CN1904210A - 钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法和提升*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法和提升***，安装合龙方法包括步骤：将整个拱肋分成一个中间大段和数对侧节段，从两侧向中部依次安装除中间大段以外的所有侧节段；在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆形成系杆拱；整体提升系杆拱并安装合龙；拆除水平临时系杆和其他临时支撑，使拱肋由曲梁+系杆拱向拱的受力形式转换。提升***包括二个中提升塔以及压塔索，二中提升塔与二背索和二吊索的一端连接，二吊索的另一端连接待提升的中间大段，二背索的另一端与地锚铰接，背索为根据吊索对中提升塔的水平作用力同步调节其张拉力的同步张拉背索。本发明简化了施工步骤，提高了合龙精度，降低了施工难度，缩短了施工周期。

Description

钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法和提升***

技术领域

本发明涉及一种大跨度拱桥的安装合龙方法和提升***，特别是一种采用大段提升及梁式合龙技术的钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法和实施该方法的钢拱桥拱肋大节段安装合龙提升***。

背景技术

随着交通建设的发展，大跨度桥梁技术有了飞跃的提高。拱桥由于其具有其它桥型无法比拟的曲线造型和美感，更容易让设计者在桥梁美学上有发挥的空间，因而近年来国内修建了多座大跨度拱桥。大跨度拱桥的建设表明，由于拱桥的主要受力结构——拱肋多为空间曲线，给其施工安装带来很大的难度，大跨度钢拱桥施工方法也不同程度地影响拱桥的体系转换方式，对拱桥的施工和成桥阶段的受力影响非常大。

目前，钢拱桥比较常规的施工方法包括缆索节段吊装和悬拼节段吊装，图10为缆索节段吊装施工示意图，图11为悬拼节段吊装施工示意图。上述方法是在拱肋两端架设索塔2，索塔2与地面之间张拉平衡索3，缆索吊装方法还在索塔2之间张拉主缆索1。安装拱肋时，将整个拱肋分成若干个吊装节段5′，利用主缆索1或爬行吊机1′逐段安装，并在已安装的节段5上张拉数个临时斜拉扣索4，直至最后合龙。当拱肋的合龙段安装就位后，逐步拆除拱肋上的临时斜拉扣索4，使拱肋从多点弹性支撑的曲梁受力方式变为拱的受力形式。实际施工表明，上述施工方法存在较大局限性，具体体现在：

①由于大跨度钢拱桥的拱肋悬臂长度太大，逐段安装的累积误差使合龙精度很难保证；

②安装施工中每个节段的吊装阶段都会影响到桥下水域的通航；

③受施工难度大和施工条件制约，每次节段拼装的节段长度不能很大，整个拱肋施工时间长，影响建设工期。

发明内容

本发明的第一目的是针对现有技术缆索吊装和悬拼吊装施工方法拱肋安装精度低、影响通航且施工周期长等技术缺陷，提供一种钢拱桥拱肋大节段安装方法。

本发明的第二目的是提供一种实施上述方法的钢拱桥拱肋大节段安装合龙提升***。

为了实现本发明第一目的，本发明提供了一种钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法，包括步骤：

步骤1、将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段和数对侧节段，从两侧向中部依次安装除中间大段以外的所有侧节段；

步骤2、在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆，形成系杆拱；

步骤3、整体提升所述系杆拱，并安装合龙；

步骤4、拆除所述水平临时系杆和拱肋上的其他临时支撑连接，使拱肋的受力逐步由曲梁+系杆拱的受力形式逐步向拱肋以受压为主的拱的受力形式转换。

其中，所述步骤1可以为：

步骤111、将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段、数对侧节段；

步骤112、采用缆索吊装或悬拼吊装方式依次安装所述数对侧节段；

步骤113、在已安装的拱肋上张拉临时斜拉扣索。

其中，所述步骤1也可以为：

步骤121、将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段、一对侧大段；

步骤122、将所述侧大段提升到位后支撑在外提升塔和中提升塔上。

其中，所述步骤3可以为：通过拱肋上的提升塔架整体吊装所述系杆拱，并与已安装的拱肋合龙，也可以为通过由背索、中提升塔和压塔索组成的提升***提升所述系杆拱，并与所述一对侧大段合龙。

