CN102094393A - 钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥梁结构建筑细部的施工工法，具体来说是一种刚构桥主跨悬臂端的施工工法。本发明意在提供一种钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头，以解决现有技术中对高完成质量的钢混接头施工工法的需求。本发明包括以下步骤：钢混接头在规范加工场地制造成型，成型后与主跨钢箱梁进行整体预拼装；使用运输工具将钢混接头运输至刚构桥主跨悬臂端下方；使用提升装置将钢混接头提升至与所述悬臂端对齐；钢混接头及刚构桥主跨悬臂端的混凝土施工。其特点是：通过吊装的方式实现安装工序，提供了一种新的大型钢混接头的施工方式。

Description

钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头

技术领域

本发明涉及一种桥梁结构建筑细部的施工工法，具体来说是一种刚构桥主跨悬臂端的施工工法。

背景技术

近几十年来，随着世界大跨度桥梁的发展，为了能够充分利用材料比强度不同的特点和优化桥梁结构，出现并运用了混凝土和钢箱组合的桥梁结构形式，钢混接头随之大量运用于钢混组合斜拉桥中，且钢混接头主要以承受轴向的压力为主，受力相对较简单明确；而连续刚构桥的钢混接头主要承受弯矩和剪力作用，且弯矩正负交错，受力复杂，又是一个时变受力***，在桥梁接龙处跨度过大时，情况也相应的会变得比较复杂。

混凝土桥梁恒载效应大的世界建桥难题，降低了混凝土收缩徐变等对服役期结构下挠变形的不利影响，

钢一混凝土组合结构连续梁桥的施工方法一般采用钢梁顶推或者吊装到位，形成连续结构，再现浇混凝土桥面板或安装预制混凝土桥面板，形成组合结构。

由于连续梁支点承受负弯矩，而钢一混凝土组合结构桥采用上混凝土下钢的布置方式，导致钢一混凝土组合结构连续梁桥在墩顶负弯矩区段混凝土桥面板受拉，钢梁受压，受力不利，这成为制约此种桥型发展和普及的重要因素。

早期的组合结构连续梁桥通常采取布置预应力筋对墩顶区域混凝土桥面板施加预应力的方式，但这种设计将导致钢梁顶板所承受压应力较大，而且随着混凝土徐变、收缩的发展，钢梁所承受压力将进一步加剧，与此同时混凝土桥面板预压应力损失较大，施加预应力效果不好。

总而言之，在钢混接头尤其是大型钢混接头的安装方面，目前仍待需要完成质量更高的施工工法。

发明内容

本发明意在提供一种钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头，以解决现有技术中对高完成质量的钢混接头施工工法的需求。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：本方案中的钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头，其特征是包括以下步骤：

（1）         钢混接头在规范加工场地制造成型，成型后与主跨钢箱梁进行整体预拼装；

（2）         使用运输工具将钢混接头运输至刚构桥主跨悬臂端下方；

（3）         使用提升装置将钢混接头提升至与所述悬臂端对齐；

（4）         钢混接头及刚构桥主跨悬臂端的混凝土施工。

上述技术方案的特点是：两端钢混接头在规范加工场地与钢箱梁进行整体预拼装，保证了钢混接头与钢箱梁的整体吊装合龙各部位几何尺寸精度和线形。预备工作完成后运输至刚构桥主跨悬臂端下方，然后通过吊装的方式实现安装工序，提供了一种新的大型钢混接头的施工方式，本工法还大幅减少了现场的焊接等工序，保证了钢混接头整体质量。

进一步：所述的步骤（2）中：所述运输工具是驳船，驳船将钢混接头运输至刚构桥主跨悬臂端下方，通过定位船使驳船上运输的钢混接头控制定位在刚构桥主跨悬臂端正下方。采用船舶运输到桥位的方法，易于进行大型的钢混接头的运输，而且较其他运输方法安全性高、可操作性强、成本低、工期短，无需封航，同时水上定位船将载有钢混接头的驳船在水流方向及混凝土箱梁悬臂端正下方定位的方法，也保证了吊装***的安全稳定。

