一种斜拉桥钢箱梁中跨合龙方法

摘要

本发明公开了一种斜拉桥钢箱梁中跨合龙方法，采用单侧吊机吊装合龙段钢箱梁，单塔进行顶推，避免了两侧施工的同步性问题，采用顶推装置进行锁定，无需焊接劲性骨架，无需提前进行平衡配重，用简支的形式将合龙段钢箱梁搁于两侧已安装悬臂钢箱梁的梁顶，整个合龙施工过程持续时间较短，操作简便，节约资源，施工风险较低，并且体现了多种调整合龙误差的方法，确保较高的合龙精度。

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种斜拉桥钢箱梁中跨合龙方法。

背景技术

斜拉桥的合龙是其主体结构施工完成的标志，是斜拉桥施工中最关键且技术含量最高的组成部分。就目前的施工技术来说，钢梁斜拉桥的合龙施工一般采用温度配切法和顶推法。在温度配切法中，根据合龙时间预测合龙温度，进行温度监测后确定合龙温度下的合龙口间隙，然后进行合龙段钢梁的切割，但是由于温度变化会导致钢梁伸缩，吊装合龙段必须要在指定的温度下完成，并且要迅速进行锁定与焊接。因此，温度配切法对合龙段切割的精度要求极高，合龙施工的风险较大。

例如，授权公告号为CN1072459518，名称为斜拉桥中跨两边同时合龙施工方法的专利文献，公开了根据合龙温度确定合龙段实际长度，再利用合龙口长度换算至设计合龙温度时的长度，未考虑温度变化导致合龙段钢梁伸缩变化，合龙施工风险大。

目前常采用焊接劲性骨架的锁定方法，该方法操作繁琐，效率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斜拉桥钢箱梁中跨合龙方法，以解决对合龙段切割的精度要求高，合龙施工的风险大，以及锁定操作繁琐、效率不高等问题。

本发明独立权利要求的技术方案解决了上述发明目的中的一个或多个。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种斜拉桥钢箱梁中跨合龙方法，包括如下步骤：

步骤1：对合龙口两侧的已安装悬臂钢箱梁进行多次且连续的温度效应监测，分析温度效应监测数据确定合龙段钢箱梁的尺寸，并根据该尺寸制造合龙段钢箱梁；

步骤2：将起吊侧桥面吊机的标准梁段吊具更换为合龙段吊具，并前移至合龙段吊装位置，另一侧桥面吊机保持原位置；

步骤3：将顶推侧塔梁的纵向临时约束替换成顶推装置，解除顶推侧塔梁的竖向临时约束，塔梁的横向约束在不影响纵向位移的情况下不解除，进行单塔顶推；

步骤4：朝边跨方向进行第一次顶推，当合龙口距离等于设定宽度时停止顶推工作，锁定顶推装置；

步骤5：吊装合龙段钢箱梁，使合龙段钢箱梁的顶板高于两侧已安装悬臂钢箱梁的顶板，并在合龙段钢箱梁接缝处分别安装用于支撑该合龙段钢箱梁的支撑机构，将合龙段简支搁于两侧已安装悬臂钢箱梁上；

步骤6：调整合龙段钢箱梁的姿态，优化合龙段钢箱梁的相对几何位置；

步骤7：解除顶推装置的锁定，朝中跨方向进行第二次顶推，到位后锁定顶推装置；

步骤8：评估合龙口的相对几何位置和各接缝处的焊缝宽度；

步骤9：将合龙段钢箱梁的两侧分别与已安装悬臂钢箱梁进行锁定，并焊接码板；

步骤10：解除南、北塔所有塔梁的临时约束和顶推装置的锁定，同步对合龙段钢箱梁两侧的接缝同时焊接，完成全桥中跨合龙。

本发明中，采用起吊侧桥面吊机进行合龙段吊装，即单侧吊机吊装合龙段，并且采用单塔顶推，避免了两侧施工的同步性问题；通过对索力进行控制，在起吊合龙段之前使两侧已安装悬臂钢箱梁处于同一水平面，因此无需提前进行平衡配重，用简支的形式将合龙段搁于两侧梁顶，整个合龙施工过程持续时间较短，避免了较大的合龙时间区间，防止出现较大温差对主体结构的影响；操作简便，节约资源，施工风险低，并且体现了多种调整合龙误差的方法，确保较高的合龙精度。

