钢桁拱桥关键施工技术

四川公路桥梁建设集团有限公司2016年10月梅山春晓大桥工程钢桁拱桥施工关键技术目录01工程概况Content03缆索吊装系统04扣挂系统02总体施工方法05施工体会01工程概况春晓大桥港湾路春晓东八路洋沙山东六路盐湖路既有梅山大桥规划六横高速宁波北仑宁波梅山岛1工程概况宁波春晓大桥工程西起春晓洋沙山东六路与春晓东八路交叉口，终点位于梅山岛盐湖路与港湾路交叉口，全长约1.971km。1.1地理位置主桥采用中承式双层全焊接钢桁架拱桥，跨径布置为80m+336m+80m，上层桥面宽33m，下层桥面宽12m。主跨中间108m范围内设置下层纵移桥架，纵移打开后可满足500t级海轮通航要求。1工程概况1.2桥型布置主桥采用三跨连续支承体系。春晓主墩采用固定支座，其余各墩均采用纵向活动支座。纵向固定纵向活动纵向活动纵向活动春晓侧梅山侧支座设计转角1.14°1工程概况1.2桥型布置•每年7月—10月台风影响频繁；•每年11月至次年6月，季风盛行，季风最高可达10级；1、风环境复杂1工程概况1.3工程特点2、吊装重量大采用节段整体吊装工艺，最重节段净重达338.1t；12#节段338.1t1工程概况1.3工程特点3、构件交汇复杂、空间定位要求高除了一般中承式桁架拱的构件，如上弦拱、下弦拱、风撑、主梁、三角区以外，还有下挂纵移桁架式桥架，尾端拱梁段、三角区拱梁段，以上构件的拼装精度直接影响大桥的成桥线形及结构受力；1工程概况1.3工程特点02总体施工方法施工中采取“边支点预降”（预降45cm，拱脚支座预旋转0.32°）的措施进行结构拼装，充分发挥拱肋自身承载力。因边支点预降和扣索轴力压缩主拱，主拱悬臂端合龙前纵桥向回缩量通过梅山侧拱脚（活动支座）预偏9cm来进行补偿。边支点预降45cm预旋转0.32°拱脚预偏9cm（跨径补偿）2总体施工方法2.1总体施工构想+4.5cmˉ4.5cm中跨拱肋采用“固塔少扣索、无支架缆索吊装”工艺进行安装。2总体施工方法2.2中跨拱肋施工三角区节段采用“钢管贝雷支架+浮吊吊装”进行施工。采用边支点预降后线形安装三角区节段。2总体施工方法2.3三角区节段施工水中引桥上部钢桁架梁均采用浮吊节段吊装+滑移安装施工。为减小成桥中支点处负弯矩引起的砼桥面板中的拉应力，钢桁架中支点先顶升55cm高度后，再进行预制桥面板安装及浇筑湿接缝。8台400t千斤顶同步顶升55cm8台400t千斤顶同步顶升55cm2总体施工方法2.4水中引桥施工已安装好的水中引桥节段2总体施工方法2.4水中引桥施工03缆索吊装系统缆索吊装系统主要由扣塔、吊塔、缆索系统等部分组成，采用双塔三跨方案，跨径组合为226m+332m+226m，各设两组主索、压塔索（抗风索）和工作索。吊装塔全高126m，其中吊塔高26m，扣塔高100m。主索选用∅60钢丝绳，中边跨均为2×8根，两组主索中心距离27.8m，主索垂跨比L/12，吊机设计吊重荷载330t。3缆索吊装系统3.1总体布置主索2-8Φ60工作索2-2Φ48钢绞线压塔索2×3-8Φj15.243缆索吊装系统3.1总体布置3缆索吊装系统3.1总体布置吊塔全高约26m，横桥向长度42m，顺桥向宽度4m，全部采用万能杆件的空间网格结构。施工时将吊塔塔脚“系梁预收紧”（下横梁缩短2cm），有效改善塔架内力分布。吊塔与扣塔“铰接”，通过塔顶2层铰座梁及铰座连接，其中下铰座梁高度为1.4m，上铰座梁高度1m。铰座顺桥向侧面图3缆索吊装系统3.1总体布置3缆索吊装系统3.1总体布置缆索吊装系统荷载通过索鞍传递给塔顶纵、横梁。根据纵、横梁对塔顶万能万能杆件受力分析计算，主索鞍区域内杆件承受较大荷载，根据计算结果采用异形件替换相应杆件，保证结构安全。根据万能杆件传力途径分析，若塔顶区域部分杆件发生屈曲破坏，缆索吊装系统荷载仍可由其余杆件正常传递。荷载数值（t）主索479.36工作索、压塔索97.00牵引、起吊索74.94.00NT29塔顶刚度匹配基于悬链线方程，采用“分段悬链线数值迭代法”和“塔顶索力连续算法”，进行缆索吊装系统重载线型和“施工阶段”精确计算。