土木在线论坛 \ 建筑结构 \ 结构资料库 \ 单斜拱斜拉桥自平衡控制旋转施工技术

单斜拱斜拉桥自平衡控制旋转施工技术

发布于:2022-10-17 15:40:17 来自:建筑结构/结构资料库 [复制转发]


陈海洲,贾尚瑞,肖作伟,张其林

摘要: 中国山东省淄博市潭溪山景区大跨度单斜拱斜拉人行桥的施工采用了高空竖向旋转施工方法,其实施的关键是旋转过程中被旋转结构的自平衡控制方法。该旋转方法将整个桥结构在山顶地面组装,经过两次旋转后安装到设计位置。第1次为桥面梁绕主拱上的节点进行旋转,第2次为由桥面梁、拉索及主拱组成的整体结构绕主拱支座处的内置节点进行旋转,两次旋转均为绕两侧节点形成的水平轴进行高空竖向旋转。两次旋转过程必须通过自平衡分析将被旋转结构的水平推力平衡到最小,才能保证旋转的顺利进行。结果表明本次采用的自平衡控制方法获得了很好的效果,该方法能为为同类钢结构工程的构件加工和安装提供借鉴。

关键词: 单斜拱;斜拉桥;自平衡;竖向旋转;内置节点

Abstract: In the construction process of a large-span monoclinic arch cable-stayed bridge in Tanxishan scenic area of Zibo City,Shandong Province,China,a high-altitude vertical rotation construction method of the cliff top arch bridge is proposed,and the key of the construction process is self-balanced control method. The whole bridge structure is assembled on the ground of the cliff,and rotated twice to the design position. The first rotation is for the bridge deck beam to revolve around the node on the main arch,and the second rotation is for the whole structure which is composed of bridge deck beam,cable and main arch to revolve around the built-in node at the main arch support. The two rotations are vertical rotation by the horizontal axis formed by the nodes on both sides. The horizontal thrust of the rotating structure must be balanced to the minimum through self-balanced analysis in order to ensure smooth rotation. The results show that the self-balanced control method has achieved good results. This method can provide some experience to the construction and fabrication of steel members in similar projects.

Keywords: monoclinic arch;cable-stayed bridge;self-balanced;vertical rotation;built-in node


本工程位于山东省淄博市潭溪山,该景区为国家AAAA级景区。景观桥跨度为108m,主拱矢高为30m,两侧支座位于100m高悬崖顶端,海拔高度为1,000m。建成后游客在桥上可以一览整个潭溪山景区,该桥的设计效果如图1所示。  

   

图 1 斜拉桥桥设计效果图

Fig.1 Design rendering of the cable-stayed bridge


1 工程概况

本工程为单拱斜拉弧形桥 [1-3] ,结构主要受力构件为60°倾斜主拱,其截面为Φ2,000mm×30mm,采用15根 Φ 61mm斜拉索,抗拉强度为1,670MPa,桥面梁为H形钢挑梁,截面为H250~400mm×180mm×12mm×16mm,钢材选用Q345C。单斜拱斜拉桥的相关视图如图2所示。  

   

图 2 斜拉桥相关视图(单位:mm)

Fig.2 Related views of the cable-stayed bridge(Unit:mm)

如前文所述,桥梁飞跨两侧悬崖,交通不便,大型吊车无法就位。比较可行的施工方法是高空散装法,但是该方案成本太高。经过对悬崖顶面弧形、桥面梁弧形及主拱弧形的思考,得出了桥面梁与拱在悬崖顶面叠合组装、逐次展开的施工方案。整个展开动作通过安装于爬杆之上的4个爬行器顶升桥面梁及桥主拱,并竖向旋转完成。竖向旋转的具体过程为:山顶地面整平→拼装胎架就位→拼装主拱→叠合拼装桥面梁→滑移桥面梁到旋转位置→安装爬杆并与桥面梁连接→安装15根结构拉索→顶升旋转桥面梁至120°(第1次旋转行程,自重作用下15根结构索自动张紧)→爬杆换位至主拱→顶升桥整体结构至60°(第2次旋转到设计位置)→安装其他附属结构并完工。

具体顶升工艺过程为:当其中一组(工作组)的两个爬行器进行顶升操作时,另一组(限位组)两个爬行器与爬杆脱开。待工作组爬行器一个行程到位时,限位组爬行器与爬杆抱紧,并转换为工作组,进行下一个行程的工作。在顶升过程中,始终有两个爬行器连接爬杆与桥面梁或桥主拱。旋转顶升节点设计图如图3所示。  

   

