CN109056496B - 一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，其特征在于，包括多个桥墩(8)以及在工厂内预制各梁段吊装单元，包括边跨大节段整体吊装单元(1)、第一主跨大节段吊装单元(2)、第二主跨大节段吊装单元(3)以及墩顶小节段整体吊装单元(4)，合龙段单元(5)连接在自重作用下存在初始曲率的各所述梁段吊装单元，为保证桥梁使用时线形的平顺，各梁段厂内设置预拱度抵消初始曲率。大幅度降低了恒载状态墩顶负弯矩，部分墩顶结构内力转移至跨中区段，使得全桥结构受力均匀。本发明还公开了一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥的施工方法，施工过程调整成桥结构内力，充分发挥了截面的受力性能，提高了钢桁连续梁桥的经济性能。

Description

一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥及施工方法

技术领域

本发明属于桥梁施工技术领域，更具体地，涉及一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥及施工方法。

背景技术

钢桁连续梁桥是一种跨越能力较大，经济性能较优的桥型，目前在各类桥梁中获得广泛运用。

当跨度要求较大时，钢桁连续梁桥存在的技术难题主要有以下几个方面：第一、成桥恒载作用下，超大跨度钢桁连续梁桥的墩顶位置负弯矩过大，而跨中截面的正弯矩较小，桥梁恒载内力分布不均匀，墩顶截面应力状态控制设计，而跨中截面利用率较低。采用常规的无应力状态法设计及施工时，桥梁恒载内力分布状态始终没得到改善，通过增加桁高及改变截面尺寸的方式来适应恒载内力状态，所带来的经济效益较差，且过高的桁架高度的桥梁美学性能较差。因此，需要从调整大跨度钢桁连续梁桥的结构内力状态出发，且增设相应的构造措施，从根本上改善结构内力。第二、对于跨度要求较大且水深较深的桥位，常规施工方法中的顶推施工法难以实现，而散拼拼装的施工方法存在工作量大、施工操作不方便等问题。因此，施工方案是影响超大跨度钢桁连续梁桥的重要因素，需要寻求高效、经济、高精度的施工方法。

因此，针对超大跨度钢桁连续梁桥所存在的一系列技术问题，超大跨度钢桁连续梁桥设计中需要从根本上改善大跨度钢桁连续梁桥的结构内力状态，在满足受力安全、经济性良好的基础上，提高桥梁的跨越能力。并且，需要寻求适用于超大跨度钢桁连续梁桥的高效、经济、高精度的施工方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，采用工厂预制的具有预拱度的各梁段吊装单元，包括边跨大节段整体吊装单元、第一主跨大节段吊装单元、第二主跨大节段吊装单元、墩顶小节段整体吊装单元，各单元在桥墩上，在简支状态下受自重作用产生初始曲率，由提前设置的预拱度抵消初始变形，变回梁段设计线形，从而保证桥梁使用时线形的平顺，大幅度降低了恒载状态墩顶负弯矩，部分墩顶结构内力转移至跨中区段，使得全桥结构受力均匀。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，包括多个桥墩，在工厂内预制具有预拱度的各梁段吊装单元，包括边跨大节段整体吊装单元、第一主跨大节段吊装单元、第二主跨大节段吊装单元以及墩顶小节段整体吊装单元，其中：

所述墩顶小节段整体吊装单元设于除两端两个所述桥墩以外的其他所述桥墩上；

两端的所述边跨大节段整体吊装单元分别通过所述合龙段单元与相对应的所述墩顶小节段整体吊装单元相连；所述墩顶小节段整体吊装的单元再通过所述合龙段单元与所述一主跨大节段吊装单元相连，其与所述第二主跨大节段吊装单元，通过所述合龙段单元与所述墩顶小节段整体吊装单元连接，所述第二主跨大节段吊装单元和下一段主跨大节段吊装单元再通过所述合龙段单元与下一段所述墩顶小节段整体吊装单元连接；

合龙段单元连接在自重作用下存在初始曲率的各所述梁段吊装单元，各所述梁段吊装单元设置预拱度抵消初始变形，使得墩顶结构部分内力转移至跨中区段。

进一步地，所述合龙段单元，包括合龙段上弦杆、合龙段腹杆以及合龙段下弦杆，相邻吊装的两个所述梁段吊装单元之间的上杆连接构成合龙段上弦杆，相邻吊装的两个所述梁段吊装单元之间的腹杆连接构成合龙段腹杆，以及相邻吊装的两个所述梁段吊装单元之间的下弦杆连接构成合龙段下弦杆。