进一步地，所述步骤1中，温度效应监测的具体操作为：

在合龙前的至少两个工况中进行24小时以上的连续监测，测量内容包括结构温度场、塔偏、合龙口长度、已安装悬臂钢箱梁前五段的标高、里程、轴偏、里程以及前五对斜拉索的索力；

通过计算模型分析升降温度对合龙段钢箱梁长度的影响量；

确定合龙段钢箱梁的总长和拼装角度，即合龙段钢箱梁的尺寸。

进一步地，所述步骤3中，顶推装置为具有顶推功能的阻尼器。

进一步地，所述阻尼器有四组，每组所述阻尼器的安装过程为：

先定位梁底锚固支座和墩顶锚固支座，测量梁底锚固支座销轴孔与墩顶锚固支座销轴孔之间的水平距离；

再测量该阻尼器上第一耳板孔与第二耳板孔之间的距离，调整该阻尼器的长度，使第一耳板孔与第二耳板孔之间的距离等于梁底锚固支座销轴孔与墩顶锚固支座销轴孔之间的水平距离；

提升阻尼器，使阻尼器尽可能保持水平；

当梁底锚固支座销轴孔与第一耳板孔重合，以及墩顶锚固支座销轴孔与第二耳板孔重合时，分别在第一耳板孔、第二耳板孔处安装销轴，装上挡板，紧固螺栓，即完成安装。

进一步地，所述步骤4或7中，采用智能顶推系统实现所述第一次顶推和第二次顶推，所述智能顶推系统包括激光测距传感器、反射板、数据传输模块、显示控制模块以及驱动模块；所述激光测距传感器设于一侧已安装悬臂钢箱梁上，所述反射板设于另一侧已安装悬臂钢箱梁上；所述激光测距传感器、数据传输模块、显示控制模块以及驱动模块依次连接；所述驱动模块还与所述顶推装置连接。

进一步地，所述步骤5中，支撑机构为钢牛腿或钢立板，所述钢牛腿或钢立板设于三向千斤顶上，所述三向千斤顶设于所述已安装悬臂钢箱梁上。

进一步地，所述步骤6中，合龙段钢箱梁姿态的调整顺序为先标高误差调整，再轴偏误差调整；

所述标高误差调整的具体操作为：采用汽车吊进行压重或通过调整斜拉索的索力，使合龙段钢箱梁与两侧的已安装悬臂钢箱梁的顶板和底板处于同一水平面；

所述轴偏误差调整的具体操作为：在已安装悬臂钢箱梁的前端焊接对拉底座，通过对拉方式实现轴偏调整，使合龙段钢箱梁与两侧的已安装悬臂钢箱梁的腹板处于同一竖直平面。

进一步地，所述步骤8中，在评估接缝处的所述焊缝宽度时，每个接缝断面测量八个点的焊缝宽度，所述八个点为合龙段钢箱梁顶板上的任意三个点、底板上的任意三个点以及腹板上的任意两个点。

有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种斜拉桥钢箱梁中跨合龙方法，采用单侧吊机吊装合龙段钢箱梁，单塔进行顶推，避免了两侧施工的同步性问题，采用顶推装置进行锁定，无需焊接劲性骨架，无需提前进行平衡配重，用简支的形式将合龙段钢箱梁搁于两侧已安装悬臂钢箱梁的梁顶，整个合龙施工过程持续时间较短，操作简便，节约资源，施工风险较低，并且体现了多种调整合龙误差的方法，确保较高的合龙精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中合龙前温度监测时的结构示意图；