进一步：所述的步骤（2）中：钢混接头吊装前，应对主跨悬臂端进行连续观测，掌握因主跨悬臂端随温度升降，其空间状态的变化情况，以及两端悬臂端的空间相对位置，以确定钢混接头的精确安装和就位后的初始空间状态参数。例如：可以对主跨悬臂梁端进行48小时（每3小时一次）连续观测，可以更好的保证安装过程的准确性。

进一步：所述的步骤（3）中：所述提升装置包括集群千斤顶、液压泵站和控制计算机，由所述控制计算机控制所述集群千斤顶对钢混接头进行提升，所述千斤顶上设有检测其受力情况的感应器，所述感应器与所述控制计算机连接，在提升过程中采用检测装置对钢混接头的空间位置及高程进行测量，所述检测装置包括全站仪和水准仪，利用所述检测装置得到的数据通过所述提升装置调整钢混接头的运动及位置状态，保证钢混接头的运动及位置状态符合安装要求。所述提升装置的使用为在混凝土悬臂箱梁端头动态（多自由度）精确安装钢混接头和控制两端钢混接头的空间几何相对姿态提供了方法。而且由于采用计算机控制集群数控千斤顶提升***，所述千斤顶上设有检测其受力情况的感应器，自动对千斤顶的运行与受力进行调节，实现了吊装张力和位移同步,为钢箱梁吊装合龙精度提供了保障。

进一步：所述步骤（3）中：钢混接头提升至与所述悬臂端对齐后，刚构桥主跨悬臂梁端与钢混接头结合部的立面及平面设有型钢劲性骨架，所述型钢劲性骨架包括设在平面的平面劲性型钢骨架和设在立面的立面劲性型钢骨架。上述特征可以防止在浇筑混凝土过程中钢混接头与混凝土悬臂梁端之间发生相对位移及转角，而影响钢混接头的安装精度。还可以避免在钢混接头混凝土养护过程中发生微动，影响接头段混凝土浇筑质量及有效结合。

进一步：所述钢劲性骨架呈剪刀撑焊固在刚构桥主跨悬臂梁端与钢混接头结合部。本方式易于实施，且稳固性好。

进一步：所述的步骤（4）中：刚构桥主跨悬臂梁端与钢混接头结合部的混凝土选用添加有外掺剂的低收缩微膨胀混凝土。因为钢混结合部后浇混凝土质量控制直接影响到混凝土与钢箱之间内力的传递，混凝土具有流动性好、收缩补偿、早强等性能。同时上述同时添加适量外掺剂以减小混凝土水灰比的做法可以降低用水量，减小混凝土的收缩，保证施工质量。

具体实施方式

下述方案中，一些公知的具体结构及特性在此不再阐述，整个方案依下述步骤进行。

一、呈钢箱的钢混接头在工厂制造完成后，为确保钢混接头与后期主跨钢箱梁的安装精度，两端钢混接头在工厂与钢箱梁进行整体预拼装，以保证各部位几何尺寸精度和线形满足设计要求，在工厂验收合格后，按照计划由驳船运输至刚构桥主跨悬臂端下方预定位置。

二、钢混接头吊装测量：

（1）建立吊装测量控制点。

局部控制方法：在大桥主墩已完成的T型刚构梁端建立钢混接头安装时的局部控制点 

轴线控制方法：以大桥两岸的导线控制网为基准，为保证轴线加密点的精度，采用四测回观测后，取其平均值进行纠偏计算，修正后达到设计与施工技术规范的要求。

高程控制方法：以大桥两岸的水准控制网为基准，与两主墩中心点均成为一附合环，按国家四等水准的要求进行附合水准测量，经平差计算后，确定基准点的高程值。

 （2）钢混接头安装前的连续观测。

 在钢混接头吊装前，应对主跨悬臂梁端进行48小时（每3小时一次）连续观测，掌握因主跨悬臂端随温度升降，其空间状态的变化情况，以及两端悬臂端的空间相对位置，以确定钢混接头的精确安装和就位后的初始空间状态参数。

