大跨钢-砼混合梁斜拉桥施工控制和塔梁同步施工方法

1、 分类号:U44;U45 10710-2009121118硕 士 学 位 论 文大跨钢-砼混合梁斜拉桥施工控制 和塔梁同步施工方法 曾祥红导师姓名职称 刘来君 教授 申请学位级别 硕士 学科专业名称 桥梁与隧道工程 论文提交日期 2012年 4月 25日 论文答辩日期 2012 年 5 月 27 日 学位授予单位 长安大学Construction Control Of Long-span Steel-concrete Hybrid Cable-stayed Bridge And Method Of Tower-beam Synchronous ConstructionA Dissertatio

2、n Submitted for the Degree of MasterCandidate:Zeng XianghongSupervisor:Prof. Liu Laijun Changan University, Xian, China摘 要混合梁斜拉桥不但拥有美丽的外观,还以其强大受力性能和优越的经济性能逐渐成为当今社会大跨度桥梁的主要桥型之一。随着科技的快速发展,未来的结构将更加轻型化、纤细化、合理化,与此同时,对桥梁建设施工将带来更高的难度,所以对大跨混合梁斜拉桥施工控制的研究将具有相当重要的应用价值。本文以刚刚建成通车的一座钢-混凝土混合梁斜拉桥为依托工程,对理论计算和现场监控方法和

3、技术进行研究。 本文首先简单介绍了混合梁斜拉桥的发展概况和塔梁同步施工的研究现状。然后根据以前斜拉桥的施工控制经验,结合本桥实际情况建立了一套行之有效的监控系统。并根据实际工程中遇见的各种问题详细阐述了斜拉桥施工控制的主要影响因素。 为了桥梁能提前建成通车,提出塔梁同步施工方案。这种方案具有显著地优点:不但可以明显的缩短施工工期,还可以大大的节约成本降低工程造价,具有较大的经济效益和社会效益。文中首先利用未知荷载系数法对斜拉桥结构进行初始平衡状态分析,然后考虑斜拉索和合龙段的未闭合配合力分别建立塔梁同步施工和塔梁异步施工模型进行正装迭代计算合理施工状态,并通过对比分析两种施工方法的各项计算结果

4、以及根据淮安大桥塔梁同步施工的成功实施验证了塔梁同步施工是确实可行的。 本文详细阐述了在斜拉桥现场监控实践中遇到的各种关键问题,比如塔梁同步施工过程中主塔垂直度和主塔偏位的控制;钢主梁的线形控制问题以及合龙段的施工控制等。本文提出了在塔梁同步施工过程中采用切线法控制主塔施工的方法,保证主塔施工的垂直度以及在成桥之后主塔的偏位满足施工控制要求。并在施工过程中采取合理的有效的措施使得各个施工阶段安全顺利的进行,最终使合龙段按照预期的目标顺利合龙。关键词:混合梁斜拉桥,施工控制,塔梁同步施工,成桥索力iAbstractHybrid cable-stayed bridge has not only t

5、he beautiful appearance; also with its powerful performance by the load and superior economic performance. Nowadays, it, hence, gradually become one of the main long-span bridge type. With the rapid development of science and technology, the structure of bridge, in the future, will be more light-dut

6、y, slim and rationalization. At the same time, it will bring to the construction of bridge higher difficultiesSo the construction control research of the long span hybrid cable-stayed bridge will have important applicative value. This paper, based on a steel-concrete hybrid cable-stayed bridge which

7、 was just built few months ago, will be research the bridge theoretical calculation and site-monitoring methods and techniquesThis paper, firstly, briefly introduced the development situation of the hybrid cable-stayed bridge, and the current research status of the tower-beam synchronous constructio

8、n technology. Then, according to the experience of bridge construction control before, combining with the actual situation of this bridge, a set of effective monitoring system has established. According to various kinds of problems meeting at the practical engineering, the paper elaborate on some of

9、 the major factors of the cable-stayed bridge construction controlIn order to be able to build this bridge to the traffic ahead of time, the scheme of the pylon and beam synchronous construction technology was proposed. This scheme has significantly advantages: it can not only distinct shorten the c

10、onstruction period; also can greatly reduce the cost of project, with great economic and social benefits. In this paper, we use the unknown load coefficient method for the initial equilibrium analysis of cable-stayed bridge, and then establish the models of the tower-beam synchronous construction an