进一步地，所述合龙段上弦杆、合龙段腹杆以及合龙段下弦杆之间采用栓接或者现场焊接形式进行连接。

进一步地，当合龙段上弦杆、合龙段腹杆以及合龙段下弦杆之间采用栓接时，采用长圆形螺栓孔。

进一步地，所述桥墩上方采用整体焊接形式增设墩顶处下加劲构件。

进一步地，所述墩顶处下加劲构件根据受力的需要设置两个节间长度，或者四个及以上的节间长度。

进一步地，所述连续梁桥还设置有斜撑用于将公路桥面小纵梁与下弦杆相连接。

按照本发明的另一个方面，提供一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥施工方法，用于修造有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，其特征在于，包括如下步骤：

S1：施工基础以及桥墩，并且在所述桥墩处搭设支架，利用大型船舶完成各个所述墩顶小节段整体吊装的单元的吊装；

S2：利用大型船舶依次吊装在工厂预制的具有预拱度的所述边跨大节段整体吊装单元、第一主跨大节段吊装单元、第二主跨大节段吊装单元以及其他主跨大节段吊装单元和另一端所述边跨大节段整体吊装单元；

S3：各所述梁段吊装单元在简支状态下受自重作用，由提前设置的预拱度抵消初始变形，变回梁段设计线形，通过精确模拟施工过程计算得到合龙段构件长度及连接构造尺寸，将上述具有初始曲率的各个所述梁段吊装单元与所述墩顶小节段整体吊装单元之间两端采用栓接或者现场焊接形式进行合龙施工，当采用栓接时可采用长圆形螺栓孔；

S4：进行二期及附属结构施工，拆除所述桥墩旁支架。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，采用工厂预制的具有预拱度的各梁段吊装单元，包括边跨大节段整体吊装单元、第一主跨大节段吊装单元、第二主跨大节段吊装单元、墩顶小节段整体吊装单元，各单元在桥墩上，在简支状态下受自重作用产生初始曲率，由提前设置的预拱度抵消初始变形，变回梁段设计线形，从而保证桥梁使用时线形的平顺。通过上述操作，大幅度降低了恒载状态墩顶负弯矩，部分墩顶结构内力转移至跨中区段，使得全桥结构受力均匀。

(2)本发明的有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，合龙段单元包括合龙段上弦杆、合龙段腹杆以及合龙段下弦杆，用于将其他各梁段吊装单元连接起来，利用精确模拟施工过程计算得到的合龙段构件长度及连接构造尺寸，将其他吊装单元之间两端采用栓接或者现场焊接形式进行连接，使得各梁段吊装单元首尾相连，整体平整。

(3)本发明的有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，在桥墩上方采用整体焊接形式增设墩顶处下加劲构件，用于进一步提高跨越能力，下加劲结构可根据受力的需要，设置两个节间长度，或者四个及以上的节间长度。加劲构件的设置大幅度提高了墩顶区段加劲梁的抗弯刚度，降低了墩顶区段结构的应力状态，进一步提高了结构的跨越能力。并且构件加工工厂化程度高、精度高,施工快速便捷。

(4)有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥连续梁桥施工方法，各梁段在工厂预制时设置一定的预拱度，采用了“具有初始曲率”的合龙状态，利用大型船舶将墩顶小节段整体吊装单元、边跨大节段整体吊装单元、第一主跨大节段吊装单元以及第二主跨大节段吊装单元依次吊装后，通过厂内提前设置预拱度抵消初始变形，从而保证桥梁使用时线形的平顺，再进行合龙施工，本发明采用了桥梁结构的设计与施工方案相结合的方法，利用施工过程调整成桥结构内力，充分发挥了截面的受力性能，提高了钢桁连续梁桥的经济性能。

