CN107938520B - 采用竖直拉索施工钢混组合梁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用竖直拉索施工钢混组合梁的方法，首先预制钢梁单元，并在钢梁翼缘上间隔设置多组临时吊片，同时在架桥机上对应设计多组拉索装置；施工将第一孔钢梁单元架设就位，再将架桥机上拉索底部的吊扣与钢梁翼缘上的吊片分别连接，使拉索呈竖直状态，然后将拉索的索力张拉至设定值后锁定；安装预制混凝土桥面板；浇注桥面板湿接缝混凝土，待桥面板湿接缝混凝土达到设计强度后，解除拉索与吊片的连接；然后架设第二孔钢梁单元，完成二孔钢梁“简支变连续”的体系转换；依次类推，完成整联桥梁的施工。本发明能提高传统无支架施工钢混组合梁的材料利用效率，具有施工便捷等一系列优点，在大中跨径组合梁架设上具有广阔的应用前景。

Description

采用竖直拉索施工钢混组合梁的方法

技术领域

本发明涉及钢混组合梁的施工方法，尤其是涉及一种采用竖直拉索施工钢混组合梁的方法。

背景技术

钢混组合梁具有结构轻巧、跨越能力大、施工速度快等一系列优点，能最大程度满足城市高架桥、跨江跨海长桥的建设要求，在现代桥梁结构中获得越来越广泛的应用。

由于钢混组合梁的施工工序和施工方式不同，其受力状态也各异。根据组合梁施工受力状态，可分为两类结构：1）活载组合梁，即采用无支架施工，施工过程中钢梁和混凝土的自重全部钢梁承担，待混凝土达到设计强度后，混凝土才作为组合梁的一部分参与受力；2）恒载组合梁，即采用支架施工，待钢梁与混凝土完全结合后再拆除支架，荷载由组合结构承担。

从材料利用率上来看，采用有支架的施工方法最为理想，即在顺桥向将钢梁分成数段制作，然后将钢梁运到现场，搭设在分段处的临时支架上；相邻节段钢梁连接好后，在其上浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后，拆除临时支架，完成体系转换；最后施工桥面铺装和护栏等；组合梁承受自重、二期恒载及活载，施工结束。但是如果受施工条件限制，桥位处无法或不适合搭设支架时，常采用无支架施工方法进行施工，传统的无支架施工的钢混组合梁在施工过程中，钢梁需承受自重、施工荷载及混凝土自重等，为满足施工要求，钢梁的刚度要求比恒载组合梁大，这对于在成桥后承受相同荷载的钢混组合梁来说，在一定程度上造成了材料的浪费。

如果能对传统钢混组合梁的无支架施工工艺进行合理改进，则对提高材料的利用效率以及实现钢混组合梁高效、便捷、绿色施工具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用竖直拉索施工钢混组合梁的方法，本发明方法施工便捷，可克服传统无支架施工钢混组合梁材料利用率偏低的缺点。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的采用竖直拉索施工钢混组合梁的方法，包括下述步骤：

第一步，按设计要求，预制每孔钢梁单元，并在钢梁翼缘上间隔设置多组临时吊片；

第二步，按照每孔钢梁单元的跨度，在架桥机上对应间隔设计多组拉索装置，每个拉索装置的拉索底部设置有与所述临时吊片相对应的吊扣；

第三步，将桥梁基础、桥墩施工完毕；架桥机行走至主桥第一孔，第一孔钢梁单元通过“梁上运梁”的方式运输至架桥机位置，采用临时提升设备将第一孔钢梁架设就位，此时钢梁翼缘上设置的吊片与所述架桥机上的拉索位置一一对应；

第四步，将架桥机上每个拉索底部的吊扣与钢梁翼缘上的吊片分别连接，拉索呈竖直状态，然后将拉索的索力张拉至一定值后锁定；安装预制混凝土桥面板；浇注桥面板湿接缝混凝土；

第五步，待桥面板湿接缝混凝土达到设计强度后，解除拉索与吊片的连接；

第六步，架桥机行走至主桥第二孔，预制的第二孔钢梁单元通过“梁上运梁”的方式运输至架机桥位置；

第七步，第二孔钢梁架设就位后，将第一、第二孔钢梁焊接或栓接，完成二孔钢梁“简支变连续”的体系转换；

第八步，将架桥机上的拉索与第二孔钢梁单元的吊片进行连接，同样将拉索索力张拉至一定数值后锁定；安装跨中区预制混凝土桥面板；浇注跨中区桥面板湿接缝混凝土与墩顶底板混凝土；