11、d tower-beam asynchronous construction considering the general combining ability not closedof stay-cables and closure segment, to calculation reasonable construction condition through the method of installing iteration, and verify the feasibility of tower-beam synchronous construction through compar

12、ed the results of the two construction method and the successful implementation of Huai-an bridge construction controlThis paper expounds each kind of key problems meeting at the cable-stayed bridge site during monitoring, such as how to control the verticality and the deviation of tower in the proc

13、ess of tower-beam synchronous construction, and the linear control of steel box girder, and construction control of closure segment, etc. This paper, firstly, put forward tangentiiimethod to control the tower construction in the process of tower-beam synchronous construction, ensure the main towers

14、verticality under construction and make the deviation of the top of the tower meet the construction control requirements after the bridge in. And we, during the construction process, take reasonable effective measures to make each construction stage security going well, finally make the closure segm

15、ents closure according to intended target successfully Key words: Hybrid cable-stayed bridge; Construction control; Tower-beam synchronous construction;Cable force in completion stageiv目 录 第一章 绪论1 1.1 斜拉桥简介1 1.2 混合梁斜拉桥概述1 1.2.1 混合梁斜拉桥的产生 1 1.2.2 混合梁斜拉桥在国外的发展历程. 2 1.2.3 混合梁斜拉桥在国内的发展历程. 2 1.2.4 混合梁斜拉桥

16、的特点 4 1.2.5 混合梁斜拉桥的适用范围. 5 1.2.6 混合梁斜拉桥仍须继续研究的问题 5 1.3 塔梁同步施工方法概述及研究现状. 6 1.4 工程背景及现实意义. 7 1.4.1 工程背景7 1.4.2 现实意义 11 1.5 论文研究的主要目的和研究内容 11 1.5.1 论文研究目的. 11 1.5.2 论文主要研究内容12 第二章 混合梁斜拉桥施工控制系统. 13 2.1 混合梁斜拉桥施工控制概述13 2.1.1 混合梁斜拉桥施工控制目的和特点. 13 2.1.2 混合梁斜拉桥施工控制原则. 13 2.2 混合梁斜拉桥施工控制影响因素 14 2.2.1 结构计算分析模型及计

17、算精度 14 2.2.2 结构参数 14 2.2.3 非线性问题16 2.2.4 温度影响 18 2.2.5 施工工艺 19 2.2.6 施工监测 19 2.2.7 临时荷载、桥面吊机所引起的误差. 19v2.2.8 施工管理 20 2.3 混合梁斜拉桥施工控制思路20 2.3.1 开环控制 20 2.3.2 反馈控制 20 2.3.3 自适应控制21 2.4 淮安大桥施工监控系统. 21 2.4.1 淮安大桥施工监控方法 21 2.4.2 淮安大桥施工监控组织机构. 22 2.4.3 淮安大桥施工监控工作程序. 22 2.4.4 淮安大桥施工监控系统运行过程22 2.5 淮安大桥主桥监控内容

18、. 24 2.5.1 主梁高程监控. 24 2.5.2 主梁平面线形监控25 2.5.3 斜拉索索力监控 25 2.5.4 主梁、主塔控制断面应力监控 26 2.5.5 主塔线形监控. 28 2.5.6 温度监测 29 2.6 本章小结. 30 第三章 全桥施工方法及空间有限元模型的建立31 3.1 主桥原定施工方法及施工阶段的划分. 31 3.2 主桥塔梁同步施工方案. 34 3.3 全桥有限元模型的建立. 34 3.3.1 单元的模拟35 3.3.2 混凝土收缩徐变的模拟 36 3.3.3 预应力的模拟. 38 3.3.4 边界条件的模拟 38 3.3.5 全桥塔梁同步施工工序 38 3.

19、3.6 全桥空间有限元模型. 41 3.4 本章小结. 41 第四章 混合梁斜拉桥监控理论计算及施工控制难点 42vi4.1 主桥初始平衡状态计算分析42 4.2 主桥施工阶段理论计算分析43 4.3 主桥施工过程控制难点. 46 4.3.1 前七对斜拉索施工控制 46 4.3.2 塔梁同步施工过程中主塔施工控制. 47 4.3.3 钢主梁悬臂拼装施工控制50 4.3.4 合龙段施工控制 52 4.4 本章小结. 56 第五章 塔梁同步施工方法验证及施工控制结果57 5.1 塔梁同步施工方法验证. 57 5.1.1 塔梁同步施工和异步施工成桥索力比较57 5.1.2 塔梁同步施工和异步施工成桥