图 3 旋转顶升节点设计图

Fig.3 Design diagrams of rotary jacking node


2 旋转爬杆及节点设计

根据山顶地形特点,顶升爬杆设在桥面和主拱的1/4处和3/4处。在爬杆上设置4条顶升轨道,两侧利用本体结构支座设置旋转转角。桥面梁及主拱爬杆布置如图4所示,力学计算模型 [4-5] 如图5所示。  

   

图 4 桥面梁及主拱爬杆布置

Fig.4 Layout of climbing poles of bridge deck beam and main arch  

   

图 5 桥主拱爬杆力学模型

Fig.5 Mechanical models of climbing pole for  main arch of bridge


3 桥面梁顶升旋转过程

3.1 桥面梁旋转节点

桥面梁的旋转主要利用桥面梁与主拱的临时节点进行,该节点如图6所示。  

   

图 6 桥面梁旋转节点

Fig.6 Rotating node of bridge deck beam


3.2 桥面梁旋转流程

本节以侧立面流程图为例介绍桥面梁的旋转流程,第1步为叠合组装,第2~9步为旋转步。具体步骤如图7所示,

   

图7 桥面梁旋转流程

Fig.7 Rotation processes of bridge deck beam


4 整体结构顶升旋转过程

4.1 主拱旋转节点

桥整体旋转主要利用主拱与支座的内置节点(图8)进行,旋转到位后封装,故内置节点为整个项目成功的关键。  

   

图 8 桥整体旋转节点

Fig.8 Overall rotation node of bridge


4.2 整体旋转流程

本节以侧立面流程图为例介绍桥整体旋转流程(第10~15步),如图9所示。  

   

图9 桥整体旋转流程

Fig.9 Rotation processes of bridge


5 旋转过程自平衡控制方法

由于桥面梁及主拱为拱形,旋转过程中会对旋转轴产生水平推力。随着旋转流程的推进,旋转角度在不断地变化,结构对旋转轴的水平推力也在不断地变化。因此需要对水平拉索进行不断调整,从而使拱脚推力达到最小值,并将此方法称为旋转过程自平衡控制方法。桥跨度为108m,其对支座的水平推力最大达到了250t左右,因此需要有效控制拉索拉力从而保证内置节点的安全,这也将是整个施工方法能否成功的关键 [4-5]


5.1 水平拉索的设计

桥面和主拱为弧形结构,在顶升过程中,底部转铰位置存在水平荷载,而底部转铰耳板不能承受太大的水平荷载,故在底部转铰部位设置水平拉索,以平衡水平拉力 [6-10]

主拱在顶升过程中,内置节点存在水平推力,同理内置节点也不能承受太大的水平荷载,故在主拱根部外侧设置水平拉索。拉索的设置方式如图10所示。  

   

图10 水平拉索设置

Fig.10 Setting of horizontal cable


5.2 桥面顶升旋转自平衡控制方法

桥面梁与主拱夹角为120°,桥面顶升计算时,在夹角达到90°之前,每15°得到一个模型,达到90°之后,每10°得到一个模型,共10个模型。计算模型如图11所示。  

   

图11 桥面计算模型

Fig.11 Calculation models of bridge deck

根据轴力计算结果得到桥面梁旋转时每一步的水平拉索内力,并以此作为自平衡拉力值来控制每一个旋转步骤。桥面梁轴力如图12所示,拉力值如表1所示。  

   

图12 桥面梁轴力

Fig.12 Axial forces of bridge deck beam

   


5.3 整体顶升旋转自平衡控制方法

主拱顶升共计60°,计算时,每15°得到一个模型,共5个模型。整体建模计算时的计算模型如图13所示。  

   

图13 主拱计算模型简图

Fig.13 Schematic diagram of main arch  calculation model

根据轴力计算结果得到桥面梁旋转时每一步的水平拉索内力,并以此作为自平衡拉力值来控制每一个旋转步骤。主拱轴力如图14所示,拉力值如表2所示。  

   

图14 主拱轴力

Fig.14 Axial forces of main arch

   


5.4 索力监测

本工程采用定长索设计,通过在自重作用下精确设计和控制各索制作长度,从而达到设计态效果。

为测试所有12根斜索的索力变化,共布置15个EM传感器,具体布置位置如图15所示。索力实测值与设计值的对比如表3所示。  

   

图15 EM传感器布置

Fig.15 Layout of EM sensors

   


6 结  论

(1)高空自平衡竖向旋转安装方法的关键点之一在于旋转节点的设计合理性、加工的高精度及安装的高精度。

(2)高空自平衡竖向旋转安装方法的关键点之二在于旋转过程中自平衡拉索拉力的精确控制,确保旋转过程中水平推力达到最小,即旋转过程的自平衡控制。

(3)旋转过程显示,按照每15°进行一次自平衡拉力的控制和采用液压提升器进行水平拉力的控制是正确的。施工过程较好地按照计算的水平拉索值精准地进行了控制,确保了旋转过程的顺利进行。