3缆索吊装系统3.2精确算法运用计算左支点H、V的初值(H=H0、V=V0)NO.1索段左端点V1的赋值，V1=VI=1,求NO.1索段[S01,Y1]T求右支点标高误差DN=∑Yi-YN｜DN│≤ε?计算dV计算V=V+dVNO求指定点标高误差DM=YM’-YMNO｜DM│≤ε?计算dH计算H=H+dH输出形状长度、伸长量和H、V等参数返回调用程序模块入口YESYESI=I+1,求NO.I索段左端点Hi、Vi（I为索段总数）求NO.I索段[S0i,Yi]TNO.1索段左端点H1的赋值，H1=HI≥N?NOYES根据左边跨无应力索长SL0求塔顶张力T1根据中跨无应力索长SM0求左右塔顶张力T2、T3根据右边跨无应力索长SR0求右塔顶张力T4│(T1-T2)│≥│(T3-t4)│?T1=T1-(T1-T2)*0.5T4=T4-(T4-T3)*0.5YES求出调整后索力T1对应的左边跨无应力索长SL0'求出调整后索力T4对应的右边跨无应力索长SR0'│(T1-T2)│.and.│(T3-t4)│≤ε?重新计算跨中无应力索长SM0'=SZ0-SL0'-SR0'SM0=SM0'SR0=SR0'SL0=SL0'求解结束，输出相关参数SL0、SM0、SR0和塔顶索张力YESSz0=SL0+SM0+SR0NONO输入各跨无应力SM0、SL0、SR0值程序入口空载承重索线形和内力调整计算流程图中跨重载承重索线型及内力计算流程图3缆索吊装系统3.2精确算法运用100％重跨中空索安装50%吊重跨中107%重（14号肋）X=16m123.25％重（12号肋）X=37.5中跨跨中垂度f（m）2814.2724.65左塔水平力（t）64.92114.8441.18136.6953.22右塔水平力（t）64.92114.8441.18136.6953.22左塔竖向力（t）12.3892.5277.46222.24723.693右塔竖向力（t）12.3892.5277.4623.835.58无应力索长（m）339.761337.379339.102339.038339.497左边跨塔顶水平力（t）56.76212.19235.6236.54149.928塔顶竖向力（t）33.8578.82921.97322.49130.015无应力索长（m）256.264257.455256.594256.578256.365右边跨塔顶水平力（t）56.76212.19235.6231.2945.791塔顶竖向力（t）33.8578.82921.97319.5427.689无应力索长（m）256.264257.455256.594256.674256.427塔顶索力（左塔）66.09315.05441.85242.90858.256塔顶索力（右塔）66.09315.05441.85236.88953.512不平衡水平力（左塔）65.27221.18444.4881.19226.336不平衡水平力（右塔）65.27221.18444.48843.259.432100％重跨中空索安装50%吊重跨中107%重（14号肋）X=16m123.57％重（12号肋）X=37.5中跨跨中垂度f（m）30.5516.62左塔水平力（t）59.5312.75436.90232.50848.204右塔水平力（t）59.5312.75436.90232.50848.204左塔竖向力（t）12.3962.5317.46922.25923.705右塔竖向力（t）12.3962.5317.4693.8345.583无应力索长（m）340.745337.982340.085340.025340.486左边跨塔顶水平力（t）52.15310.38631.95333.47945.97塔顶竖向力（t）31.2667.82319.91320.7727.79无应力