20、位移比较59 5.1.3 塔梁同步施工和异步施工成桥内力对比59 5.2 主桥施工控制结果 60 5.2.1 施工阶段监控结果对比分析. 60 5.2.2 成桥阶段监控结果对比分析. 66 5.2.3 主桥监控结论. 72 5.3 本章小结. 72 结论与展望. 74 结论. 74 展望. 75 参考文献76 附 录 80 攻读硕士学位期间参加项目 93 致 谢 94vii 长安大学硕士学位论文 第一章 绪论 1.1 斜 拉桥 简介 斜拉桥是一种由主塔、加劲梁和斜拉索三种基本构件组成的缆索承重结构体系,是一种桥面体系以加劲梁受压(密索体系)或受弯(稀索体系),支承体系以斜拉索受拉、主塔受压为主

21、的桥型结构。作为一种拉索支撑体系,斜拉桥以其造型独特美观、跨越能力大、跨径布置灵活、结构新颖、施工高效且干扰少,并具有良好的力学性能及经济性1,2,3,4,5,6,7能指标等特点而成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一 。 1.2 混 合梁 斜拉桥概 述 伴随着我国经济的飞速发展,基础设施建设也取得了卓越的成就,并在不断的积极探索中迈向更大的进步和突破。桥梁建设事业的发展不再仅局限于跨度的增长或桥型桥式的外观变化,而更趋向于整体综合性能的改善和发展。在众多的桥梁类型中,大跨度的悬索桥和斜拉桥,无论从美观的外形上还是雄伟的气势上都得到了社会各界的认可。8,9因此,对这些大跨度桥梁各方

22、面性能的完善是一项非常迫切也极其有益的任务 。 20世纪中期,欧美各国和日本的桥梁建设同今天的中国一样,是最兴盛时期,多种桥型桥式都是从这个时期发展起来的,混合梁斜拉桥也是在这个时期产生并先后受到各个国家的重视和青睐。钢-砼混合梁斜拉桥的出现则是一个很好的典范,这种桥型以其合理的力学性能和良好的经济性能,发挥两种材料各自优势的合理性以及便于施工的特9,10点取得了快速的发展 。 1.2.1 混合梁斜拉桥的产生 早期的稀索斜拉桥中,主梁刚度一般比较大,而后来发展起来的密索斜拉桥中,主梁承受的弯矩相对较小,所以其结构抗弯刚度也渐趋变小。但是,在斜拉桥桥式设计中都是将边跨作为主跨的锚固构件考虑,所以

23、边跨梁的抗弯刚度减小并不一定好,特别是边跨跨度相对较短时,如果其刚度太小,不能很好的起到锚固作用。此外,斜拉桥的整体刚度虽然受拉索轴向抗拉刚度的影响较为明显,但仅仅提高拉索刚度并不能将跨径提高到特大跨径范围来,还必须增加边跨的锚固支撑作用,从而减小挠跨比提高整体刚度,这可以采用刚度较大的混凝土主梁做边跨、边跨加密辅助墩的方法来解决。当边跨主梁的刚度增大时,不仅可以减小主跨梁的内力和变形,而且还可以减小或避免边跨端支点的负反力。鉴于这种思路,于是就出现了主跨设计为钢梁、边跨设计为刚度和自重较大的混凝土梁的钢-砼混合梁斜拉桥,这种桥型以其合理的力学性能和良好的经济性能得1 第一章 绪 论 到了世界

24、各国的青睐。近年来,混合梁结构在斜拉桥中的应用越来越多,发展也越来越8,9,11,12,13,14,15,16快,与其它结构相比,其展现出来的优势非常显著 。 1.2.2 混合梁斜拉桥在国外的发展历程 世界上第一座混合梁斜拉桥诞生于原西德,即库尔特-舒马赫(Kurt-Schumacher)桥,建于 1972年,该桥连接曼海姆和路德维希港,桥梁跨度为(287.04 +146.41)m,系独塔斜拉桥,钢梁与预应力混凝土箱梁的连接断面设在桥塔处,钢梁与预应力混凝土17箱梁的结合方法为剪力键加预应力粗钢筋 。 西德在对库特-舒马赫桥的断面形状、塔的材料等进行改进后,使跨度不断加大。1979 年又建成了