(4)通过对索力监测值与设计值的对比分析,拉索在自重作用下能够张紧并达到设计要求。

通过利用MIDAS、SAP2000及ANSYS等有限元分析软件,能够很快地对竖向旋转施工方案的各个环节进行数值分析,从而形成旋转施工自平衡控制方法,保证了施工过程的顺利进行,可为其他类似工程施工提供参考。


参考文献:

[1]中华人民共和国建设部.城市人行天桥与人行地道技术规范:CJJ 69-95[S].北京:中国建筑工业出版社,1996.Ministry of Construction of the People's Republic of China.Technical Specifications for Urban Pedestrian Overcrossing and Underpass:CJJ 69-95[S].Beijing:China Architecture & Building Press,1996.(in Chinese)

[2]陈政清,华旭刚.人行桥的振动与动力设计[M].北京:人民交通出版社,2009:36.CHEN Zhengqing,HUA Xugang.Vibration and dynamic design of footbridges[M].Beijing:China Communications Press,2009:36.(in Chinese)

[3]罗喜恒,肖汝诚,项海帆.空间缆索悬索桥的主缆线形 分析[J].同济大学学报(自然科学版),2004,32(10):1349-1354.LUO Xiheng,XIAO Rucheng,XIANG Haifan.Analysis of main cable shape of space cable suspension bridge[J].Journal of Tongji University (Natural Science),2004,32 (10):1349-1354.(in Chinese)

[4]柯红军,李传习,张玉平,等.双塔大横向倾角空间主缆自锚 式悬索桥体系转换方案与控制方法[J].土木工程学报,2010,43(11):94-101.DOI:10.15951/j.tmgcxb.2010.11.003.KE Hongjun,LI Chuanxi,ZHANG Yuping,et al.System transform program and control principles of suspender tension for a self-anchored suspension bridge with two towers and large transverse inclination spatial cables[J].Journal of Civil Engineering,2010,43 (11):94-101.DOI:10.15951/j.tmgcxb.2010.11.003.(in Chinese)

[5]白桦,李德锋,李宇,等.人行悬索桥抗风性能改善措施研究[J].公路,2012(12):1-6.BAI Hua,LI Defeng,LI Yu,et al.Study on measures to improve the wind resistance of pedestrian suspension bridges[J].Highway,2012 (12):1-6.(in Chinese)

[6]周孟波.悬索桥手册[M].北京:人民交通出版社,2003:58.ZHOU Mengbo.Suspension bridge handbook[M].Beijing:China Communications Press,2003:58.(in Chinese)

[7]李伟芳.空间索面悬索桥施工阶段计算与施工监测分析[J].黑龙江交通科技,2011,34(6):140,142.DOI:10.16402/j.cnki.issn1008-3383.2011.06.167.LI Weifang.Calculation and construction monitoring analysis of spatial cable plane suspension bridge in construction stage[J].Heilongjiang Jiaotong Keji,2011,34(6):140,142.DOI:10.16402/j.cnki.issn1008-3383.2011.06.167.(in Chinese)

[8]胡恩宏.大跨人行悬索桥的实用计算方法[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2015,17(1):6-10.HU Enhong.Practical calculation method of long-span pedestrian suspension bridge[J].Journal of Liaoning Provincial College of Communications,2015,17(1):6-10.(in Chinese)

[9]余鹏.大跨度悬索桥成桥状态分析及细部构件研究[D].重庆:重庆交通大学,2013.YU Peng.Completed status and detail components analysis of long span suspension bridge[D].Chongqing:Chongqing Jiaotong University,2013.(in Chinese)

[10]陈兰.空间缆索体系悬索桥静动力性能研究[D].杭州:浙江工业大学,2009.CHEN Lan.Study on the static and dynamic characteristics of long-span suspension bridges with spatial cable system[D].Hangzhou:Zhejiang University of Technology,2009.(in Chinese)

全部回复(0 )