附图说明

图1为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的总体布置示意图；

图2为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的桥梁结构图；

图3为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的桥梁合龙段横断面布置图；

图4为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的合龙前墩顶主梁结构图；

图5为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的吊装墩顶小节段单元示意图；

图6为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的吊装主跨大节段单元示意图；

图7为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的合龙施工完成示意图；

图8为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的合龙前梁段各曲率线形关系示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-边跨大节段整体吊装单元、2-第一主跨大节段吊装单元、3-第二主跨大节段吊装单元、4-墩顶小节段整体吊装单元、5-合龙段单元、501-合龙段上弦杆、502-合龙段腹杆、503-合龙段下弦杆、6-墩顶处下加劲构件、7-斜撑、8-桥墩、9-梁段简支状态自重线形、10-梁段工厂制作线形、11-梁段设计线形。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的总体布置示意图。如图1所示，一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥包括：边跨大节段整体吊装单元1、第一主跨大节段吊装单元2、第二主跨大节段吊装单元3、墩顶小节段整体吊装单元4、合龙段单元5，连续梁桥各个吊装单元均在工厂预制并且设置预拱度，连续梁桥设置多个桥墩8，中间的桥墩上方设有墩顶小节段整体吊装单元4，连续梁桥两端设置边跨大节段整体吊装单元1，两端的边跨大节段整体吊装单元1分别通过合龙段单元5与相对应的墩顶小节段整体吊装单元4相连，墩顶小节段整体吊装的单元4再通过合龙段单元5与第一主跨大节段吊装单元2相连，第一主跨大节段吊装单元2和第二主跨大节段吊装单元3，通过合龙段单元5与墩顶小节段整体吊装单元4连接，第二主跨大节段吊装单元3和下一段主跨大节段吊装单元再通过合龙段单元5与下一段墩顶小节段整体吊装单元4连接。本发明采用了“有初始曲率”的合龙状态，充分的调节了超大跨度钢桁连续梁桥的恒载内力状态，大幅度的缓解了恒载状态墩顶负弯矩过大的情况，将墩顶加劲梁部分内力转移至跨中区段，使得全桥内力趋于均匀，大幅度的提高了结构的跨越能力，经济跨度单孔可达200m及以上。

图2为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的桥梁结构图；图3为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的桥梁合龙段横断面布置图。如图2和图3所示，合龙段单元5，包括501-合龙段上弦杆、502-合龙段腹杆以及503-合龙段下弦杆。通过精确模拟施工过程计算得到合龙段构件长度及连接构造尺寸，将边跨大节段整体吊装单元1与墩顶小节段整体吊装单元4之间两端采用栓接或者现场焊接形式进行连接，当采用栓接时可采用长圆形螺栓孔。由图3可以看出，连续梁桥还设置有斜撑7用于将公路桥面小纵梁与下弦杆相连接。

进一步地，在桥墩上方采用整体焊接形式增设墩顶处下加劲构件6，用于进一步提高跨越能力，下加劲结构可根据受力的需要，设置两个节间长度，或者四个及以上的节间长度。加劲构件6的设置大幅度提高了墩顶区段加劲梁的抗弯刚度，降低了墩顶区段结构的应力状态，进一步提高了结构的跨越能力。并且构件加工工厂化程度高、精度高,施工快速便捷。

图4为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的合龙前墩顶主梁结构图，图4为图6中A区域局部放大图。图8为本发明实施例涉及的合龙前梁段各曲率线形关系示意图。结合图8，边跨大节段整体吊装单元1、墩顶小节段整体吊装的单元4以及第一主跨大节段吊装单元2在预制时，制成拱形的梁段工厂制作线形10，在简支状态下，受自重作用，再以此变形为梁段设计线形11，进行各梁段之间的合龙施工。若采用无应力状态施工法施工，恒载状态墩顶负弯矩过大，全桥内力不均匀。

图5为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的吊装墩顶小节段单元示意图。如图5所示，间隔一定距离设置桥墩8，并且中间的桥墩8上进行墩顶小节段整体吊装单元4的施工。

图6为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的吊装主跨大节段单元示意图。如图6所示，桥墩8以及墩顶小节段整体吊装单元4施工完成后，进行各梁段吊装单元的施工，施工过程中在桥墩8搭设支架，利用大型船舶吊装各个边跨大节段整体吊装单元1、墩顶小节段整体吊装单元4以及各个主跨大节段吊装单元，吊装单元临时支撑在支架支座上。

图7为本发明实施例一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥涉及的合龙施工完成示意图。施工过程中在墩旁搭设支架，利用大型船舶吊装完成各个梁段吊装单元，吊装单元临时支撑在支架支座上，吊装单元在简支状态下受自重作用，再以此初始曲率为基础进行合龙施工。通过厂内提前设置预拱度抵消初始变形，从而保证桥梁使用时线形的平顺。通过以上施工过程，大幅度降低了恒载状态墩顶负弯矩，部分墩顶结构内力转移至跨中区段，使得全桥结构受力均匀。该施工过程快速便捷。

一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，其施工方法按照如下步骤：

S1：施工基础以及桥墩8，并且在桥墩8搭设支架，利用大型船舶完成各个墩顶小节段整体吊装的单元4的吊装；

S2：利用大型船舶依次吊装在工厂预制的具有预拱度的边跨大节段整体吊装单元1、第一主跨大节段吊装单元2、第二主跨大节段吊装单元3、以及其他主跨大节段吊装单元和另一端边跨大节段整体吊装单元1；

