一种不设预拱度的大节段吊装自锚式悬索桥施工方法

摘要

本发明公开了一种不设预拱度的大节段吊装自锚式悬索桥施工方法，首先施工桥塔、辅助墩及交接墩，搭设满堂支架和临时墩；将不设预拱度的加劲梁架设至支架和临时墩，设置加劲梁纵向临时约束；调整加劲梁焊接点处状态至无应力状态后焊接，完成所有焊接点的焊接施工；架设主缆，拆除纵向临时约束，完成后续自锚式悬索桥的施工。本发明施工方法操作简便、利于监控，基于无应力状态焊接主梁，可衍生出多种施工方案，有利于发挥大跨度、有桥下通航要求的自锚式悬索桥的优势，解决了因支架法施工导致的无法临时通航问题；与传统“先梁后缆”法相比，本发明不设预拱度的大节段吊装自锚式悬索桥施工简单易行，可以进一步提升大跨度自锚式悬索桥的竞争力。

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程建设技术领域，具体涉及一种不设预拱度的大节段吊装自锚式悬索桥施工方法。

背景技术

目前，自锚式悬索桥施工方法主要有“先梁后缆”、“梁-缆-梁”和“先缆后梁”三种，其中，后两种方法因需要复杂、昂贵的施工临时措施而使用较少。“先梁后缆”架设主梁方法分为：支架法、顶推法、大节段吊装法等。

支架法是“先梁后缆”架设加劲梁最常用的方法之一，但由于自锚式悬索桥施工周期较长，不适用于有桥下通航要求的桥梁。当跨度较大，河床较深时，支架施工费用较大，因此支架法不适用于较大跨度且有桥下通航要求的自锚式悬索桥。

顶推法施工可满足有桥下通航要求的桥梁，但是存在钢箱梁应力集中和滑道脱空等问题，且导梁高度较高，有可能侵占通航净空，为减少钢箱梁应力，需架设较多临时墩，不适用于桥下通航等级较高的自锚式悬索桥。

大节段吊装法可满足桥下临时通航要求，且节段吊装施工较为简单，由于主梁架设后存在初始内力及初始线形，虽可通过设置主梁预拱度使主梁成桥线形满足设计要求，但无法消除初始内力的影响，将会导致成桥后主缆、吊杆等不满足合理成桥状态。

因此，急需要提出一种适用于不设预拱度的大节段吊装自锚式悬索桥施工方法，来解决上述技术问题。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种不设预拱度的大节段吊装自锚式悬索桥施工方法，能够在施工完成后达到合理成桥状态。

一种不设预拱度的大节段吊装自锚式悬索桥施工方法，包括如下步骤：

(1)按照立模标高施工桥塔、辅助墩以及过渡墩，在边跨及锚跨区域搭设满堂支架或临时墩，在主跨区域搭建临时墩；

(2)将不设预拱度的加劲梁架设至满堂支架以及临时墩上，进而将架设至满堂支架上的加劲梁焊接成整体，将剩余的加劲梁分成N个大节段并采用浮吊吊装至临时墩上；所述大节段通过临时支座与两端的临时墩连接，从而在每个大节段两端对应形成两个焊接点，N为大于0的自然数；

(3)在加劲梁与桥塔下横梁之间以及加劲梁与临时墩之间施加纵桥向临时约束，进而获取焊接点两侧加劲梁之间的竖向位移差值和转角差值；

(4)对于加劲梁中的任一大节段，利用千斤顶顶升该大节段两端的临时支座，使得该大节段两端焊接点处的加劲梁回到无应力状态并进行焊接施工，完工后回落；根据上述完成所有大节段顶升-焊接-回落的施工过程；

(5)将主缆架设至桥塔上并预偏，同时将主缆两端锚固至锚跨的加劲梁上，拆除纵桥向临时约束并完成后续自锚式悬索桥施工。

进一步地，所述辅助墩设于桥塔外侧，以其作为边跨与锚跨区域之间的分割基准；所述过渡墩设于辅助墩外侧，且锚跨即位于辅助墩与过渡墩之间。

进一步地，所述加劲梁加工时在成桥线形基础上仅考虑加劲梁的压缩量，无需设置预拱度。

进一步地，临时墩顶高程+临时支座总成高+加劲梁梁高+铺装厚度＝成桥线形高程，同样地，满堂支架顶高程+加劲梁梁高+铺装厚度＝成桥线形高程。

进一步地，所述加劲梁的N个大节段在架设后为简支并有纵向约束状态。

进一步地，所述焊接点处的加劲梁回到无应力状态后，则该焊接点两侧相邻大节段的竖向位移差值和转角差值均为零，每一处焊接点均需要经过顶升-焊接-回落的过程。

从无应力理论出发，顶升加劲梁的目的即使得节段间焊接点回到无应力状态，回落加劲梁的目的即使得加劲梁内力重分布；因此焊接施工完成后，加劲梁内力和线形即为整体一次落架情况下的内力和线形。

