CN112084561A - 一种顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法，包括：S1、根据现场钢导梁的定位坐标进行推算首节段控制点的坐标，基于首节段控制点的坐标完成首节段的安装及顶推；S2、设当前节段的序号n＝2；S3、根据第n‑1节段的控制点的坐标，基于无应力状态法理论，结合钢梁制造线形，计算当前节段的定位高程坐标指令值，基于定位高程坐标指令值完成当前节段的安装及顶推；S4、若n等于N，结束施工控制，N表示总节段数；若n小于N，将n的值加1后返回执行步骤S3。本发明结合无应力状态法理论，获取顶推施工中各钢梁节段控制点安装高程理论值，能够为钢梁节段定位、安装提供依据，实现了顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥的施工控制。

Description

一种顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工领域，具体涉及一种顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法。

背景技术

随着中国钢材产量的提高，以及钢结构加工与制造技术的发展，钢桥的建造数量逐年增加。其中钢箱梁因其抗扭性能好、寿命长、能耗低、施工速度快等优点受到越来越多桥梁工程师的青睐和关注。为了跨越铁路、高速路和城市道路，钢箱梁桥的施工过程要求在不能影响桥下通行的条件下实施，此时顶推就是最好的选择，顶推技术不仅节省施工用地，还可工厂化制作，能保证构件质量，而且可以减少人力物力投入，同时可以缩短工期。

顶推施工技术发展大致经历了以下几个关键阶段。1959年，德国的Leonhardt和Ball professor博士首次将顶推技术应用于一座PC连续梁结构(Ager桥)，从此顶推技术陆续出现在了世界各国桥梁建设中。1983年，Zellner Wilhelm提出了混凝土桥梁施工的一种新方法—顶推施工法，可有效节约桥梁施工成本，并且增强了预制拼装混凝土桥梁较现浇混凝土桥梁的优势。2000年，韦福堂等学者在连续顶进的顶推方法上研究了自动化控制***。2004年，法国米约大桥采用了双向楔进式顶推，跨中合龙的方法施工，成为世界桥梁顶推施工技术发展历史上的一座里程碑。

对于大跨度桥梁施工，采用顶推法施工必须保证施工过程中应力、线形可控，成桥受力状态合理、线形符合设计要求。因此顶推法施工的大跨桥梁，施工过程控制就显得尤其必要。2008年，李传习等学者结合ANSYS有限元软件和Matlab软件，对顶推施工过程进行精细化仿真数值模拟，得到优化后临时墩的高程调整方案，可有效改善钢箱梁后临时墩的受力状态。2011年，Jung K H等学者以Ilsum桥为依托，将顶推施工法用于波纹钢腹板桥梁，详细分析了波纹钢腹板在顶推过程中的剪应力，对钢导梁设计进行深化，提出了顶推施工的安全问题。2015年，巫正伟分析了小半径、大纵坡的钢箱梁跨线顶推施工监控的特、难点，提出了顶推施工监控中钢箱梁变形量和横向偏移量监测评定的方法，并进行工程实践。2017年，屈云峰对顶推施工过程做仿真分析，运用“一次落架”与“强迫位移”方法来实现对变曲率钢箱梁顶推过程梁底与墩顶高差的模拟。2018年，T.Andres Sanchez等学者通过现场实测结果与分析模型相比较，能较好的预测顶推施工架设的工字形钢梁中集中力、剪力和弯矩的共同作用。

综上所述，现有的研究都偏于大桥顶推施工过程理论计算分析，或优化顶推施工方案，或聚焦顶推施工临时结构—钢导梁优化设计。现有技术中并未涉及顶推桥梁施工控制方法，无法指导施工控制工作。

因此，本发明针对顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥，结合无应力状态法理论，获取顶推施工中各钢梁节段控制点安装高程理论值，能够为钢梁节段定位、安装提供依据，实现了顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥的施工控制。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明实际需要解决的问题是：实现顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥的施工控制。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法，包括：