图2是本发明实施例中合龙施工准备就绪的结构示意图；

图3是本发明实施例中安装具有顶推功能的阻尼器的示意图；

图4是本发明实施例中智能顶推系统结构示意图；

图5是本发明实施例中合龙段起吊时的结构示意图；

图6是本发明实施例中合龙段钢箱梁处于简支状态的示意图；

图7是本发明实施例中具有简支搁梁作用的钢牛腿的示意图；

图8是本发明实施例中合龙口相对几何位置调整的示意图；

其中，1-智能顶推系统，111-激光测距传感器，112-反射板，113-数据传输模块，114-显示控制模块，2-斜拉索，3-标准梁段吊具，4-合龙段吊具，5-梁底锚固支座，6-墩顶锚固支座，7-梁底锚固支座销轴孔，8-墩顶锚固支座销轴孔，9-第一耳板孔，10-第二耳板孔，11-具有顶推功能的阻尼器，12-中跨方向，13-边跨方向，14-顶推侧钢箱梁，15-非顶推侧钢箱梁，16-合龙段钢箱梁，17-钢牛腿，18-汽车吊，19-钢丝绳，20-对拉底座，21-水平横向限位葫芦，22-紧固布带，23-三向千斤顶。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例所提供的一种斜拉桥钢箱梁中跨合龙方法，包括如下步骤：

1、合龙段钢箱梁16尺寸的确定与制造

图1示出合龙前温度监测时的结构示意图，对合龙口两侧的已安装悬臂钢箱梁(即顶推侧钢箱梁14和非顶推侧钢箱梁15)进行多次且连续的温度效应监测，分析温度效应监测数据确定合龙段钢箱梁16的尺寸，并根据该尺寸制造合龙段钢箱梁16。

在温度效应监测之前，对合龙段钢箱梁16提前制造，并预留20cm长的余量，通过温度效应监测可以得出各温度条件下合龙口两侧的已安装悬臂钢箱梁总长，再推算出合龙口两侧的已安装悬臂钢箱梁在设计温度下的总长，由此计算出合龙段钢箱梁16在设计温度下的长度值和拼装角度，根据合龙段钢箱梁16在设计温度下的长度值和拼装角度再对合龙段钢箱梁16进行精确制造。

对结构温度场、塔偏、合龙口长度和合龙口两侧悬臂端前五段主梁的标高、轴偏、里程以及前五对斜拉索2的索力进行24小时监测，每两小时监测一次，并同时利用计算模型进行在设计温度基础上升高或降低5°和10°来分析升降温对合龙口长度、悬臂端的标高和角度的影响，再结合现场测量，确定适合合龙段钢箱梁16匹配打码及临时约束解除施工的比较稳定温度场时段，测量温度场变化与结构几何变形量及物理量变化间的关系，以此确定合龙段钢箱梁16的制造参数。

本实施例中，计算模型为设计或施工监控计算模型，符合现有规范与技术，通过修改模型参数，重新模拟计算，得到影响量。

在合龙前的两个工况中进行24小时的连续监测：

(1)第1次24小时温度影响观测

观测时机：合龙前第三个梁段精匹配后的焊接期间。

②观测作用：确定合龙段钢箱梁16南端面的制造参数。确定适合合龙段钢箱梁16匹配打码及临时约束解除施工的比较稳定的温度场时段。测量温度场变化与结构几何变形量及物理量变化间的关系。

③测量参数：结构温度场、各塔前5主梁标高索力、塔偏、合龙口长度等等。

④制造参数的确定：合龙段钢箱梁16南端面的制造参数包括合龙段钢箱梁16南端面的切割量、南端面的拼装角度。由合龙口长度的实测值与理论值的误差计算合龙段切割量。由南北塔江侧悬臂5段主梁的标高实测值与理论值的误差确定合龙段的预拼装时的拼装角度。

(2)第2次24小时温度影响观测

①观测时机：合龙前第一个梁段精匹配后的焊接期间。

②观测作用：确定合龙段钢箱梁16北端面的制造参数。确定适合合龙段钢箱梁16匹配打码及临时约束解除施工的化较稳定温度场时段。测量温度场变化与结构几何变形量及物理量变化间的关系。

③测量参数：结构温度场、各塔前5段主梁标高索力、塔偏、合龙口长度等等。

④制造参数的确定：合龙段钢箱梁16北端面制造参数包括合龙段钢箱梁16北端面的切割量、北端面的拼装角度。由合龙口长度的实测值与理论值的误差计算合龙段钢梁北端面的切割量。由南北塔江侧悬臂5段主梁的标高实测值与理论值的误差确定合龙段的预拼装时的拼装角度。