其中，所述步骤4可以为：

步骤411、拆除所述水平临时系杆，使拱肋的受力逐步由曲梁+系杆拱的受力逐步向拱肋以受压为主的拱的受力形式转换；

步骤412、依次拆除临时斜拉扣索，使拱肋的受力体系转换完成。

其中，所述步骤4也可以为：

步骤421、拆除所述水平临时系杆，使拱肋的受力逐步由曲梁+系杆拱的受力逐步向拱肋以受压为主的拱的受力形式转换；

步骤422、拆除拱肋在中提升塔上的支点，使拱肋的受力体系转换完成。

为了实现本发明第二目的，本发明提供了一种钢拱桥拱肋大节段安装合龙提升***，包括二个中提升塔以及二者间张拉的压塔索，所述每个中提升塔分别与一背索和一吊索的一端连接，所述吊索的另一端连接待提升的中间大段，所述背索的另一端与地锚铰接，所述背索为根据所述吊索对中提升塔的水平作用力同步调节其张拉力的同步张拉背索。

所述同步张拉背索包括背索钢绞线和同步张拉千斤顶，所述背索钢绞线的一端连接中提升塔，另一端连接同步张拉千斤顶，所述同步张拉千斤顶安装在与地锚铰接的反力架内。进一步地，所述同步张拉千斤顶与一根据所述吊索与中提升塔间角度变化控制其张拉力的计算机控制器连接。

本发明提出了一种钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法，核心是将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段和数对侧节段，在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆，形成系杆拱，分别提升就位合龙后，逐步拆除拱肋的水平临时系杆，逐步释放水平临时系杆内水平力，将主拱中间大段作用在合拢口处的单纯的竖向反力转换为沿拱肋的轴向力，最后拆除竖向支撑，将拱肋由曲梁+系杆拱组合的受力形式转换为拱肋以受压为主的拱的受力形式。该方法通过减少节段数量、设置中间大段以及拱肋合龙和受力体系的转换，简化了施工措施步骤，提高了拱肋的合龙精度，降低了施工难度，减小了施工风险，缩短了施工周期。本发明提出的拱肋合龙及体系转换的新方法使大段提升的施工方法成为可能，具有较大的扩展应用空间。

本发明进一步提出了一种用于提升钢拱桥中间大段拱肋的钢拱桥拱肋大节段安装合龙提升***，通过由背索、中提升塔和压塔索组成一个纵桥向相对稳定的结构，并将背索设置成同步张拉背索，可根据吊索在提升中对中提升塔的水平作用力同步调节背索的张拉力，使本发明实现了在中间大段提升过程中，中提升塔受到相对平衡的水平作用力，因此克服了中提升塔塔底的不平衡弯矩，既大大降低了中提升塔的设计难度，减少中提升塔及其基础的材料用量，又使大跨度拱桥的拱肋安装变得方便、快捷，大大缩短了施工周期、使拱肋的合龙精度得到保证，减少拱肋施工时对桥下航道的干扰。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明安装合龙方法流程图；

图2为本发明安装合龙方法实施例一的流程图；

图3为实施例一中间大段提升示意图；

图4为本发明安装合龙方法实施例二的流程图；

图5为实施例二侧大段提升示意图；

图6为实施例二中间大段提升示意图；

图7为采用本发明安装合龙方法实施的大桥实例；

图8为本发明提升***结构示意图；

图9为本发明同步张拉背索结构示意图；

图10为缆索节段吊装施工示意图；

图11为悬拼节段吊装施工示意图。

附图标记说明：

1—主缆索； 2—索塔；     3—平衡索；       4—斜拉扣索；

5—节段；   6—中间大段； 7—水平临时系杆； 8—侧大段；

9—压塔索；  10—提升塔架；    11—中提升塔；   12—外提升塔；

13—背索；   14—吊索；        15—地锚；       16—转动销；

17—反力架； 131—背索钢绞线； 132—同步张拉千斤顶。

具体实施方式

图1为本发明安装合龙流程图。如图1所示，本发明钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法包括步骤：

步骤1、将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段和数对侧节段，从两侧向中部依次安装除中间大段以外的所有侧节段；