25、主跨达 368m 的弗来埃(Flehe)桥,该桥横跨杜塞尔多夫Dusseldorf河,其结合段设在桥塔断面处。此桥的截面形状,索塔的材料等都在库尔特-舒马赫桥的基础上有了很大的改进,它的建成对欧洲其他各国产生了一定的影响。在这一时期,9,10,11,12以欧洲为中心,先后又建成了为数不少的不同跨度的混合梁斜拉桥 。 乌克兰基辅第聂伯尔河桥,其主跨为 564.5m长的斜拉桥,其主孔跨度为 271m,以斜拉桥的独塔为分界点,在该桥塔的主跨侧的加劲梁采用钢箱结构,而边跨侧为按节段12式施工的预应力混凝土箱梁结构。该桥为公铁两用斜拉桥 。 1988 年,位于北美洲的墨西哥建成的坦皮科Tampico桥。

26、为了减小边跨的负反力,将主跨做成轻而薄的钢结构,将边跨做成较重的钢筋混凝土结构,二者结合处沿桥轴线方向施加预应力,使其形成整体。坦皮科桥的主跨 360m,钢箱梁长 293.5m,即两侧的10,18钢筋混凝土结构分别伸入主跨 33.25m 。 法国的桥梁工程技术人员对混合梁斜拉桥的建设非常关注,于 1995 年一举建成主跨达 856 m 的诺曼底Normandie桥,成为世界上第一个建造主跨接近 1000m 斜拉桥的10国家 。 在亚洲,日本是最先尝试混合梁斜拉桥的国家之一。日本在引进国外先进技术上进步很快,以大阪大和桥主跨 83m为起点,陆续建成数座混合梁斜拉桥。1985年建成秩父桥、十胜中央

27、桥;1991年建成的生口桥,主跨一跃为 490m;1997 年建成洪名湖桥,是一座造型别具一格的混合梁斜拉桥,其独特之处主要是指桥塔形状为 A形曲线塔。从桥的立面上看外形象一条航行中的帆船。1999年建成的多多罗大桥(见图 1-l) ,其主跨9,10,12,19,20达 890m。2001 年建成的木曾川桥,是一座混合梁四塔部分斜拉桥 。 1.2.3 混合梁斜拉桥在国内的发展历程2 长安大学硕士学位论文图 1.1 日本多多罗大桥 11我国在混合梁斜拉桥建设方面起步较晚,但发展的速度并不慢 。 国内首座混合梁斜拉桥是 1996年建成通车的上海徐浦大桥,其主跨为 590m,超过13日本生口桥 10

28、0m 。 111997年香港汲水门大桥建成,该桥为公铁两用斜拉桥,主跨也达到 430m 。 1999 年汕头石大桥建成通车,该桥主跨 518m,加劲梁采用混合梁主梁后,既满足10了中跨和边跨主梁的重量平衡,又保证了端部锚索的稳定,改善了塔在纵向的受力 。 武汉白沙洲长江大桥的主跨为 618m,于 2000 年建成,一举成为当时国内同类型桥11梁之最 。 2000年,台湾高屏溪桥建成,该桥是独塔斜拉桥,主跨为 330 m。天津海河桥也是9,11,12,21独塔斜拉桥,主跨为 310m 。 2001年舟山桃夭门大桥顺利建成,设计人员合理地利用桥址处的地形,两桥塔设在两侧岛屿的海岸边,将主跨定为 5

29、80m,用混凝土梁来平衡主跨的重量,虽然该桥的跨度不是国内第一,但设计人员的构思都不同于石大桥、白沙洲长江大桥,其表现之一就12是结合段的构造细节处理 。 香港昂船洲桥(见图 1.2),主跨达 1018m,堪称同类型桥梁之最,超过了日本多多14罗大桥 。 苏通长江大桥,在进行方案比选阶段也曾就混合梁斜拉桥方案进行过比选,只因桥10位处于广阔的水域中心,且边孔有通航要求而放弃 。 从混合梁斜拉桥的资料可以看到,混合梁斜拉桥的数量不断增加,跨度纪录不断更11新。我国混合梁斜拉桥的数量和跨度的发展在世界上占有重要地位 。3 第一章 绪 论图 1.2 香港昂船洲大桥 1.2.4 混合梁斜拉桥的特点 混