采用的测量仪器为水准仪、全站仪、索力仪等。

2、吊具更换：将起吊侧桥面吊机的标准梁段吊3具更换为合龙段吊具4，并前移至合龙段吊装位置，利用单侧吊机起吊合龙段，另一侧桥面吊机保持原位置，如图2所示。

3、将顶推侧塔梁的纵向临时约束替换成顶推装置，解除顶推侧塔梁的竖向临时约束，塔梁的横向约束在不影响纵向位移的情况下不解除，进行单塔顶推。

图3示出安装具有顶推功能的阻尼器的示意图，为了防止顶推侧塔梁的竖向临时约束解除时主梁发生位移，先安装两组具有顶推功能的阻尼器11，并锁定。再将余下的两组顶推侧塔梁的纵向临时约束(例如纵向临时钢支撑)替换成另外两组具有顶推功能的阻尼器11，总共四组具有顶推功能的阻尼器11。割断顶推侧塔梁的竖向临时约束(即割断竖向临时钢支撑)。

每组阻尼器的安装过程为：

先定位梁底锚固支座5与墩顶锚固支座6，测量梁底锚固支座销轴孔7与墩顶锚固支座销轴孔8之间的距离。

再测量阻尼器11上第一耳板孔9与第二耳板孔10之间的距离，调整阻尼器11的长度，使第一耳板孔9与第二耳板孔10之间的距离等于梁底锚固支座销轴孔7与墩顶锚固支座销轴孔8之间的距离。

提升阻尼器11就位，通过两侧的紧固布带22分别连接第一耳板孔9与第二耳板孔10，使阻尼器11保持尽可能水平，提升阻尼器的紧固布带22作用在第一耳板孔9和第二耳板孔10上。

当梁底锚固支座销轴孔7与第一耳板孔9重合，以及墩顶锚固支座销轴孔8与第二耳板孔10重合时，分别在第一耳板孔9、第二耳板孔10处安装销轴，装上挡板，紧固螺栓，完成阻尼器11的安装。

4、朝边跨方向13进行第一次顶推，当合龙口距离等于设定宽度时停止顶推工作(即到位后停止顶推)，锁定顶推装置。

步骤4和7均采用智能顶推系统1实现顶推，智能顶推系统1包括激光测距传感器111、反射板112、数据传输模块113、显示控制模块114以及驱动模块。激光测距传感器111设于一侧已安装悬臂钢箱梁上，反射板112设于另一侧已安装悬臂钢箱梁上。激光测距传感器111、数据传输模块113、显示控制模块114以及驱动模块依次连接；驱动模块还与顶推装置连接。

在显示控制模块114上输入顶推距离，通过测量激光测距传感器111与反射板112之间的距离来测量合龙口距离，该距离经数据传输模块113传输给显示控制模块114，显示控制模块114根据该距离与设定宽度之间的差值输出控制指令，驱动模块在控制指令的控制下驱动顶推装置推动两侧已安装悬臂钢箱梁，直到该距离等于设定宽度。通过监测激光测距传感器111与反射板112之间的距离来实现顶推的自动控制，避免了温度变化引起已安装悬臂钢箱梁伸缩而导致顶推精度低的问题，提高了顶推精度高，且无需人工参与，智能化程度高。

如图2～4所示，在智能顶推系统1的显示控制模块114中输入设定宽度，通过激光测距传感器111测量激光测距传感器111到反射板112的距离，该距离经过数据传输模块113传输至显示控制模块114，并在显示控制模块114显示，使驱动模块驱动四组阻尼器11推动主梁，顶推速度不大于1mm/s，当合龙口距离等于设定宽度时停止顶推工作。本实施例中，为了避免顶推行程过大，一般给合龙段预留5cm的工作区间。