步骤2、在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆，形成系杆拱；

步骤3、整体提升所述系杆拱，并安装合龙；

步骤4、拆除水平临时系杆和拱肋上的其他临时支撑连接，使拱肋受力逐步由曲梁+系杆拱的受力形式逐步向拱肋以受压为主的拱的受力形式转换。

本发明上述技术方案的核心是将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段和数对侧节段，在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆，形成系杆拱，分别提升就位合龙后，逐步拆除中间大段拱肋的水平临时系杆，最后拆除竖向支撑，将拱肋的受力逐步由曲梁+系杆拱组合的受力形式转换为以受压为主的拱的受力形式。该方法通过减少节段数量、设置中间大段以及在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆，使钢拱桥安装合龙前期处于曲梁+系杆拱的受力体系；通过拆除水平临时系杆，逐步释放水平临时系杆内水平力，将主拱中间大段作用在合拢口处的单纯的竖向反力转换为沿拱肋的轴向力，使拱肋曲梁+临时系杆拱的受力体系逐渐向以受压为主的拱的受力体系转换，最终将拱肋上的其它临时竖向支撑拆除，实现拱肋受力体系转换，使拱肋受力体系转换中的施工难度得以降低，减小了施工风险。与逐段安装、拱肋从多点弹性支撑的曲梁受力方式转换为拱的受力形式的现有技术相比，本发明简化了施工措施步骤，提高了拱肋的合龙精度，降低了施工难度，减小了施工风险，缩短了施工周期。下面通过具体实施例详细说明本发明钢拱桥拱肋大节段安装方法的技术方案。

实施例一

图2为本发明安装合龙方法实施例一的流程图。如图2所示，本实施例包括步骤：

步骤111、将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段、数对侧节段；

步骤112、采用缆索吊装或悬拼吊装方式依次安装所述数对侧节段；

步骤113、在已安装的拱肋上张拉临时斜拉扣索；

步骤2、在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆，形成系杆拱；

步骤311、通过拱肋上的提升塔架整体吊装所述系杆拱，并与已安装的拱肋合龙；

步骤411、拆除所述水平临时系杆，使拱肋的受力逐步由曲梁+系杆拱的受力逐步向拱肋以受压为主的拱的受力形式转换；

步骤412、依次拆除临时斜拉扣索，使拱肋的受力体系转换完成。

本实施例是在现有技术缆索节段吊装或悬拼节段吊装施工方法基础上的改进，由于钢拱桥拱脚处拱肋安装高度低、距离岸边近、悬臂长度小等有利因素，安装施工相对容易且可以保证相当精度，拱肋中段则采用中间大段整体吊装方式提升、合龙。图3为实施例一中间大段提升示意图，具体地，在拱肋两端架设索塔2，索塔2与地面之间张拉平衡索3；将拱脚处的拱肋部分节段5采用悬拼吊装方式安装就位，并在已安装的节段5上张拉数个临时斜拉扣索4；将中间大段6与水平临时系杆7组成的系杆拱浮运就位，通过拱肋上的提升塔架10整体吊装并与已安装的节段5合龙；拆除水平临时系杆7后依次拆除临时斜拉扣索4，将拱肋由曲梁+系杆拱的受力形式转换为拱的受力形式，使拱肋的受力转换更加合理。本实施例中间大段长度要远远大于节段5的长度，一般情况，中间大段可以是整个钢拱桥拱肋的1/4～1/2。通过在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆，既可以使大跨度的中间大段与水平临时系杆一起形成具有完整的系杆拱，便于安装合龙，使拱肋合龙和受力体系转换中保持合理的受力变化。在之后拆除水平临时系杆时，逐步释放水平临时系杆内水平力，将主拱中间大段作用在合拢口处的单纯的竖向反力转换为沿拱肋的轴向力，使拱肋曲梁+临时系杆拱的受力体系逐渐向以受压为主的拱的受力体系转换，减小施工风险。本实施例上述技术方案简化了施工措施步骤，提高了拱肋的合龙精度。