30、合梁斜拉桥的主梁沿长度方向由两种不同的材料组成,主跨梁体为钢梁,边跨(或伸入主跨一部分)的梁体为混凝土梁。混合梁斜拉桥主跨采用钢梁,不仅跨越能力大,且使钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能得到了充分发挥,具有良好的经济性。而边跨9,10,22采用混凝土梁起到了很好的锚固作用且兼有可降低建桥成本的特点 。 在实际应用中,混合梁斜拉桥较单一的钢梁斜拉桥或混凝土梁斜拉桥有许多的优12点,主要体现在 : (1)中跨采用自重较轻的钢梁,边跨采用自重和刚度较大的混凝土梁,增加了边跨主梁的重量和刚度,又由于混凝土主梁具有良好的锚固和压重作用,从而避免了边跨的桥墩上浮,减小了主跨梁体的内力和变形,降低甚至消除了边

31、跨端支点的负反力,从11而加大了斜拉桥的跨越能力 。 (2)混合梁斜拉桥采用密边跨即在边跨设置辅助墩可大大减小边跨挠曲对中跨的11,15影响,使结构受力更接近于弹性支撑连续梁 。 (3)混合梁斜拉桥边跨和主跨是一种锚固与被锚固的关系,这种锚固并不像悬索桥那样是集中锚固,而是分散于整个边跨,因此,既使中跨跨越能力大大提高,又使边12跨不必做得非常强大 。 (4)与同等跨度的钢斜拉桥相比,混合梁斜拉桥主跨内力和挠度明显减少,也减19小了索塔顶端位移及索塔根部弯矩 。 (5)边跨辅助墩的设置和沉重的混凝土边跨提供的稳固支撑降低了活载引起的拉4 长安大学硕士学位论文 23索力的变化幅度,减小了疲劳影响

32、 。 (6)主塔和边跨预应力混凝土梁可同时施工,边跨混凝土梁架设方便。主塔和边跨施工完成后,主梁钢箱梁也可较容易地从主塔侧开始悬臂拼装架设,加快施工进度11,12。 (7)由于边跨混凝土主梁的设置使得混凝土主梁不但起到压重、增加全桥的整体刚度和直接参与受力的作用,有效地发挥了钢与混凝土材料的特性,减少全桥钢梁长度,12,15还起到降低工程造价的作用,因此混合梁斜拉桥逐渐被推广采用 。 1.2.5 混合梁斜拉桥的适用范围 混合梁斜拉桥的适用范围一般而言,当斜拉桥的主跨与边跨的正常比例受到限制(即边跨跨度较小)时,若采用钢斜拉桥,边跨的锚固和压重作用不足,在活荷载作用下,边跨的支点可能会出现负反力

33、,甚至出现桥墩上浮现象。如果边跨采用预应力混凝土梁,则可以有效地控制主跨钢箱梁的变形,提高斜拉桥的刚度。由此可知,混合梁斜9,17,22,24拉桥可较好地解决主跨与边跨间比例不协调的矛盾 。 有资料表明:钢斜拉桥的最大合理跨径在 700m 以内,混凝土斜拉桥的最大合理跨径在 500m 以内,当跨径超过 800m 时,一般认为钢斜拉桥挠曲变形很大且不经济,而一般混凝土斜拉桥由于自重过大难以架设,也就是说,钢斜拉桥和混凝土斜拉桥由于自身的局限性很难满足大跨度的要求,混合梁斜拉桥集两者优点于一体,满足了大跨度(跨径 800m以上)的要求。著名的诺曼底桥、多多罗大桥根据桥位处的地形,良好地利用9,12

34、,22了混合梁的特点,一举成为同类型桥梁中的世界之最 。 1.2.6 混合梁斜拉桥仍须继续研究的问题 如前所述,混合梁斜拉桥以其独特的构造和经济优势显示出其强大的生命力,在国内外得到广泛的应用。因此,积极开展混合梁斜拉桥研究具有重要的现实意义,对混合11梁斜拉桥仍须继续研究的工作主要包括以下几个方面 : (1)钢主梁与混凝土主梁的结合段是结构和材料特性的突变处,往往形成结构的22,25薄弱部位。若结合段处理不当容易出现问题,因此,有进一步深入研究的必要 。 (2)在结合段位置,钢与混凝土结合主要依靠剪力键和张拉预应力钢筋来传力,结合段刚度的匹配至关重要,结合段的结合形式、结合段的长度、混凝土的