第九步，待现浇混凝土达到设计强度后，解除拉索与吊片的连接；安装墩顶负弯矩区预制混凝土桥面板，浇注墩顶负弯矩区桥面板湿接缝混凝土；

第十步，重复步骤六～九，完成整联桥梁的施工。

采用架桥机对钢梁进行整孔架设时，每孔钢梁单元适宜的跨度范围为30～120m。

本发明采用的拉索装置包括设置在架桥机上的电动绞车，所述拉索的上端与所述电动绞车的钢丝拉绳相固连。

所述临时提升设备包括沿架桥机横向行走的至少两组提升吊机以及由所述提升吊机带动升降的扁担梁吊架。

本发明施工方法中，第四步将架桥机上每个拉索底部的吊扣与钢梁翼缘上的吊片分别进行连接时，跨中区域的拉索呈竖直状态。

本发明施工方法与现有施工方法相比，其优点体现在：

1）本发明改变了传统钢混组合梁的施工方式，提高了钢材料的利用率，降低结构自重和工程造价；

2）本发明钢混组合梁的钢梁部分采用整孔架设，与传统分段制作的钢梁相比，施工效率得以提高；

3）采用临时提升设备将施工中的钢梁多点悬吊，能自由调节各个拉索的受力，有利于控制钢梁、混凝土桥面板的线型和受力状态；

4）利用架桥机配备的临时提升设备多点提升钢梁，架桥机***受力均匀，提高了架桥机的利用效率。

综上，本发明能提高传统无支架施工钢混组合梁的材料利用效率，无需增加特殊施工工序和施工机具设备，具有施工便捷等一系列优点，在大中跨径组合梁架设上具有广阔的应用前景。

附图说明

图1、图2是本发明施工方法中钢梁单元的结构图。

图3、图4是本发明施工方法中架桥机的结构图。

图5~图14是具体施工步骤图。

图15a~图15f、图15a'~图15f' 为本发明方法和传统无支架施工方法的施工阶段受力对比图。

具体实施方式

下面以七孔一联的钢混连续组合梁为例，对本发明的施工方法做更加详细的说明，其中每孔钢梁单元的跨度范围为30～120m较为适宜：

第一步，按设计要求，预制每孔钢梁单元1，并在钢梁翼缘101上间隔设置多个临时吊片102，钢梁单元1的结构如图1、图2所示；

第二步，按照每孔钢梁单元的跨度，在架桥机2的横梁上对应间隔设计多组拉索装置3，每个拉索装置3的拉索301底部设置有与临时吊片102相对应的吊扣302，同时，在架桥机2的横梁上还配备有临时提升设备，该临时提升设备为沿架桥机2横向行走的提升吊机4以及由提升吊机4带动升降的扁担梁吊架5，如图3、图4所示：

第三步，将桥梁基础、桥墩施工完毕；架桥机2行走至主桥第一孔，采用由提升吊机4带动的扁担梁吊架5和和运梁车6将第一孔的钢梁单元1运至架桥机位置：钢梁单元1通过“梁上运梁”的方式运输，如图5、图6所示，第一孔钢梁架设就位，如图7所示，此时钢梁单元翼缘上设置的临时吊片102与架桥机2上各拉索底部的吊扣302位置一一对应；

第四步，将架桥机2上每个拉索底部的吊扣302与钢梁单元1翼缘上的临时吊片102分别连接，连接后的拉索301呈竖直状态，如图8所示，然后将拉索301的索力张拉至设定值后锁定；安装预制混凝土桥面板7；浇注桥面板湿接缝混凝土；

第五步，待桥面板湿接缝混凝土达到设计强度后，解除拉索底部的吊扣302与钢梁单元1翼缘上的临时吊片102之间的连接，如图9所示；

第六步，架桥机2行走至主桥第二孔，预制的第二孔钢梁单元1’运至架机桥2位置，如图10所示；

第七步，第二孔钢梁单元1’架设就位后，将第一、第二孔钢梁单元焊接或栓接，完成二孔钢梁“简支变连续”的体系转换，如图11所示；

第八步，同样的，如第四步施工：将架桥机2上的拉索与第二孔钢梁单元1’的临时吊片进行连接，然后将拉索索力张拉至一定数值后锁定；安装跨中区预制混凝土桥面板；浇注跨中区桥面板湿接缝混凝土与墩顶底板混凝土，如图12所示；

第九步，待现浇混凝土达到设计强度后，解除拉索与临时吊片的连接；安装墩顶负弯矩区预制混凝土桥面板，浇注墩顶负弯矩区桥面板湿接缝混凝土，如图13所示；

第十步，重复步骤六～九，完成整联桥梁的施工，如图14所示。

实际施工时，第四步中将架桥机上每个拉索底部的吊扣与钢梁翼缘上的临时吊片分别进行连接时，跨中区域的拉索呈竖直状态。

本发明采用的拉索装置包括设置在架桥机上的电动绞车，拉索的上端与电动绞车的钢丝拉绳相固连，能对拉索施加设定的力并锁定。

下面对本发明钢混组合梁的施工方法进行原理性说明。为简单起见，以1孔简支钢混组合梁为例，对混凝土桥面板施工前后3个主要施工阶段进行对比说明：

本发明采用架桥机***整孔架设主梁以及将未形成组合桥面板的钢梁多点悬吊是与传统无支架施工的两个最大的不同点。下面对比一孔简支梁采用本发明施工方式和传统无支架施工时，主梁跨中断面的受力情况。