（3）钢混接头安装控制。

1）根据已加密的轴线控制点和水准点，采用两台全站仪、两台水准仪对钢混接头两端的轴线点、高程进行安装测量控制，并向计算机控制集群千斤顶***操作人员发指令，反复微调两端钢混接头的姿态，直到两端钢混接头精确就位。

2）为确保两端钢混接头精确就位，确保钢混接头与钢箱梁的正常合龙，保证钢箱梁的偏扭值能满足设计与施工技术规范的要求，在钢混接头精确就位后，在接头的两端增高的高程平面控制点上，经观测后针对钢箱梁合龙，收集其偏扭控制的初始参数。

三、吊装支架***及安装：

（1）钢混接头吊装***吊装支架分别设于主跨两边的混凝土悬臂端。全桥共设4个吊点,每个吊点由4片挂篮三角主桁经组合形成主承力支架，上下游通过横联联结成一个整体。后锚采用在箱梁底下横向搁置扁担梁，用精轧螺纹钢筋进行锚固。每个吊点布置2台钢绞线千斤顶。

（2）吊装支架***在正式组装前，对组件分别进行荷载试验。三角主桁荷载试验采取平放背靠背对顶方式，加载不小于1.25倍的设计荷载,对后锚精轧螺纹钢筋进行拉力试验，整体结构抗倾安全系数大于2.0。

（3）吊装支架采用汽车吊安装，为保证提升支架位置的准确度，在悬臂梁端预留吊架前支点预埋件槽，吊架前支点锚板和螺栓精确定位后，采用与悬臂梁同标号的混凝土浇注。在吊装支架***安装完毕后，为避免吊装时后锚的伸长，采取对后锚精轧螺纹钢筋施加预应力。

（4）安装调试计算机控制集群千斤顶***，每个起吊***使用四台千斤顶和一套液压泵站，并通过数据电缆与计算机连接，由一名操作员控制和监控所有集群千斤顶和液压泵站，实时连续监测每个千斤顶的行程和荷载，在每一行程中，该***可以对行程自动检测和调节，确保各千斤顶同步性满足设计要求。在提升过程中，控制***可以实时连续显示各千斤顶的受力信息。若某个千斤顶受力值在其荷载允许变化幅度以外，整个***将自动停止工作，此时可以首先对包括被吊构件在内的整个吊装***进行检查。待查出超载原因之后，控制***操作员可以对超载千斤顶进行单个调节，直至其受力达到同步性要求的范围为止，然后再继续进行提升作业。在实际作业中，集群千斤顶***行程同步性可以自动调节，钢绞线提升力的同步性也随之自动调节。

四、预留、预埋措施：

（1）腹板、顶板劲性骨架预埋件。

为防止在浇筑混凝土过程中钢混接头与混凝土悬臂梁端之间发生相对位移及转角，而影响钢混接头的安装精度；在钢混接头混凝土养护过程中发生微动，影响接头段混凝土浇筑质量及有效结合，为此在混凝土悬臂梁端节段、钢混接头的内腹板和顶板外表面设置型钢劲性骨架，进行钢混接头的立面和平面锁定。

（2）接头钢箱排气孔。

钢混接头需浇筑混凝土部分径深为1.5m，为了保证混凝土的密实，工厂制造时在钢箱顶板及底板顶面设置排气孔。

五、吊装就位及锁定：

（1）收集近三天的气候条件和洪水情况，在钢混接头吊装前，测量桥位处江水流速（≤2m/s）,昼夜气温温差在10℃以内。

（2）将千斤顶的吊具下放至钢混接头吊耳上方，通过定位船与运输驳船协同配合，将钢混接头吊耳与吊具起吊相对位置控制在±1m范围，吊耳与吊具穿销连接。

（3）吊装***千斤顶逐渐加载至初始力，对吊耳、吊具、销连接等各部位进行检查。在千斤顶连续提升时，操作员监控各千斤顶的同步性和受力均匀性，提升速度控制在28m/h以内。待钢混接头提升至安全高度时，运输驳船驶离。