35、填充量等都25会影响结合段的刚度,国内的研究资料较少,需进行大量的研究工作 。 (3)边跨混凝土梁的作用之一是为了平衡主跨的重量,应研究合理的主跨与边跨5 第一章 绪 论 比例关系、选择合理的混凝土梁与钢梁的连接位置及边跨受力分析,最大限度地发挥混11,25凝土的作用,使之既能满足受力要求,又能达到经济合理且利于施工的目的 。 11(4)结合段在恒载、活载共同作用下的使用性能需结合实际桥梁工程进行观测 。 (5)混合梁斜拉桥,主跨的重量轻,边跨因起锚固梁的作用,所以边跨的抗弯刚度并非越小越有利。当主梁的抗弯刚度减小以后,扭转刚度也会随之变小,所以有必要11,13研究扭转振动和挠曲振动之间的关系

36、 。 (6)钢箱梁结构刚度较小,在吊装过程中的挠曲变形和结构稳定性需要在分析计11算和施工过程中引起进一步重视 。 1.3 塔 梁同 步施工方 法概述及 研究现状 斜拉桥的施工方法主要有支架现浇法和悬臂施工法,但多数采用常规的先施工主塔,后施工主梁,塔梁施工相互分离的施工方法,这种施工方法积累了丰富的经验,技术也较成熟。塔梁同步施工方法则是在主塔施工还没有完成的时候,就开始主梁的施工,塔梁施工相互交融,在此过程中同时进行斜拉索的挂设和张拉,这种施工方法可以明显的缩短工期,并因此降低造价,例如已经建成的黑龙江绥芬河斜拉桥采用这种方法,将工期缩短了 35 天,并且因为时间的缩短而使合拢在一个较好的

37、大气温度下进行26,27,28,29。 塔梁同步施工方法在中国比较罕见,与塔梁异步施工方法相比,它的优势主要表现在: (1)通过合理计算塔梁同步施工对成桥线型内力影响的前提下,实现塔梁同步施工,将施工人员、机械合理安排,与非同步施工相比,同步施工缩短的工期是十分明显的;27(2)降低工程造价、节约施工成本 。 虽然混合梁斜拉桥具有这些优势,但是混合梁斜拉桥塔梁同步施工方案是否可行,需要注意哪些问题,能否达到和非同步施工一样的较合理的成桥状态,目前研究较少。塔梁同步施工过程中有待解决的问题包括: (1)如何减小施工过程中误差的影响,使塔梁同步施工完成后标高、索力、应力达到设计监控的要求; (2)

38、在许多不平衡因素的影响下,如何保证索塔的垂直度是塔梁同步工艺施工对施工监控提出的一个重大难题26,27。 现阶段关于塔梁同步施工的研究文献也很少,一文献中通过直接采用非同步施工方案的索力进行同步施工和非同步施工的计算,比较了单塔斜拉桥(两侧对称)塔梁同步施工和非同步施工的成桥内力和线形,得出了两者差别不大的结论,并指出了塔梁同步施工过程主塔的压应力较小,需要特别注意。但是对于双塔斜拉桥,采用塔梁同步方法6 长安大学硕士学位论文 施工是否仍然可以保证达到和非同步施工一样的合理成桥状态,且塔梁同步施工过程中主塔的应力情况及施工过程的结构体系的变化也没有更多的详细的工程实例分析可供26参考 。 1.

39、4 工 程背 景 及现实 意义 1.4.1 工程背景 本文研究对象是福州市三环路东北段 B 段道路工程标段(简称福州淮安大桥),其效果图详见图 1.3。淮安大桥是三环路跨越闽江的重点控制性工程,位于闽江和乌龙江分叉点下游约 1.8公里处,主桥北起闽侯荆溪镇永丰村,向南依次跨越甘洪路、闽江、淮安头规划环岛路,止于淮安侧三环线主线落地点。该桥主桥为双塔双索面钢-混凝土混合梁斜拉桥,支承体系为半飘浮体系。桥梁孔跨布置为(45+67)m+416m+(67+45)m,主桥全长 640m,桥面宽 40 米,双向 8 车道,其桥型立面布置图详见图 1.4。边跨各设有一个辅助墩,在边墩、辅助墩的墩顶处设纵向活