S1、根据现场钢导梁的定位坐标进行推算首节段控制点的坐标，基于首节段控制点的坐标完成首节段的安装及顶推；

S2、设当前节段的序号n＝2；

S3、根据第n-1节段的控制点的坐标，基于无应力状态法理论，结合钢梁制造线形，计算当前节段的定位高程坐标指令值，基于定位高程坐标指令值完成当前节段的安装及顶推；

S4、若n等于N，结束施工控制，N表示总节段数；若n小于N，将n的值加1后返回执行步骤S3。

优选地，第n节段的定位高程坐标指令值

及

按下式计算：

式中，i＝1,2,3，

及

分别表示第n节段YQ_n上对应的控制点Xi和Si的定位高程坐标指令值，YQ_n-xi表示第n节段YQ_n下游侧边腹板中心线与第i道横隔板交点钢梁顶缘的控制点Xi，YQ_n-si表示第n节段YQ_n上游侧边腹板中心线与第i道横隔板交点钢梁顶缘的控制点Si；b_c表示桥梁中心线处混凝土桥面板厚度；l_csi表示第i道横隔板上，桥面中心线到边腹板中心线的水平距离；i_h表示桥面横坡；b_s表示边腹板处混凝土桥面板厚度；

表示第n节段YQ_n第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘的高程；

式中，l表示相邻两道横隔板间距；α，β，γ，θ分别表示梁段在梁段中心线处钢梁顶缘制造线形所对应的相对理论高程位置时，各道横隔板处与水平面间的夹角；α'，β'，γ'，θ'分别表示梁段在绝对安装高程位置时，各道横隔板处与水平面间的夹角；

表示第n节段YQ_n第j道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘高程，j＝1,3；

表示第n-1节段YQ_n-1第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘制造线形所对应的相对理论高程值；

表示第n节段YQ_n第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘制造线形所对应的相对理论高程值。

优选地，第n节段完成安装和顶推后，还包括：

基于下式计算相对高差偏差值Δε，

式中，ε表示相对高差理论值，ε'表示相对高差实测值，

表示YQ_n安装焊接完成后，YQ_n梁段上Xi、Si控制点高程测量值；

表示YQ_n安装焊接完成后，YQ_n-1梁段上X3、S3控制点高程测量值；

基于下式计算上下游侧高差，

式中，h_sxi表示第i道横隔板处上下游高差值；

基于下式计算第n节段第i道横隔板处的轴线偏差值d_i，

式中，k为中间参数，

及

表示第n节段YQ_n上对应的控制点Xi的平面坐标，

及

表示第n节段YQ_n上对应的控制点Si的平面坐标；

若相对高差偏差值、上下游侧高差或轴线偏差值中的任意一项或多项超过预设阈值，则停工并进行修正。

优选地，在施工过程中，典型工况下，完成部分节段的安装和顶推后，还包括：

基于下式计算标准化实测相对线形与标准化理论相对线形差值

式中，

表示YQ_n节段第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘实测高程值；

表示YQ_m节段第I道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘实测高程值；

表示各横隔板理论相对线形高程值

表示YQ_m节段第I道横隔板理论相对线形高程值，m≠n，I＝1,2,3；

表示标准化实测相对线形，

表示标准化理论相对线形；

基于下式计算实测相对线形高程值，

式中，

表示YQ_n节段第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘实测高程值。

基于下式计算既有安装梁段理论相对线形高程值，

Z＝z+f_yg+i_z+h

式中，z表示有限元模型中已安装节段所有横隔板对应节点处的累计竖向位移量；f_yg表示预拱度；i_z表示桥面纵坡；h表示钢梁梁高；

若标准化实测相对线形与标准化理论相对线形差值

超过预设阈值，则停工并进行修正。

综上所述，本发明公开了一种顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法，包括：S1、根据现场钢导梁的定位坐标进行推算首节段控制点的坐标，基于首节段控制点的坐标完成首节段的安装及顶推；S2、设当前节段的序号n＝2；S3、根据第n-1节段的控制点的坐标，基于无应力状态法理论，结合钢梁制造线形，计算当前节段的定位高程坐标指令值，基于定位高程坐标指令值完成当前节段的安装及顶推；S4、若n等于N，结束施工控制，N表示总节段数；若n小于N，将n的值加1后返回执行步骤S3。本发明针对顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥，结合无应力状态法理论，获取顶推施工中各钢梁节段控制点安装高程理论值，能够为钢梁节段定位、安装提供依据，实现了顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥的施工控制。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明公开的一种顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法的流程图；