5、起吊中跨合龙段钢箱梁16，使合龙段钢箱梁16的顶板高于两侧已安装悬臂钢箱梁的梁面(高于20cm为宜)，并在合龙段钢箱梁16腹板顶部接缝处分别安装用于支撑该合龙段钢箱梁16的支撑机构，将合龙段简支搁于两侧已安装悬臂钢箱梁上，如图5和6所示。本实施例中，支撑机构为钢牛腿17或钢立板，钢牛腿17或钢立板设于三向千斤顶23上，三向千斤顶23设于已安装悬臂钢箱梁上。

参照图6和7，在合龙段钢箱梁16的腹板顶面接缝处上下游各焊接一用于搁置梁的临时钢牛腿17，共四块，把钢牛腿17搭在三向千斤顶23上，以便临时微调相对位置，且四块钢牛腿17至少可承受两倍合龙段钢箱梁16的重量。然后吊机缓慢下放合龙段钢箱梁16，接触已安装梁段后，吊机受力逐渐减小，两侧主梁高度之差逐渐趋于0cm。

通常合龙段钢箱梁16起吊会在白天进行，当温度过高导致合龙段钢箱梁16不能顺利进入合龙口时，为了避免过大的顶推行程和顶推力，可暂时将合龙段钢箱梁16吊至梁底位置，待温度降低后再把合龙段钢箱梁16嵌入合龙口。

简支合龙，可操作性高，能在短时间内完成合龙，避免较大的合龙时间区间，防止出现较大温差对主体结构的影响。双缝合龙具有较强的中和误差的能力，是单缝合龙的两倍。

6、调整合龙段钢箱梁16的姿态，优化合龙段钢箱梁16的相对几何位置，实现两侧主梁与合龙段钢箱梁16之间的标差和轴偏的调整，如图8所示。

姿态调整顺序为先标高再轴偏：标高调整可用汽车吊18进行压重，也可通过调整斜拉索22的索力进行微调，使合龙段钢箱梁16与两侧的已安装悬臂钢箱梁的顶板和底板处于同一水平面。轴偏调整可在两侧悬臂前端焊接用于交错对拉的底座20，通过水平横向限位葫芦21对拉钢丝绳19的方式实现轴偏调整，使合龙段钢箱梁16与两侧的已安装悬臂钢箱梁的腹板处于同一竖直平面。

7、解除顶推装置的锁定后进行第二次顶推，朝中跨方向12回顶，到位后锁定顶推装置。

步骤7与步骤4的操作基本一致，当主梁回顶完成后，激光测距传感器111连续监测激光测距传感器111到反射板112的距离，并根据距离变化自动顶推，以应对温度变化引起的主梁伸缩。

8、评估合龙口的相对几何位置和各接缝处的焊缝宽度。在评估焊缝宽度时，一个接缝断面须测量八个点(顶板三个点，底板三个点，腹板两个点)的焊缝宽度，8个测点分别布置在顶板中轴线、顶板上下游、腹板上下游、底板中轴线，底板上下游，这样可确保整个环形焊缝各位置宽度都满足规范要求。

9、将合龙段钢箱梁16的两侧分别与已安装悬臂钢箱梁通过拉杆箱、止推板进行锁定，确保各焊缝两侧的顶板、腹板、底板无错台，焊缝宽度满足焊接规范要求；并同时焊接码板。

10、解除南、北塔所有塔梁的临时约束和顶推装置的锁定，对合龙段钢箱梁16两侧的接缝同时焊接，完成全桥中跨合龙。

解除南、北塔所有塔梁的临时约束和顶推装置的锁定与对合龙段钢箱梁16两侧的接缝同时焊接应同步进行。

本发明所提供的一种斜拉桥钢箱梁中跨合龙方法，采用单侧吊机吊装合龙段钢箱梁，单塔进行顶推，避免了两侧施工的同步性问题。采用顶推装置进行锁定，无需焊接劲性骨架，无需提前进行平衡配重(在起吊合龙段钢箱梁之前使两侧已安装悬臂钢箱梁处于同一水平面，因此无需提前进行平衡配重)，用简支的形式将合龙段钢箱梁搁于两侧已安装悬臂钢箱梁的梁顶，整个合龙施工过程持续时间较短，操作简便，节约资源，施工风险较低，并且体现了多种调整合龙误差的方法，确保较高的合龙精度。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。