40、动支座,单侧横向约束。在索塔处设纵向活动支座,横桥向设置横向支座。图 1.3 福州淮安大桥效果图 (1)主梁 主跨钢梁为全焊钢箱梁结构。箱梁顶宽 40m,中线处梁高 3.5m,中室宽 15.2m;边梁,钢箱梁顶板厚 14mm,底板厚 12mm,中腹板厚度 14mm,边腹板厚度 32mm。索梁锚固区位于箱梁边腹板处,采用钢锚箱结构。钢锚箱由端承板、锚固区腹板、预埋钢管、加劲肋板构成。端承板厚度 40mm,锚固区腹板厚度 40mm。钢箱梁工厂制作,水路运7 第一章 绪 论 输,吊机悬臂拼装施工。钢箱梁构造如图 1.5所示。附注 1:图中尺寸以米计 图 1.4 桥型立面布置图附注 1:图中尺寸以米计

41、 图 1.5 淮安大桥主桥钢箱梁构造图 边跨混凝土梁为单箱三室截面,箱顶横向设 2%横坡。箱顶宽 40m,箱底宽 35.2m,悬臂长度 2.4m;标准截面中点处梁高 3.5m,顶板厚 35cm,底板厚 40cm;中腹板厚 60cm,箱宽 14.6m;边腹板厚 1.5m,箱宽 8.2m;悬臂端部板厚 15cm,悬臂根部板厚 40cm。主梁索锚区设置在箱梁边腹板,采用锚槽形式。边跨混凝土梁采用 C55砼,设置有纵、横双向预应力束,根据施工方法划分为边跨混凝土 A、B、C 三个节段,支架分阶段现浇施工。主桥边跨混凝土梁构造如图 1.6所示。 钢混结合段包含边跨混凝土主梁 A 节段及主跨钢箱梁 G1

42、段,总长度 8425mm,其中钢混接头长度 2000mm,接头传力体系采用填充混凝土后承压式。钢箱梁 G1 节段端部设置多格室结构,在隔室中填充混凝土,通过格室钢板与混凝土的摩擦力传递轴力、剪力和弯矩。钢格室腹板上设置 PBL 键以提高钢混结合段的延性。为了使钢箱梁与混凝土箱梁结合紧密,采用预应力钢筋(JL32 高强精轧螺纹钢筋)进行连接。考虑填充8 长安大学硕士学位论文 混凝土应力分散所必要的面积、格室内焊接空间、构件加工制作可行性等因素,钢格室高度取 800mm。为了使钢箱梁节段截面特性逐渐过渡,G1 段钢梁顶板、底板 U 型加劲肋设置倒 T 型加劲板进行过渡,截面过渡段长度 3425mm

43、;该节段顶、底板厚度局部加厚至 20mm。附注 1:图中尺寸以米计 图 1.6 淮安大桥主桥混凝土梁构造图 (2)索塔及基础 淮安大桥主塔为 A型塔,总塔高为 115m,塔顶高程+125.03m,承台顶高程置于现状地面以下高程+10.03m。桥面以下塔柱高度 15.799m,桥面以上塔高 99.201m。主塔轮廓顺桥向为一竖直等宽矩形,主塔横桥向外轮廓线形变化较多,自上而下分为上、中、下塔柱。上塔柱作为索锚区采用整体箱形截面;中塔柱横向分离为两个独立塔柱;下塔柱为了适应主梁支座的设置采用单箱双室截面。主塔塔间共设一道横梁,横梁采用圆弧×2.0m 的矩形截面。主塔基础承台采用分离式,单

44、个×14.4m,厚度 5.5m,中间系梁连接,台下行列布置 9 根 2.5m 的钻孔灌注桩,桩基根据地质情况选用端承桩,桩基全截面进入微风化花岗岩不少于 5.0m。分离式承台横向净距 26m,台间设置横向系梁连接成整体以抵抗分离式塔柱的横向水平力。系梁宽度 4m,高度 5.37m。主塔基础均位于岸上,采用常规陆上施工工艺,主塔所示。 (3)斜拉索 斜拉索采用空间扇形索面布置,索面在主梁处的横向锚固点间距:中跨为 34.04m,边跨为34.1m。斜拉索梁上索间距:边跨(混凝土梁)侧 6.0m,中跨(钢梁)侧12.3m。9 第一章 绪 论 塔上竖向间距 2.0m。斜拉索采用常用的双层热挤