图2为YQ₁控制点布置图；

图3为YQ_n控制点布置图；

图4为空间位置夹角变化图；

图5为引桥钢梁断面参数图；

图6为一具体桥梁的引桥桥跨立面布置图；

图7为图6桥梁对应的引桥标准断面布置图；

图8为图6桥梁对应的顶推施工立面布置图；

图9为图6桥梁对应的钢梁顶推施工工艺流程图；

图10为图6桥梁的全桥有限元模型；

图11为图6桥梁的成桥阶段静活载下主梁挠度图；

图12为图6桥梁的施工阶段最大应力图；

图13为图6桥梁的引桥主梁预拱度示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明公开了一种顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法，包括：

S1、根据现场钢导梁的定位坐标进行推算首节段控制点的坐标，基于首节段控制点的坐标完成首节段的安装及顶推；

S2、设当前节段的序号n＝2；

S3、根据第n-1节段的控制点的坐标，基于无应力状态法理论，结合钢梁制造线形，计算当前节段的定位高程坐标指令值，基于定位高程坐标指令值完成当前节段的安装及顶推；

S4、若n等于N，结束施工控制，N表示总节段数；若n小于N，将n的值加1后返回执行步骤S3。

本发明中，除首节段外，后续每一节段在安装及顶推之前，可先根据前一节段的定位点坐标，计算出当前节段的定位高程坐标指令值，再根据当前节段的定位高程坐标指令值完成安装和顶推，实现了顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥的施工控制。

在分阶段顶推施工过程中，首节段安装定位控制点坐标是根据现场钢导梁的定位坐标进行推算得来，且首节段只提供平面位置坐标，对平面位置进行定位控制，在竖向高程方向不做定位控制要求。另外，考虑到桥梁平曲线的因素，在首节段的梁段中心线与桥梁中心线间有一特定夹角进行过渡。首节段YQ₁安装完成后，钢梁中线的允许偏差控制在10mm以内，且YQ₁梁段顶面上下游相对高差控制在2mm以内。YQ₁控制点布置图如图2所示。

首节段安装完成并且顶推到位后，2号节段及后续节段控制点安装标高的计算则需要根据前一节段控制点空间位置坐标，基于无应力状态法理论，结合钢梁制造线形、开展数学公式推导，进行坐标换算。YQ₂以及后续节段均只对竖向高程进行定位控制，平面位置坐标不再进行定位控制，平面位置以待安装节段腹板与前一节段腹板对齐为准。

YQ_n控制点布置图如图3所示，图中HG₁、HG₃、HG₁、HG₂、HG₃分别表示YQ_n-1第1、3道横隔板及YQ_n第1、2、3道横隔板的编号；测点(定位点)SZ1、SZ2、SZ3表示该梁段上游侧中腹板中心线与第1、2、3道横隔板交点钢梁顶缘的测点；测点XZ1、XZ2、XZ3表示下游侧中腹板中心线与第1、2、3道横隔板交点钢梁顶缘测点。

计算YQ₂及后续节段的高程坐标，需对前一梁段SZ1、SZ3、XZ1、XZ3测点进行坐标测量，计算得到下一节段边腹板测点定位高程坐标。为了控制测量误差，可进行3次坐标测量取均值作为最终测量值。