实施例二

图4为本发明安装合龙方法实施例二的流程图。如图4所示，本实施例包括步骤：

步骤121、将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段、一对侧大段；

步骤122、将所述侧大段提升到位后支撑在外提升塔和中提升塔上；

步骤2、在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆，形成系杆拱；

步骤321、通过由背索、中提升塔和压塔索组成的提升***提升所述系杆拱，并与所述一对侧大段合龙；

步骤421、拆除所述水平临时系杆，使拱肋的受力逐步由曲梁+系杆拱的受力形式逐步向拱肋以受压为主的拱的受力形式转换；

步骤422、拆除拱肋在中提升塔上的支点，使拱肋的受力体系转换完成。

本实施例是一种全新的大节段安装合龙方法，当水中具备施工临时塔架的条件时，将钢拱桥的整个拱肋分成三个大段：一个中间大段、对称的二个侧大段，分别提升就位合龙。图5、图6分别为实施例二侧大段、中间大段提升示意图。具体地，在拱肋相应位置架设中提升塔11和外提升塔12，中提升塔11与地面之间张拉背索13；将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段6和二个侧大段8，并将二个侧大段8提升到位后支撑在中提升塔11和外提升塔12上；利用由背索13、中提升塔11和压塔索9组成的提升***提升中间大段6与水平临时系杆7组成的系杆拱，将三大段合龙就位；之后先释放水平临时系杆7，其水平力释放将使拱肋的受力逐步由曲梁+系杆拱的受力形式逐步向拱肋以受压为主的拱的受力，然后拆除拱肋在中提升塔11上的支点，使拱肋的受力转换完成。本实施例通过将钢拱桥的整个拱肋分成三个大段、在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆，进一步降低了施工难度，减小了施工风险，缩短了施工周期，最大限度地降低了施工对桥下水域通航的影响。本实施例上述技术方案中水平临时系杆的作用和中间大段受力体系转换与实施例一基本相同，逐步释放水平临时系杆内水平力，将主拱中间大段作用在合拢口处的单纯的竖向反力转换为沿拱肋的轴向力，使拱肋曲梁+临时系杆拱的受力体系逐渐向以受压为主的拱的受力体系转换。

图7为采用本发明安装合龙方法实施的大桥实例。大桥跨度为177m+428m+177m，其中主拱拱肋钢结构分为三大段提升，先是利用中提升塔11和外提升塔12将二个侧大段8整体提升，支撑在中提升塔11和外提升塔12上；再利用由中提升塔11、背索13、压塔索9组成的提升***提升由中间大段6与水平临时系杆7组成的系杆拱，提升就位后与二个侧大段8合龙；之后先逐步拆除水平临时系杆7，然后卸除中提升塔11上的拱肋支撑点反力，使拱肋完成由曲梁+系杆拱受力形式到拱的受力体系转换。

图8为本发明提升***结构示意图。如图8所示，本发明钢拱桥拱肋大节段安装合龙提升***包括二个中提升塔11、压塔索9、二个背索13和二个吊索14，用于提升钢拱桥的中间大段拱肋，其中压塔索9张拉在二个中提升塔11之间，每个吊索14的一端通过提升千斤顶连接在一个中提升塔11的上端，另一端连接中间大段6，每个背索13的一端连接一个中提升塔11，另一端与地锚铰接，且二个背索13为同步张拉背索，可根据吊索14在提升中对中提升塔11的水平作用力同步调节其张拉力，平衡中提升塔11受到的水平力。

为了避免中间大段在浮运就位时与中提升塔冲突，一般将中提升塔间的净距设置成大于中间大段的长度，所以当中提升塔11通过二个吊索14提升中间大段6时，吊索14是倾斜的，且其倾斜角度随中间大段6提升高度的变化而变大，因此吊索14对中提升塔11的水平作用力也随中间大段6的提升同步增大。由于中提升塔11高度大，此水平作用力将会在中提升塔11的塔底处产生很大的弯矩，给中提升塔11的设计带来难度。本发明为了克服中提升塔11塔底的不平衡弯矩，将二个背索13设置成同步张拉背索，其张拉力可根据吊索14在提升中对中提升塔11的水平作用力同步调节，实现根据吊索14与中提升塔11间角度变化同步张拉，使中间大段6在提升过程中，吊索14对中提升塔11底部产生的不平衡弯矩得以克服，从而大大降低中提升塔11的设计难度，减少中提升塔11及其基础的材料用量。压塔索9的作用是同二中提升塔11及二背索14一起形成一个纵桥向相对稳定的结构，使得本发明在整个施工过程中纵桥向的抗风能力大大提高，其安全性能得到充分的保证。

在上述技术方案中，本发明同步张拉背索通过设置同步张拉千斤顶实现其张拉力的同步调节，图9为本发明同步张拉背索结构示意图。如图9所示，本发明同步张拉背索包括背索钢绞线131和同步张拉千斤顶132，背索钢绞线131与同步张拉千斤顶132通过反力架17与地锚15连接。具体地，地锚15固定在地面上，通过转动销16与反力架17的下端铰接，同步张拉千斤顶132安装在反力架17内，与背索钢绞线131的一端连接，背索钢绞线131的另一端连接中提升塔11的上部。为了调节同步张拉千斤顶132的张拉力，同步张拉千斤顶132还连接一计算机控制器(未示出)控制其张拉力的大小，计算机控制器根据吊索14与中提升塔11间角度变化输出控制信号，控制同步张拉千斤顶132的张拉力。