（4）按本工法钢混接头吊装测量方法调整两端钢混接头的空间姿态，精确就位。在提升过程中，采用仪器观测混凝土悬臂端、吊架主梁及后锚***等的变形情况，并做好记录。

就位偏转微调：在吊架设置辅助千斤顶调节***，利用在钢混接头上设置的辅助吊孔调节钢混接头的倾角及平衡状态。

就位平面、竖向微调：在主吊千斤顶支撑梁与提升支架梁中间设置不锈钢板滑移界面，使用辅助液压千斤顶，由人工控制，将满载下的主吊千斤顶支撑梁沿提升支架水平移动，从而实现对钢混接头的精确定位。微调范围：

纵向微调范围 ±150mm            横向微调范围 ±100mm

上下微调范围 ±50mm             微调精度 ±1mm

（5）劲性骨架锁定：

安装操作平台：为了能够方便、快速、安全地进行钢混接头的锁定操作，采用移动操作平台，待钢混接头精确就位后，在桥面上快速铺设型钢轨道，将操作平台快速向前移动安装就位。

平面位置锁定：在钢混接头吊装就位后，精确微调，经测量和监控复核无误后，即可进行劲性骨架的锁定。先进行顶板的劲性骨架锁定，采用人工配合机械，将劲性骨架构件快速就位后，由专业电焊工在上下游同时施焊，并焊接成剪刀撑；同时综合考虑各种不利因素的影响，在顶板顶面上下游翼缘板位置各设置一组平面劲性型钢骨架联接，实施时采用型钢平放焊接在两端预埋钢板上。

竖向位置锁定：在平面劲性骨架施工完成后，采用链条葫芦悬挂在吊装支架顶分配梁上，安装就位竖向劲性骨架构件，在钢混接头和混凝土悬臂梁腹板（上游、下游）内侧同时焊接竖向型钢劲性骨架，将钢混接头和混凝土悬臂梁连接，并预留出侧模位置。

六、钢混接头段混凝土施工：

（1）现浇混凝土平台及钢筋、模板安装。

钢混接头与混凝土悬臂梁端的1m长的钢筋混凝土现浇段，与在4m长钢混接头后端1.5m钢箱中的钢筋混凝土同时浇筑。采取设置型钢吊架形成施工平台，钢混接头混凝土侧模采用大块钢模，内顶板采用钢模，底板、翼板采用卓良模板。

（2）混凝土施工。

1）混凝土配合比。

钢混结合部后浇混凝土质量控制直接影响到混凝土与钢箱之间内力的传递。该部位混凝土需单独作配合比试验，选用低收缩、微膨胀混凝土，同时添加适量外掺剂以减小混凝土水灰比，降低用水量，减小混凝土的收缩。混凝土具有流动性好、收缩补偿、早强等性能。

2）混凝土浇筑。

钢混接头混凝土一次性浇筑完成。为便于混凝土下料，在混凝土悬臂梁最后一个节段施工时，在距离此节段箱梁前端50cm位置的顶板上预留混凝土泵管孔。接头混凝土分部位、分层连续浇筑、振捣密实，分层厚度控制在20cm，在腹板上适当位置增设振捣孔和附着式振捣器，保证混凝土浇筑的密实。