本发明不限于一次仅施工一个焊接点，也适用于“多个焊接点同步施工”的施工顺序。

本发明适用于“边跨、锚跨、主跨均为大节段吊装”或“部分大节段吊装”结构形式。

本发明适用于独塔、双塔或更多塔的结构形式。

本发明不限于由“顶升-焊接-回落”施工的大节段吊装自锚式悬索桥，也适用于其他采用无应力状态焊接的大节段吊装自锚式悬索桥。

本发明施工方法操作简便、利于监控，基于无应力状态焊接主梁，可衍生出多种施工方案，有利于发挥大跨度、有桥下通航要求的自锚式悬索桥的优势，解决了因支架法施工导致的无法临时通航问题；与传统“先梁后缆”法相比，本发明不设预拱度的大节段吊装自锚式悬索桥施工简单易行，可以进一步提升大跨度自锚式悬索桥的竞争力。

附图说明

图1为本发明不设预拱度的大节段吊装自锚式悬索桥的结构示意图。

图2为本发明大节段吊装自锚式悬索桥施工步骤一后的结构示意图。

图3为本发明大节段吊装自锚式悬索桥施工步骤二后的结构示意图。

图4为大节段吊装后加劲梁的自重变形示意图。

图5为某一焊接点读取的竖向位移差和转角差示意图。

图6为所有焊接点施工完成后的加劲梁线形示意图。

图7为本发明大节段吊装自锚式悬索桥施工步骤四后的结构示意图。

其中：1—桥塔，21—边跨加劲梁，22—锚跨加劲梁，23—主跨加劲梁，231～234—主跨加劲梁节段，31—主缆，32—吊索，41—辅助墩，42—过渡墩，51—边跨满堂支架，52—锚跨满堂支架，6—临时墩，71～75—纵桥向临时约束，8—临时支座，91～95—焊接点。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明不设预拱度的大节段吊装自锚式悬索桥为双塔五跨结构，主要包括两个桥塔1、辅助墩41、过渡墩42、边跨加劲梁21、锚跨加劲梁22、主跨加劲梁23、主缆31及吊索32等。

图1为自锚式悬索桥按某种施工方法施工以后的合理成桥状态，这一合理成桥状态规定了构件的内力或线形，主要包括主缆的下料长度及线形、吊索的下料长度、主梁的内力及线形、主塔的内力等。

针对于满堂支架法施工的自锚式悬索桥，由于主梁架设时处于无应力状态，只要控制好主缆和吊索下料程度，则施工完成以后全桥即为合理成桥状态。大节段吊装的自锚式悬索桥，加劲梁在架设时处于有应力状态，对加劲梁不做任何处理进行焊接施工，之后进行主缆架设和吊索张拉施工，则加劲梁脱架以后主梁内力发生重分布，导致吊索内力发生变化，将与合理成桥状态相差甚远。本发明主要通过顶升节段，使得焊接点处竖向位移差值和转角位移差值调整至零，从而使得该点的焊接工作处于无应力状态下进行，具体通过以下步骤进行施工：

步骤一：按照立模标高施工桥塔1、辅助墩41及过渡墩42后，搭设边跨满堂支架51和锚跨满堂支架52，搭建主跨临时墩6，如图2所示。

步骤二：将不设预拱度的边跨加劲梁21和锚跨加劲梁22架设至满堂支架上，采用浮吊将主跨四个节段231～234架设至临时墩6上，通过临时支座8连接，此时各节段之间及节段与边跨加劲梁之间存在五个焊接点91～95；同时施工边跨加劲梁21与桥塔下横梁以及主跨加劲梁23与临时墩6的纵桥向临时约束71～75，如图3和图4所示。

锚跨加劲梁22不存在多点弹性支撑，因此也不存在脱架后的内力重分布，同时锚跨加劲梁22不承受主缆31的轴力作用，因此锚跨加劲梁22加工时仅需考虑由于自重产生的挠度；边跨加劲梁21和主跨加劲梁23受到主缆31的轴力作用，同时在经过本发明方案施工过程后，不需再设置任何预拱度，因此边跨加劲梁21和主跨加劲梁23在加工时仅需考虑加劲梁的压缩量。

架设至临时墩6上的主跨加劲梁23在自重作用下发生变形，如图4所示，同时各节段的内力分布均为简支梁模式，此时焊接点处的节段加劲梁之间存在竖向位移差值和转角差值，如图5所示。

步骤三：由图3中左侧桥塔1开始，用千斤顶顶升第一节段231的临时支座8，使得第一焊接点91处加劲梁回到无应力状态，进行焊接施工，完成后回落；同样地，顶升第二节段232的临时支座8，使得第二焊接点92处加劲梁回到无应力状态，进行焊接施工，完成后回落；依此类推，施工第五焊接点95时，顶升第四焊接点94处的临时支座8，使得第五焊接点95处加劲梁回到无应力状态，进行焊接施工，完成后回落。

千斤顶顶升量值通过两方面确定：一方面通过有限元软件模拟施工过程所得千斤顶顶升量值，此计算值作为参考值，用来验证竖向位移差值和转角差值是否调零；另一方面通过施工时实测的竖向位移和转角监控数据。

如图6所示，主跨节段顶升-焊接-回落过程结束后，加劲梁线形为一连续线形。事实上，顶升是调整加劲梁焊接点处至无应力状态的过程，焊接是连成连续梁的过程，回落是将简支梁的内力分布重新分配至整体一次落架(即连续梁)的内力分布的过程。

步骤四：将主缆31架设至桥塔1上并预偏，同时将主缆31锚固至边跨加劲梁21，拆除纵桥向临时约束7，完成后续自锚式悬索桥施工，如图7所示。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。