只看楼主 我来说两句抢沙发
  • 广州某斜拉桥施工技术
    介绍了全桥从基础到主梁的施工工艺。大桥全长3467m,主桥为双塔空间从而密索飘浮体系斜拉桥,全预应力混凝土结构。主 跨380m,桥跨组合为70+91+380+91+70m,主梁为边主梁DP断面,宽达3
  • 李小利-矮塔斜拉桥关键施工技术
    全国复杂桥梁与隧道工程创新技术交流暨越江桥隧项目观摩会资料,资料的实用性强,值得拥有
  • 斜拉桥主塔液压爬模施工技术方案
    1)新建铁路商丘至合肥至杭州铁路裕溪河特大桥位于安徽省马鞍山市含山县与芜湖市鸠江区境内。桥址处地势较为平坦,整体处于裕溪河流域,河渠道路错综复杂,穿越大量农田、水塘,跨越通江大道(S319)、X026
  • 成都火车南站斜拉桥综合施工技术
    成都火车南站斜拉桥综合施工技术,主要内容为:设计要点、主要施工要点等,以供参考。
  • 无背索斜拉桥钢索塔安装施工技术
    结合京杭运河改线工程中常金大桥钢索塔的安装施工, 介绍了独塔无背索斜拉桥钢索 塔的安装方法, 并对钢索塔安装施工过程中塔吊基础的设计、索塔节段的吊装、测量定位等主要 技术控制要素进行了总结。
  • 这是一个我们根据客户要求定制设计的显示器支架,要求能够上下90度可旋转,在旋转过程中能在任意位置保持平衡,能承重10KG,其中的结构为扭簧加上可调节阻尼。共享此图仅供大家学习参考,不得用于商业用途。.
  • 转体斜拉桥转体施工关键技术控制
    包含转体工艺的施工设计及施工控制(转体结构中心控制、转体球铰设计),可供参考。
  • 斜拉桥前支点挂篮整体吊装施工技术
    丰城剑邑大桥主桥为(55+2×165+55)m单塔双索面斜拉桥与悬臂梁桥协作体系结构,除0号块前3段梁段外,其余梁段采用前支点挂篮施工,介绍挂篮整体吊装施工工艺。
  • 斜拉桥施工索力张拉控制及优化
    斜拉索安装完毕,即进行张拉工作。张拉前对千斤顶、油泵、油表进行编号、配套 ,张拉设备定期进行标定。斜拉索正常状态按设计指令分2次张拉,第1次张拉按油表读数控制,张拉时4根索严格分级同步对称进行;第2次
  • 钢筋混凝土斜塔斜拉桥的设计特点及施工技术
    内容简介 一、工程概况 ㈠概况 某大桥位于宝鸡市东部,跨越横贯市区东西的渭河和西宝高速公路,将是宝鸡市日后的交通大动脉和城市规划的轴心。某大桥建设是社会经济发展的必然要求,具有很大的经济效益和社会效益
  • 长江隧桥B5标斜拉桥塔柱施工技术方案
    长江隧桥B5标斜拉桥塔柱施工技术方案
  • 斜拉桥受力分析及施工控制与调整
    本资料为缆索承重桥梁斜拉桥的施工管理及控制,共48页。 斜拉桥施工方法的选择需要考虑如下一些因素:施工现场自然条件、桥梁规模、结构形式、主梁截面形式、桥塔的形状和斜索的构造和布置形状等。
  • 斜拉桥视频动画施工,看了之后对斜拉桥的施工工艺会有直观的认识和了解,对于初步搞工程的很有帮助。
  • 斜拉桥施工问题浅析
    随着国民经济和交通量的日益发展及越来越多的高等级公路有待建设,给桥梁的发展带来了新的机遇。现代桥梁正朝着大跨径、更轻巧的方向发展。斜拉桥则是其中一种最为常用的结构。斜拉桥也称为斜拉吊桥、斜张桥,由主梁
  • 斜拉桥施工索力研究
    斜拉桥施工索力研究
  • 斜拉桥施工组织设计
    大桥共分为六联,跨径组合为:(3x30)(A1 联) + (3x30)(A2 联)+(31+54+31)(A3 联)+(100+85)(A4 联)+(3x30)(A5 联)+(3x30)(A6 联)=
  • 某省斜拉桥施工监测
    包含施工监测的必要性、检测内容与方法(主梁挠度与主塔塔顶变位监测、主梁主塔应力监测、斜拉索索力监测、温度监测),可供参考。
  • 株洲湘江四桥140m跨斜拉桥箱梁、塔柱施工技术交底
    140m跨斜拉桥箱梁、塔柱、斜拉索施工工艺流程,20#~22#墩墩位处支架上梁段施工

阅读下一篇

10.1级地震依然屹立不倒!紫禁城建筑的抗震原理是……

英国广播公司(BBC)在纪录片《紫禁城的秘密》中展示了一个实验,以紫禁城寿康宫为原型,制造了一个1:5的缩微模型,将其放置在振动台上,模拟地震对缩微模型的破坏(图1)。从4级地震开始,4.5级、5级、5.5级依次递增,每次地震持续30秒。模拟到7.5级地震时,砖垒的墙壁倒塌,但是木屋结构完整。随后,继续增加震动等级,一直到9级、9.5级、10级都没有发生倒塌,甚至模拟10.1级地震时,缩微模型也只是来回扭晃,而没有发生整体的倒塌。

回帖成功

经验值 +10