本发明提升***的工作过程具体为(参见图6)：在拱肋相应位置架设二个中提升塔11，中提升塔11与地面之间张拉背索13，中提升塔11之间张拉压塔索9，使压塔索9、二中提升塔11和二背索13形成一个纵桥向相对稳定的结构；将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段6和二个侧大段8，并将二个侧大段8提升安装到位；与中提升塔11上端连接的吊索14分别连接中间大段6的两端，向上提升由中间大段6与水平临时系杆7组成的系杆拱；提升过程中，吊索14与中提升塔11之间的夹角逐渐增大，因此吊索14对中提升塔11的水平作用力也随之增大，此时背索13也根据吊索14与中提升塔11间角度变化同步增大其张拉力，平衡中提升塔11受到的水平作用力，最终克服其塔底的不平衡弯矩。通过本发明由背索13、中提升塔11和压塔索9组成的提升***可以使大跨度拱桥的拱肋安装变得方便、快捷，大大缩短了施工周期、使拱肋的合龙精度得到保证，减少拱肋施工时对桥下航道的干扰。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法，其中包括步骤：

步骤1、将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段和数对侧节段，从两侧向中部依次安装除中间大段以外的所有侧节段；

步骤2、在中间大段两端的拱脚间张拉水平临时系杆，形成系杆拱；

步骤3、整体提升所述系杆拱，并安装合龙；

步骤4、拆除所述水平临时系杆和拱肋上的其他临时支撑连接，使拱肋的受力逐步由曲梁+系杆拱的受力形式逐步向拱肋以受压为主的拱的受力形式转换。

2.如权利要求1所述的钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法，其中，所述步骤1具体为：

步骤111、将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段、数对侧节段；

步骤112、采用缆索吊装或悬拼吊装方式依次安装所述数对侧节段；

步骤113、在已安装的拱肋上张拉临时斜拉扣索。

3.如权利要求1所述的钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法，其中，所述步骤3具体为：通过拱肋上的提升塔架整体吊装所述系杆拱，并与已安装的拱肋合龙。

4.如权利要求1所述的钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法，其中，所述步骤4具体为：

步骤411、拆除所述水平临时系杆，使拱肋的受力逐步由曲梁+系杆拱的受力逐步向拱肋以受压为主的拱的受力形式转换；

步骤412、依次拆除临时斜拉扣索，使拱肋的受力体系转换完成。

5.如权利要求1所述的钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法，其中，所述步骤1具体为：

步骤121、将钢拱桥的整个拱肋分成一个中间大段、一对侧大段；

步骤122、将所述侧大段提升到位后支撑在外提升塔和中提升塔上。

6.如权利要求1所述的钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法，其中，所述步骤3具体为：通过由背索、中提升塔和压塔索组成的提升***提升所述系杆拱，并与所述一对侧大段合龙。

7.如权利要求1所述的钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法，其中，所述步骤4具体为：

步骤421、拆除所述水平临时系杆，使拱肋的受力逐步由曲梁+系杆拱的受力逐步向拱肋以受压为主的拱的受力形式转换；

步骤422、拆除拱肋在中提升塔上的支点，使拱肋的受力体系转换完成。

8.一种实施权利要求1～7任一所述钢拱桥拱肋大节段安装合龙方法的钢拱桥拱肋大节段安装合龙提升***，包括二个中提升塔以及二者间张拉的压塔索，所述每个中提升塔分别与一背索和一吊索的一端连接，所述吊索的另一端连接待提升的中间大段，所述背索的另一端与地锚铰接，其特征在于，所述背索为根据所述吊索对中提升塔的水平作用力同步调节其张拉力的同步张拉背索。

9.如权利要求8所述的钢拱桥拱肋大节段安装合龙提升***，其特征在于，所述同步张拉背索包括背索钢绞线和同步张拉千斤顶，所述背索钢绞线的一端连接中提升塔，另一端连接同步张拉千斤顶，所述同步张拉千斤顶安装在与地锚铰接的反力架内。

10.如权利要求9所述的钢拱桥拱肋大节段安装合龙提升***，其特征在于，所述同步张拉千斤顶与一根据所述吊索与中提升塔间角度变化控制其张拉力的计算机控制器连接。

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