其中，假定跨径为3L，3个施工阶段中结构主要承受自重荷载，且均按照均布荷载考虑，钢梁自重，混凝土桥面板荷载集度分别为Q1、Q2。采用本发明施工方法时，中间吊点设为2个，吊点间距分别为L1、L2、L3（满足L1+L2+L3=L）。

假定上述参数3L=40m，L1=L3=12m，L2=16m，Q1=11.76kN/m，Q2=10.5kN/m，主要计算结果见下表1和附图15：

表1 主要计算结果对比 (单位：MPa)

其中：图15a、图15b为本发明施工方法中钢梁单元至预定位置时的弯矩图和跨中断面应力图；图15a'、图15b'为传统无支架施工方法中钢梁单元至预定位置时的弯矩图和跨中断面应力图；

图15c、图15d为本发明施工方法中施工混凝土桥面板且未形成组合结构时的弯矩图和跨中断面应力图；图15c'、图15d'为传统无支架施工方法中施工混凝土桥面板且未形成组合结构时的弯矩图和跨中断面应力图；

图15e、图15f为本发明施工方法中形成组合结构且解除拉索与吊片的连接后组合桥面板的弯矩图和跨中断面应力图；图15e'、图15f'为传统无支架施工方法中形成组合结构后组合桥面板的弯矩图和跨中断面应力图。

图中各参数说明如下：

一孔桥梁的跨径为3L；h₁为钢梁的形心轴高度；h₂为组合梁的形心轴高度；纯钢梁上顶面应力；纯钢梁梁下底面应力；铺设混凝土桥面板形成组合梁之前钢梁上顶面应力；铺设混凝土桥面板形成组合梁之前钢梁梁下底面应力；混凝土上顶面的中间受力状态，等效为荷载作用下组合梁的混凝土上顶面应力；钢梁下底面的中间受力状态，等效为荷载作用下组合梁的钢梁下底面的应力；最终状态时混凝土的下底面应力；最终状态时钢梁的上顶面应力；对于采用传统支架施工方式的其余参数的含义可类比。

其中，上述参数满足：

h₁< h₂

上述计算结果表明：

1）采用本发明施工方法能同时改善钢梁受力，尤其在施工过程中，能大大减小其应力水平，其中跨中截面钢梁最大拉应力降低94%左右；

2）最终成桥状态下，跨中截面钢梁的最大拉应力水平较传统无支架施工的低23%左右，上缘混凝土最大压应力大55%左右，结构受力更有利。

综上，采用本发明方法能提高材料的利用指标，同时能改善钢梁和混凝土桥面板的受力，无需增加特殊施工工序和施工机具设备，具有施工便捷等一系列优点。

Claims (4)

1.一种采用竖直拉索施工钢混组合梁的方法，其特征在于：包括下述步骤：

第一步，按设计要求，预制每孔钢梁单元，并在钢梁翼缘上间隔设置多组临时吊片；

第二步，按照每孔钢梁单元的跨度，在架桥机上对应间隔设计多组拉索装置，每个拉索装置的拉索底部设置有与所述临时吊片相对应的吊扣；

第三步，将桥梁基础、桥墩施工完毕；架桥机行走至主桥第一孔，第一孔钢梁单元通过“梁上运梁”的方式运输至架桥机位置，采用临时提升设备将第一孔钢梁架设就位，此时钢梁翼缘上设置的吊片与所述架桥机上的拉索位置一一对应；

第四步，将架桥机上每个拉索底部的吊扣与钢梁翼缘上的吊片分别连接，拉索呈竖直状态，然后将拉索的索力张拉至一定值后锁定；安装预制混凝土桥面板；浇注桥面板湿接缝混凝土；

第五步，待桥面板湿接缝混凝土达到设计强度后，解除拉索与吊片的连接；

第六步，架桥机行走至主桥第二孔，预制的第二孔钢梁单元通过“梁上运梁”的方式运输至架机桥位置；

第七步，第二孔钢梁架设就位后，将第一、第二孔钢梁焊接或栓接，完成二孔钢梁“简支变连续”的体系转换；

第八步，将架桥机上的拉索与第二孔钢梁单元的吊片进行连接，同样将拉索索力张拉至一定数值后锁定；安装跨中区预制混凝土桥面板；浇注跨中区桥面板湿接缝混凝土与墩顶底板混凝土；

第九步，待现浇混凝土达到设计强度后，解除拉索与吊片的连接；安装墩顶负弯矩区预制混凝土桥面板，浇注墩顶负弯矩区桥面板湿接缝混凝土；

第十步，重复步骤六～九，完成整联桥梁的施工。

2.根据权利要求1所述的采用竖直拉索施工钢混组合梁的方法，其特征在于：所述每孔钢梁单元的跨度范围为30～120m。

3.根据权利要求1所述的采用竖直拉索施工钢混组合梁的方法，其特征在于：所述拉索装置包括设置在架桥机上的电动绞车，所述拉索的上端与所述电动绞车的钢丝拉绳相固连。

4.根据权利要求1所述的采用竖直拉索施工钢混组合梁的方法，其特征在于：所述临时提升设备包括沿架桥机横向行走的至少两组提升吊机以及由所述提升吊机带动升降的扁担梁吊架。