S3：梁段吊装单元在简支状态下受自重作用，由提前设置的预拱度抵消初始变形，变回梁段设计线形11，通过精确模拟施工过程计算得到合龙段构件长度及连接构造尺寸，将上述具有初始曲率的各个梁段吊装单元与墩顶小节段整体吊装单元4之间两端采用栓接或者现场焊接形式进行合龙施工，当采用栓接时可采用长圆形螺栓孔；

S4：进行二期及附属结构施工，拆除桥墩8旁支架。

本发明采用了桥梁结构的设计与施工方案相结合的方法，利用施工过程调整成桥结构内力，有效的解决了超大跨度钢桁连续梁桥的经济性及结构受力的技术难题，避免了采用无应力状态法通过单一的调整桁架高度及结构截面等方式所导致的经济性较差的问题。本发明采用了桥梁结构的设计与施工方案相结合的方法，利用施工过程调整成桥结构内力，充分发挥了截面的受力性能，提高了钢桁连续梁桥的经济性能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，包括多个桥墩(8)，其特征在于，在工厂内预制具有预拱度的各梁段吊装单元，包括边跨大节段整体吊装单元(1)、第一主跨大节段吊装单元(2)、第二主跨大节段吊装单元(3)以及墩顶小节段整体吊装单元(4)，其中：

所述墩顶小节段整体吊装单元(4)设于除两端两个所述桥墩(8)以外的其他所述桥墩(8)上；

两端的所述边跨大节段整体吊装单元(1)分别通过合龙段单元(5)与相对应的所述墩顶小节段整体吊装单元(4)相连；所述墩顶小节段整体吊装的单元(4)再通过所述合龙段单元(5)与所述一主跨大节段吊装单元(2)相连，其与所述第二主跨大节段吊装单元(3)，通过所述合龙段单元(5)与所述墩顶小节段整体吊装单元(4)连接，所述第二主跨大节段吊装单元(3)和下一段主跨大节段吊装单元再通过所述合龙段单元(5)与下一段所述墩顶小节段整体吊装单元(4)连接；合龙段单元(5)连接在自重作用下存在初始曲率的各所述梁段吊装单元，各所述梁段吊装单元设置预拱度抵消初始变形，使得墩顶结构部分内力转移至跨中区段。

2.根据权利要求1所述的一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，其特征在于，所述合龙段单元(5)，包括合龙段上弦杆(501)、合龙段腹杆(502)以及合龙段下弦杆(503)，相邻吊装的两个所述梁段吊装单元之间的上杆连接构成合龙段上弦杆(501)，相邻吊装的两个所述梁段吊装单元之间的腹杆连接构成合龙段腹杆(502)，以及相邻吊装的两个所述梁段吊装单元之间的下弦杆连接构成合龙段下弦杆(503)。

3.根据权利要求2所述的一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，其特征在于，所述合龙段上弦杆(501)、合龙段腹杆(502)以及合龙段下弦杆(503)之间采用栓接或者现场焊接形式进行连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，其特征在于，当合龙段上弦杆(501)、合龙段腹杆(502)以及合龙段下弦杆(503)之间采用栓接时，采用长圆形螺栓孔。

5.根据权利要求1所述的一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，其特征在于，所述桥墩(8)上方采用整体焊接形式增设墩顶处下加劲构件(6)。

6.根据权利要求5所述的一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，其特征在于，所述墩顶处下加劲构件(6)根据受力的需要设置两个节间长度，或者四个及以上的节间长度。

7.根据权利要求2所述的一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，其特征在于，所述连续梁桥还设置有斜撑(7)用于将公路桥面小纵梁与下弦杆相连接。

8.一种有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥施工方法，用于修造如权利要求1-7所述的有初始曲率的超大跨度钢桁连续梁桥，其特征在于，包括如下步骤；

S1：施工基础以及桥墩(8)，并且在所述桥墩(8)处搭设支架，利用大型船舶完成各个所述墩顶小节段整体吊装的单元(4)的吊装；

S2：利用大型船舶依次吊装在工厂预制的具有预拱度的所述边跨大节段整体吊装单元(1)、第一主跨大节段吊装单元(2)、第二主跨大节段吊装单元(3)以及其他主跨大节段吊装单元和另一端所述边跨大节段整体吊装单元(1)；

S3：各所述梁段吊装单元在简支状态下受自重作用，由提前设置的预拱度抵消初始变形，变回梁段设计线形(11)，通过精确模拟施工过程计算得到合龙段构件长度及连接构造尺寸，将上述具有初始曲率的各个所述梁段吊装单元与所述墩顶小节段整体吊装单元(4)之间两端采用栓接或者现场焊接形式进行合龙施工，当采用栓接时可采用长圆形螺栓孔；

S4：进行二期及附属结构施工，拆除所述桥墩(8)旁支架。