如图4所示，ABCDE五点依次代表YQ_n-1第1、3道横隔板及YQ_n第1、2、3道横隔板，对应图3中的HG₁、HG₃、HG₁、HG₂、HG₃。

当梁段中心线处钢梁顶缘由制造线形所对应的相对理论高程位置ABCDE移动到绝对安装高程位置A′B′C′D′E′时，参照无应力状态法基本理论，可以利用夹角间的几何关系，推导出数学公式，根据前一道横隔板高程计算出符合制造线形的后一道横隔板高程数据。因此测得A′B′点(YQ_n-1)的高程坐标后可求得α'，再根据钢梁制造线形计算出α，β，γ，θ，带入坐标公式可求得未知点C′D′E′(YQ_n)的高程坐标。因此，则有

式中

表示YQ_n-1节段钢梁XZj测点处高程；

表示节段钢梁SZj测点处高程；

根据梁段制造线形，各道横隔板与水平方向的夹角为，

因此，根据几何关系，当YQ_n-1的水平夹角由α旋转至α'时，后续几道横隔板的水平夹角则分别变换为β'，γ'，θ'。

根据梁段构造情况，钢梁顶缘横桥向方向上，由中腹板中心线处到桥梁中心线处无横坡，因此以上下游侧中腹板处测点高程均值作为桥梁中心线处的高程。

因此，具体实施时，第n节段的定位高程坐标指令值

及

按下式计算：

式中，i＝1,2,3，

及

分别表示第n节段YQ_n上对应的控制点Xi和Si的定位高程坐标指令值，YQ_n-xi表示第n节段YQ_n下游侧边腹板中心线与第i道横隔板交点钢梁顶缘的控制点Xi，YQ_n-si表示第n节段YQ_n上游侧边腹板中心线与第i道横隔板交点钢梁顶缘的控制点Si；b_c表示桥梁中心线处混凝土桥面板厚度；l_csi表示第i道横隔板上，桥面中心线到边腹板中心线的水平距离；i_h表示桥面横坡；b_s表示边腹板处混凝土桥面板厚度；

表示第n节段YQ_n第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘的高程；

式中，l表示相邻两道横隔板间距；α，β，γ，θ分别表示梁段在梁段中心线处钢梁顶缘制造线形所对应的相对理论高程位置时，各道横隔板处与水平面间的夹角；α'，β'，γ'，θ'分别表示梁段在绝对安装高程位置时，各道横隔板处与水平面间的夹角；

表示第n节段YQ_n第j道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘高程，j＝1,3；

表示第n-1节段YQ_n-1第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘制造线形所对应的相对理论高程值；

表示第n节段YQ_n第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘制造线形所对应的相对理论高程值。当计算出后一节段各道横隔板上桥面中心线处钢梁顶缘的高程后，再根据引桥钢梁断面图中的横坡、桥宽、混凝土板厚度等参数，计算出边腹板测点的高程坐标，引桥钢梁断面参数图如图5所示。

为确保上述坐标转换解析表达式的正确性，可利用AutoCAD对其进行验证。首先，以

为y坐标，实测YQ_n-1梁段第1、3道横隔板在水平投影下的距离为x坐标，绘出实测梁段位置线L1；再以YQ_n-1、YQ_n梁段制造线形所对应理论高程为y坐标，里程桩号距离为x坐标，绘出理论梁段位置线L2；接着利用平移、旋转命令将L2上YQ_n-1段与L1对齐；最后，提取出此时L2上YQ_n梁段各道横隔板处y坐标，即为该道横隔板处桥梁中心线上高程，与坐标转换公式求得

进行比对验证正确性。

在本发明中，当每个节段定位安装以及焊接完成后，还可对该节段的安装定位质量进行评价。评价某一节段时，需在前一节段顶推到位后，采集前一节段边腹板上各测点位置坐标；随后在当前节段焊接安装完成后再次采集前一节段边腹板上各测点位置坐标，以及当前节段边腹板上各测点位置坐标。

线形评价分为以下几个方面：

竖向线形

竖向线形的评价采用对比实测与理论相对高程差值大小进行评价，相对高差偏差值可控制在±10mm之内。其中，相对高程差值取当前节段各道横隔板上边腹板上下游测点高程均值分别与前一节段第3道横隔板边腹板上下游测点高程均值相减。