索长（m）256.331257.713256.661256.632256.425右边跨塔顶水平力（t）52.15310.38631.95327.66141.442塔顶竖向力（t）31.2667.82319.91317.50125.245无应力索长（m）256.331257.713256.661256.749256.496塔顶索力（左塔）60.80713.00337.65039.39853.717塔顶索力（右塔）60.80713.00337.65032.73348.526不平衡水平力（左塔）59.01618.94439.592-7.76817.872不平衡水平力（右塔）59.01618.94439.59238.77654.096L/12L/11采用上述精确算法计算出所需数据。3缆索吊装系统3.2精确算法运用通常设计计算施工阶段验算100％重跨中空索安装107%重（14号肋）X=16m123.57％重（12号肋）X=37.5中跨跨中垂度f（m）25.812.039左塔水平力（t）70.4417.57441.33458.487右塔水平力（t）70.4417.57441.33458.487左塔竖向力（t）12.3832.52322.23723.563右塔竖向力（t）12.3822.5233.835.578无应力索长（m）338.959336.874338.234338.691左边跨塔顶水平力（t）61.49414.56340.05554.152塔顶竖向力（t）36.51810.15524.46632.39无应力索长（m）256.196257.239256.518256.302右边跨塔顶水平力（t）61.49414.56335.32350.361塔顶竖向力（t）36.51810.15521.80630.258无应力索长（m）256.196257.239256.6256.358塔顶索力（左塔）71.52017.75446.93663.055塔顶索力（右塔）71.52017.75441.51158.752不平衡水平力（左塔）71.56824.08810.23234.68不平衡水平力（右塔）71.56824.08848.08865.008L/13采用此算法，可根据设计矢跨比、起吊位置和吊重，精确计算出钢绳索力，塔顶不平衡水平力、空载垂度等参数，为后续设计及施工提供有力依据。按照《缆式起重机型式试验细则》，计算试吊荷载按1.25倍额定荷载考虑，通过此精确算法计算得出，实际主索张力值约为100％荷载计算时的1.15倍。3缆索吊装系统3.2精确算法运用本桥跨中2号节段重量为265.3t，靠近塔端最重12节段重量为338.1t，吊装系统吊点自重65t。经计算吊重荷载位于跨中时缆索系统主索张力最大，缆索吊装系统设计吊装重量根据2号节段选定为330t，验算荷载为403t（按12#节段进行验算）。工况索力100％重跨中107%重（14号肋）X=16m123.57％重（12号肋）X=37.5塔顶索力（左塔）60.80739.39853.717塔顶索力（右塔）60.80732.73348.526不同吊重及位置起吊时索力3缆索吊装系统3.3设计吊重选取由于本桥拱肋节段通过船舶可以直接运输到安装位置下方，12#、14#节段可以采用“定点起吊”的办法进行安装，不在吊装跨内顺桥轴线范围移动。根据计算，12#节段采用“定点起吊”方式时索力小于中跨100%吊重时的索力。3缆索吊装系统3.4定点起吊运用根据计算结果，结合主索索力，牵引力及塔顶不平衡力，综合考虑现场实际，选取L/12作为本套系统的矢跨比。序号矢跨比主索索力（t）塔顶不平衡力（t）牵引力（t）100%跨中12#节段14#节段1L/1160.8059.0139.39853.71774.882L/1266.0965.2742.90858.25668.083L/1371.5271.5646.93663.05561.803缆索吊装系统3.5矢跨比的选取不同矢跨比计算数据表根