3）保证混凝土浇筑密实的措施。

因灌注混凝土钢箱部分径深为1.5m，为了保证混凝土的密实，在钢混接头顶板及底板顶面预留排气孔(Φ12mm),间距500mm。

在浇注混凝土前，将钢混接头混凝土入料孔口接高30cm，在浇筑混凝土时，将孔口位置混凝土浇高30cm，用于混凝土凝结过程收缩的补偿，待混凝土初凝后，再将其凿除。入料孔口用预先准备的由钢箱加工厂制作的同等规格钢板焊接密封。

浇筑混凝土30d后，在钢与混凝土结合面位置的接头钢箱顶板钻压浆孔，注入环氧树脂填充缝隙密实，以提高钢混接头桥面钢板与混凝土结构之间的密实性和整体性。

4）混凝土养护措施。

为控制钢箱和混凝土热传导性能出现较大差异，在该部位混凝土养护时，采取封闭保温保湿养护，控制混凝土和钢箱温度变化的一致，以防止温度差异影响结合面的质量。

（3）预应力施工。

待钢混接头混凝土达到设计强度后，即进行预应力张拉。先张拉横向预应力，再张拉竖向预应力，最后张拉纵向预应力。钢混接头纵向预应力张拉严格按设计的张拉顺序进行，两端钢混接头预应力同时张拉，上下游沿梁体中心线对称张拉。预应力张拉完毕之后，及时进行孔道压浆和浇筑封锚混凝土。

七、钢混接头施工完毕之后，通过辅助千斤顶沿主纵梁前移主吊千斤顶***到预定位置，汽车吊辅助安装三角吊架斜拉带；调试、检测、维护吊装支架和数控集群千斤顶***，为后期主跨合龙段钢箱梁吊装作好准备。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头，其特征是包括以下步骤：

（1）钢混接头在规范加工场地制造成型，成型后与主跨钢箱梁进行整体预拼装；

（2）使用运输工具将钢混接头运输至刚构桥主跨悬臂端下方；

（3）使用提升装置将钢混接头提升至与所述悬臂端对齐；

（4）钢混接头及刚构桥主跨悬臂端的混凝土施工。

2.根据权利要求1所述的钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头，其特征是所述的步骤（2）中：所述运输工具是驳船，驳船将钢混接头运输至刚构桥主跨悬臂端下方，通过定位船使驳船上运输的钢混接头控制定位在刚构桥主跨悬臂端正下方。

3.根据权利要求1所述的钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头，其特征是所述的步骤（2）中：钢混接头吊装前，应对主跨悬臂端进行连续观测，掌握因主跨悬臂端随温度升降，其空间状态的变化情况，以及两端悬臂端的空间相对位置，以确定钢混接头的精确安装和就位后的初始空间状态参数。

4.根据权利要求1所述的钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头，其特征是所述的步骤（3）中：所述提升装置包括集群千斤顶、液压泵站和控制计算机，由所述控制计算机控制所述集群千斤顶对钢混接头进行提升，所述千斤顶上设有检测其受力情况的感应器，所述感应器与所述控制计算机连接，在提升过程中采用检测装置对钢混接头的空间位置及高程进行测量，所述检测装置包括全站仪和水准仪，利用所述检测装置得到的数据通过所述提升装置调整钢混接头的运动及位置状态，保证钢混接头的运动及位置状态符合安装要求。

5.根据权利要求1所述的钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头，其特征是所述步骤（3）中：钢混接头提升至与所述悬臂端对齐后，刚构桥主跨悬臂梁端与钢混接头结合部的立面及平面设有型钢劲性骨架，所述型钢劲性骨架包括设在平面的平面劲性型钢骨架和设在立面的立面劲性型钢骨架。

6.根据权利要求5所述的钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头，其特征是：所述钢劲性骨架呈剪刀撑焊固在刚构桥主跨悬臂梁端与钢混接头结合部。

7.根据权利要求1、2、3、4、5、6中任一项所述的钢与混凝土混合连续刚构桥钢混接头，其特征是所述的步骤（4）中：刚构桥主跨悬臂梁端与钢混接头结合部的混凝土选用添加有外掺剂的低收缩微膨胀混凝土。