上下游侧高差

上下游侧高差评价，需比较当前节段同一横隔板上下游边板测点高差大小。上下游高差容许最大偏差值可设为10mm

轴线偏差

还需对当前节段的轴线偏差进行评价。轴线偏差的评价，为以前一节段钢梁轴线作为基准，与当前节段轴线进行比较。而梁段轴线的计算，是以该梁段第1道及第3道横隔板上，上下游侧点水平位置中点的连线，作为该梁段的轴线。并以当前梁段各道横隔板上下游边腹板测点连线的中点，至前一梁段轴线所在直线的距离，作为轴线偏差值。

因此，具体实施时，第n节段完成安装和顶推后，还包括：

基于下式计算相对高差偏差值Δε，

式中，ε表示相对高差理论值，ε'表示相对高差实测值，

表示YQ_n安装焊接完成后，YQ_n梁段上Xi、Si控制点高程测量值；

表示YQ_n安装焊接完成后，YQ_n-1梁段上X3、S3控制点高程测量值；

基于下式计算上下游侧高差，

式中，h_sxi表示第i道横隔板处上下游高差值；

基于下式计算第n节段第i道横隔板处的轴线偏差值d_i，

式中，k为中间参数，

及

表示第n节段YQ_n上对应的控制点Xi的平面坐标，

及

表示第n节段YQ_n上对应的控制点Si的平面坐标；

若相对高差偏差值、上下游侧高差或轴线偏差值中的任意一项或多项超过预设阈值，则停工并进行修正。

在本发明中，在施工过程中，典型工况下，当完成部分节段的安装和顶推后，还需进行整体线形评价。

首先，需对现有节段所有边腹板测点进行高程坐标测量。主梁顶推施工跨越桥墩时，钢梁最前端由于自重产生过大下挠，为了安全过墩，施工单位需在前面已跨越的桥墩墩顶处进行垫高，垫高高度即抄垫量η。按照既定的各支撑处抄垫高度，在Midas模型(有限元模型)当前施工阶段中各墩顶位置节点，施加对应抄垫量大小的强制位移数值，使模型与实际情况吻合。添加强制位移后，在Midas模型中提取出当前已有节段所有横隔板对应节点处的累计竖向位移量z。选定某一横隔板为基准点，按照既有公式，计算各横隔板理论相对线形高程值

与基准点横隔板的理论相对线形高程值相减，最终得到标准化理论相对线形；按照既有公式计算出各横隔板实测高程值，将各横隔板实测高程值减去同一基准点横隔板实测高程值，便得到标准化实测相对线形。并对比各横隔板标准化实测相对线形与标准化理论相对线形吻合情况，开展已安装梁段整体线形评价。

