转动地铰接连接于铰支座15上。

半边拱肋2拼装完成后，在刚性梁1上安装扣塔4，如图4所示，在刚性梁1上安装铰支座15，吊运扣塔4至铰支座15上方，使扣塔4下端的第二支撑板16插入到铰支座15上相邻两片第二耳板17之间，将沿水平横桥向方向布置的第二转轴18穿过第二耳板17和第二支撑板16上的通孔，使扣塔4可绕第二转轴18轴线转动地铰接连接于铰支座15上。

扣塔4安装完成后，扣塔4与铰支座15安装到位后，在扣塔4相对于主牵引索5的一侧安装背索19，将背索19的上端锚固在扣塔4塔顶，下端锚固在固定于刚性梁1上的张拉千斤顶20上，通过张拉背索19使扣塔4支撑于铰支座15上，张拉过程中，调节张拉千斤顶20力度使扣塔4塔偏处于安全范围内，本实施例的安全范围指扣塔4轴线与垂直刚性梁1梁面的法线之间夹角处于-0.3～0.3°之间。

背索19安装完成后，将扣塔4沿竖向张拉固定在刚性梁1上，将主牵引索5的上端与固定在扣塔4顶端的主千斤顶7串联，主牵引索5的下端锚固在半边拱肋2靠近其上端的第一锚点9上，将副牵引索6的上端与固定在扣塔4顶端的副千斤顶8串联，副牵引索6的下端锚固在半边拱肋2靠近其下端的第二锚点10上，驱动主、副千斤顶按照以下公式同步张拉主、副牵引索，使半边拱肋2下端绕转铰3向上转动：

其中：L—半边拱肋2与主千斤顶7之间的主牵引索5长度，m；

l—半边拱肋2与副千斤顶8之间的副牵引索6长度，m；

R₁—转铰3与第一锚点9之间的距离，如图1，m；

R₂—转铰3与第二锚点10之间的距离，如图1，m；

A—转铰3到主千斤顶7之间的距离，如图1，m；

B—转铰3到副千斤顶8之间的距离，如图1，m；

γ—转铰3到主千斤顶7的连线与转铰3到副千斤顶8的连线之间的夹角，如图1，°；

α—转铰3到主千斤顶7的连线与转铰3到第一锚点9的连线之间的夹角，如图1，°；

β—转铰3到第一锚点9的连线与转铰3到第二锚点10的连线之间的夹角，如图1，°；

ε—第一锚点9与转铰3的连线与水平面之间的夹角，°；

张拉过程中保持扣塔4塔偏处于安全范围内，张拉到位后，将两个半边拱肋2合拢形成完整拱肋，完成柔性拱肋竖转施工。

实际施工过程中，主、副千斤顶和转铰3为固定点，转铰3到第一锚点9的距离、转铰3到第二锚点10的距离以及两个锚点之间的距离是固定不变的，因此上述公式中的R₁、R₂、A、B、γ、β和ε为定值，在施工过程中是不变的，变值为L、l和α，因此上述公式可以看成是L与l的比值与α的一次函数。

具体施工方法为：1、在刚性梁1上搭建支撑架11，多个支撑架11沿顺桥向间隔布置，吊运半边拱肋2的节段至支撑架11上，通过焊接或螺栓结构将相邻节段连接为一体形成完整的半边拱肋2；

2、半边拱肋2拼装时，将半边拱肋2下端的第一支撑板12插入到刚性梁1上的转铰3的两块第一耳板13之间，向第一耳板13和第一支撑板12上穿设沿水平横桥向方向布置的第一转轴14，使半边拱肋2可绕第一转轴14转动地铰接连接于转铰3上；

3、将扣塔4下端的第二支撑板16插入到刚性梁1上铰支座15的相邻两片第二耳板17之间，向第二耳板17和第二支撑板16上穿设沿水平横向方向布置的第二转轴18，使扣塔4可绕第二转轴18转动地铰接连接于铰支座15上；

4、在扣塔4背离半边拱肋2的一侧安装背索19，将背索19的上端锚固在扣塔4塔顶，背索19下端与安装在刚性梁1上的张拉千斤顶20连接，张拉背索19使扣塔4向半边拱肋2一侧偏移地支撑于刚性梁1上；

5、安装主、副牵引索，将主牵引索5的下端锚固在半边拱肋2靠近其上端的第一锚点9上，主牵引索5的上端与扣塔4塔顶的主千斤顶7连接，将副牵引索6的下端锚固在半边拱肋2靠近其下端的第二锚点10上，副牵引索6的上端与扣塔4塔顶的副千斤顶8连接；

6、驱动主、副千斤顶按照上述公式同步张拉主、副牵引索：

7、张拉过程中，通过张拉千斤顶20张拉背索19，使扣塔4的塔偏始终处于安全范围内，半边拱肋2张拉到位后，吊运合拢段21至两个半边拱肋2的上端之间，通过焊接或螺栓结构将合拢段2与两个半边拱肋2固定，完成拱肋的安装。

本实施例的牵引索与扣塔4和半边拱肋2的连接部位均为可转动地铰接连接，以便更好的适应实际使用过程中角度的变化。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。