因此，具体实施时，在施工过程中，典型工况下，完成部分节段的安装和顶推后，还包括：

基于下式计算标准化实测相对线形与标准化理论相对线形差值

式中，

表示YQ_n节段第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘实测高程值；

表示YQ_m节段第I道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘实测高程值；

表示各横隔板理论相对线形高程值

表示YQ_m节段第I道横隔板理论相对线形高程值，m≠n，I＝1,2,3；

表示标准化实测相对线形，

表示标准化理论相对线形；

基于下式计算实测相对线形高程值，

式中，

表示YQ_n节段第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘实测高程值。

基于下式计算既有安装梁段理论相对线形高程值，

Z＝z+f_yg+i_z+h

式中，z表示有限元模型中已安装节段所有横隔板对应节点处的累计竖向位移量；f_yg表示预拱度；i_z表示桥面纵坡；h表示钢梁梁高；

若标准化实测相对线形与标准化理论相对线形差值

超过预设阈值(可取为30mm)，则停工并进行修正。

本发明的方法可用于图6至图8所示的桥梁的施工过程中。

其主桥为五跨高低塔双索面半漂浮体系斜拉桥；引桥采用三跨等截面连续梁桥，跨径布置为70+70+65m钢箱叠合连续梁，全长204.7m。主梁采用分离式双箱的截面形式，钢主梁全宽22.2m。桥面布置采用：1.2m(风嘴)+1.8m(检修道)+16.2m(轨行区)+1.8m(检修道)+1.2m(风嘴)＝22.2m。预制桥面板采用C60混凝土。桥面板支承在钢箱梁腹板、轨道梁上翼缘和横隔板上翼缘，根据受力的不同板厚分为3种：0.26m、0.26～0.44m、0.44m。引桥钢主梁共设19个施工节段。由岸边向江中央的方向以YQ₁～YQ₁₉对各钢梁节段进行编号。引桥桥跨立面布置图如图6所示，引桥标准断面布置图如下图7所示。

引桥段由南向北累计跨越6条既有公路，以及2项在建项目，该项目有着施工难、桥墩高度高、环境干扰多、可用场地小等四大特点、难点。因此，根据现场地形条件，充分考虑桥梁结构特点、道路运输、施工场地布置、桥位周边环境等因素，引桥钢梁架设采用智能步履式多点连续顶推法施工，同时还需要对施工过程进行精确控制。

引桥钢梁架设采用智能步履式多点连续顶推法施工，由P5墩朝A8桥台方向顶推施工。顶推前，在P5桥墩大里程侧搭设顶推平台，并在P6、P7桥墩旁设置临时支墩，A8桥台前设置接梁支架。同时，在P5桥墩墩顶设钢梁提升站，作为钢梁起吊设备。

钢箱梁在厂内分幅制造成型后拼装为整体，经预拼合格后船运至桥位(P5桥墩)处，然后利用钢梁提升站整节段起梁至顶推支架，最后待平面位置和高程调整到设计线形后与导梁焊接，采用多点步履式顶推***同步将钢梁逐段向前滑移，循环顶推直至所有钢梁到达设计位置。钢梁顶推施工布置图如图8所示。待钢梁顶推到位后，按设计要求对P6、P7桥墩墩顶进行顶升；然后铺设P6、P7墩顶以外的桥面板，并浇筑湿接缝混凝土；接着铺设P6、P7墩顶以内桥面板并浇筑湿接缝混凝土，张拉该范围短预应力束；接着浇筑剩余湿接缝，待混凝土强度达到设计95％后采用千斤顶落梁的方法将钢梁整体调整至设计标高；最后张拉剩余预应力束完成引桥钢梁架设。钢梁顶推施工工艺流程如图9所示。

引桥采用的施工控制原则：以线形控制为主，应力控制为辅。具体的施工监测内容包括：构件预制监测与构件安装监测两部分，构件安装监测则分为线形监测和应力监测，构件安装监测中的线形监测则是施工控制的重难点。

在桥梁工程中，制造线形指的是预制或者工厂里加工制造时的线形也即无应力线形(是一条平滑的曲线)；安装线形指梁段工地现场拼装过程中各新安梁段自由端连接而成的线形(一条虚拟的曲线，是有一个个小台阶的阶跃曲线，曲线中各点并不同时存在)。

基于无应力状态法理论，对于采用步履式顶推法施工的钢箱梁桥，节段顶推前，钢箱梁节段在支架处进行无应力安装定位、焊接，此时其安装线形与制造线形两者一致。因此通过有限元软件计算出其制造线形之后，可以依据制造线形，获取各梁段间的无应力夹角，基于此，实施各钢梁段安定位、焊接，开展引桥主梁线形与应力控制。

对于上述桥梁，可采用如下方法建立有限元模型：

引桥钢箱梁、混凝土桥面板均采用梁单元模拟，引桥共186个单元。Q345及Q370钢箱梁段共分为19段，每段钢梁根据实际构造对容重分别进行修正，C60混凝土桥面板容重设为26kN/m3，Q235导梁的换算容重为124.7kN/m3。考虑到混凝土桥面板在安装后并未与钢梁共同受力，仅以荷载形式作用于钢梁上，待湿接缝浇筑后才与钢梁形成整体共同受力。因此模型中将桥面板容重设置为零。

在安装桥面板施工阶段，桥面板荷载以均布荷载的形式加载到主梁上，在浇筑湿接缝施工阶段再将桥面板单元进行激活。风嘴采用均布荷载模拟；横隔板采用集中力进行模拟；顶升、落梁等工序在模型中采用激活强制位移进行模拟。徐变采用Midas/Civil软件自动进行计算，徐变龄期取20年，混凝土预制板材料龄期均为180天，而收缩则通过降温10℃进行模拟。二期恒载：引桥处于双线轨道，且有声屏障，二期恒载按190kN/m施加。列车竖向静活载：7辆编组，轴重150kN，不考虑折减。列车竖向动力作用：列车竖向活载包括列车动力作用，该列车竖向活载等于列车竖向静活载乘以动力系数(1+μ)。动力系数为：1+μ＝1+28/(40+70)＝1.25。

针对引桥混凝土桥面板与钢箱梁之间共同耦合受力形式，采用弹性连接中的刚性连接进行模拟。成桥时引桥与桥墩采用一般支撑，约束全部自由度；施工过程中顶推到A8桥台前P6、P7及辅助墩处支座模拟为一般支撑，释放Dx、Ry方向自由度，P5处支座模拟为一般支撑，释放Ry方向自由度；顶推到位后，A8处支座模拟为一般支撑，释放Ry方向自由度，P5、P6、P7处支座模拟为一般支撑，释放Dx、Ry方向自由度。引桥模型如图10所示。经过Midas/Civil有限元模型模拟、分析，得到成桥阶段静活载下主梁挠度图以及引桥主梁施工阶段钢梁最大应力图，分别如图11、图12所示。引桥主梁预拱度如图13所示。

在本发明中，以上述桥梁为例，还可进行合理施工状态应力控制，具体包括：

关键节段顶推后钢梁应力评价

为了对施工过程中每个施工环节的各种作用力进行监视，控制施工过程中的截面最大应力满足规范与设计要求，保证施工过程中钢梁受力安全、可控，分别选取YQ₄、YQ₇、YQ₁₃、YQ₁₆节段布置应力传感器。每个应力传感器布置断节段安装焊接完成并顶推到位后，需立刻安装传感器并采集初始读数。当首个布置断面(YQ₄)的应力传感器布置完毕后，后续节段钢梁在安装焊接完成并且顶推到位后，需对已布置的应力传感器采集数据并进行评价。

应力数据评价以应力增量作为评价依据，从采集的数据中计算出相邻两个施工节段的应力增量，并与Midas模型中提取的理论增量数值进行对比。参照相关规范、标准，钢结构应力：计算值不大于100MPa时：偏差值不超过±10.0MPa；计算值大于100MPa时：偏差值不超过计算值的±10％，且不超过±15.0MPa。

按照上述方法进行钢梁应力控制及评价：主梁各单节段顶推到位后，钢梁应力增量偏差值均在计算值的±10％左右，最大增量偏差值为8.7Mpa。钢梁应力监测结果与理论应力变化趋势大致吻合。

过墩时墩底应力评价

引桥钢梁在整个顶推施工过程中，在P5墩旁设置辅助墩并搭建施工平台，需要跨越余下的P6、P7墩及A8桥台。在跨越这些桥墩桥台时，需要对桥墩跨越前后的墩底应力进行监测及评价。

具体实施方法为：在施工前期，预先于墩顶合适位置设置永久测点，在钢梁顶推过墩前后，分别采集墩顶测点位置坐标；对比过墩前后采集的墩顶坐标，计算出三维坐标系下各方向的位移量，并将各方向位移量作为强制位移的数值施加到Midas模型中，从而核算墩底应力是否超过规范限值。

按照上述方法进行过墩时墩底应力评价：各过墩工况下，墩底应力均符合规范要求且均未出现拉应力。桥墩受力安全、应力可控。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (4)

1.一种顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法，其特征在于，包括：

S1、根据现场钢导梁的定位坐标进行推算首节段控制点的坐标，基于首节段控制点的坐标完成首节段的安装及顶推；

S2、设当前节段的序号n＝2；

S3、根据第n-1节段的控制点的坐标，基于无应力状态法理论，结合钢梁制造线形，计算当前节段的定位高程坐标指令值，基于定位高程坐标指令值完成当前节段的安装及顶推；

S4、若n等于N，结束施工控制，N表示总节段数；若n小于N，将n的值加1后返回执行步骤S3。

2.如权利要求1所述的顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法，其特征在于，第n节段的定位高程坐标指令值

及

按下式计算：

式中，i＝1,2,3，

及

分别表示第n节段YQ_n上对应的控制点Xi和Si的定位高程坐标指令值，YQ_n-xi表示第n节段YQ_n下游侧边腹板中心线与第i道横隔板交点钢梁顶缘的控制点Xi，YQ_n-si表示第n节段YQ_n上游侧边腹板中心线与第i道横隔板交点钢梁顶缘的控制点Si；b_c表示桥梁中心线处混凝土桥面板厚度；l_csi表示第i道横隔板上，桥面中心线到边腹板中心线的水平距离；i_h表示桥面横坡；b_s表示边腹板处混凝土桥面板厚度；

表示第n节段YQ_n第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘的高程；

式中，l表示相邻两道横隔板间距；α，β，γ，θ分别表示梁段在梁段中心线处钢梁顶缘制造线形所对应的相对理论高程位置时，各道横隔板处与水平面间的夹角；α'，β'，γ'，θ'分别表示梁段在绝对安装高程位置时，各道横隔板处与水平面间的夹角；

表示第n-1节段YQ_n-1第j道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘高程，j＝1,3；

表示第n-1节段YQ_n-1第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘制造线形所对应的相对理论高程值；

表示第n节段YQ_n第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘制造线形所对应的相对理论高程值。

3.如权利要求2所述的顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法，其特征在于，第n节段完成安装焊接后，还包括：

基于下式计算相对高差偏差值Δε，

式中，ε表示相对高差理论值，ε'表示相对高差实测值，

表示YQ_n安装焊接完成后，YQ_n梁段上Xi、Si控制点高程测量值；

表示YQ_n安装焊接完成后，YQ_n-1梁段上X3、S3控制点高程测量值；

基于下式计算上下游侧高差，

式中，h_sxi表示第i道横隔板处上下游高差值；

基于下式计算第n节段第i道横隔板处的轴线偏差值d_i，

式中，k为中间参数，

及

表示第n节段YQ_n上对应的控制点Xi的平面坐标，

及

表示第n节段YQ_n上对应的控制点Si的平面坐标；

若相对高差偏差值、上下游侧高差或轴线偏差值中的任意一项或多项超过预设阈值，则停工并进行修正。

4.如权利要求3所述的顶推施工大跨轨道钢箱叠合梁桥施工控制方法，其特征在于，完成部分节段的安装和顶推后，还包括：

基于下式计算标准化实测相对线形与标准化理论相对线形差值

式中，

表示YQ_n节段第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘实测高程值；

表示YQ_m节段第I道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘实测高程值；

表示各横隔板理论相对线形高程值

表示YQ_m节段第I道横隔板理论相对线形高程值，m≠n，I＝1,2,3；

表示标准化实测相对线形，

表示标准化理论相对线形；

基于下式计算实测相对线形高程值，

式中，

表示YQ_n节段第i道横隔板上桥梁中心线处钢梁顶缘实测高程值。

基于下式计算既有安装梁段理论相对线形高程值，

Z＝z+f_yg+i_z+h

式中，z表示有限元模型中已安装节段所有横隔板对应节点处的累计竖向位移量；f_yg表示预拱度；i_z表示桥面纵坡；h表示钢梁梁高；

若标准化实测相对线形与标准化理论相对线形差值

超过预设阈值，则停工并进行修正。

Images