45、 PE 护套半平行钢丝拉索体系,外层为白色。斜拉索护套表面采用双螺旋线。采用 7mm 高强环氧涂层平行钢丝(fpk1670Mpa),PESM7 冷铸镦头锚锚固体系,塔端为张拉端,梁端为固定端,塔端为张拉端锚具,梁端为固定端锚具。斜拉索规格共 6 种,分别为:PES7-151、PES7-187、PES7-211、PES7-241、PES7-283、PES7-301。 附注:图中尺寸以米计图 1.7 淮安大桥主塔构造图 图 1.8 索塔施工分节图 (4)辅助墩、边墩及桥台 ×3.6m。每墩设置4 根 1.5m 的钻孔桩,桩基全截面进入中风化花岗岩不少于 5.0m,承台平面尺寸为×

46、;6.1m,承台厚度 2.5m;N3 采用分离式独柱双壁式墩,墩中心线距离路线中心线距离 10.0m。桥墩纵向宽 3.9m,引桥侧厚度 1.6m,主桥侧厚度 2.3m,壁厚 1.2m,桥墩横向宽度 5.7m。每墩设置 4 根 ×6.5m,中间系梁连接,承台厚度 2.5m;S3号桥台采用 L坐板台,台身基础厚度 1.7m,宽 3.5m,10 长安大学硕士学位论文 长 40m,基础嵌入中风化花岗岩 1m。桥台设置 72根锚杆,单根锚杆长 12m,其中锚固 段 6.0m,自由段 6.0m。 1.4.2 现实意义 福州市淮安大桥在三环路的特殊交通地理位置,作为三环路全线闭合的重点控制性工程,

47、大桥主跨跨径为 416米,是福州市主城区最大跨径的桥梁工程,能提前通车,将产生巨大的社会效应。福州市建委和福州市政府分别于 2010年 8月 7日、 14日召开了“下半年 150天城建战役动员大会”和“福州实施城市建设战役动员部署大会”,会议要求 2011年底三环路全线贯通,淮安大桥必须在 2011 年底以前建成通车。 该桥于 2010年 9月 21日动工,工期 25个月,原计划 2012 年国庆前竣工通车,为了提前通车,最终确定采用塔梁同步施工新工艺,即到一定高度时,同步进行钢箱梁吊装,上部浇筑主塔,下部吊装箱梁施工。这在福建省桥梁施工中尚属首次,在国内也罕见。大桥施工把工期从 25 个月压

48、缩到 15 个月,已于 2012 年 1 月 3 日剪裁通车,创造了建桥奇迹。作为福州市三环路跨越闽江的重点控制工程,主桥北起闽侯荆溪镇永丰村,南接仓山建新镇淮安村,而且采用塔梁同步施工方案一方面节约工期,另一方面节约费用,对于整个大桥如期顺利完成意义非常重大。这将带动福州市的经济发展。淮安大桥必将成为福州市城市标志性建筑。 1.5 论文研 究的主要 目的和研 究内容 论文研究目的 斜拉桥结构形式多种多样,结构受力复杂,施工结构体系的转换较为频繁,针对不同的桥型选择合理的控制思路和控制方法,是确保施工过程安全和达到目标状态的关键30。在理论计算过程中,斜拉桥通过调整索力等方法来改变结构的受力状

49、态,使结构在确定的荷载作用下,受力性能的指标达到最优。但在实际施工控制过程中,斜拉桥受力性能的好坏并不能仅用单一的因素来控制,还有很多其他的因素也必须考虑。 本文通过对福州市淮安大桥的理论计算和现场施工控制及研究,提出施工控制过程中应注意的重点难点问题,探讨了关键问题的解决方法,为施工误差较大的情况提出了科学合理的调整措施,大大提高了斜拉桥的建设质量,保证施工安全性,减少施工费用30;而且通过精细的计算和合理的调整施工顺序验证了塔梁同步施工工艺的可行性。因而论文的理论和工程应用价值是非常明显的。通过本文的研究,也希望能为以后同种桥型的施工控制提供参考和借鉴。11 第一章 绪 论 1.5.2 论

50、文主要研究内容 本文以福州市淮安大桥为工程背景,主要研究大跨钢-砼混合梁斜拉桥施工控制技术要点,对斜拉桥塔梁同步施工方法和塔梁异步施工方法分别模拟计算,并验证塔梁同步施工方法切实可行。作者作为福州淮安大桥施工控制组主要参与成员,不仅对淮安大桥全过程进行详细精确的理论计算,而且在施工现场参与了大桥的现场控制工作以及数据分析处理工作等。本文结合在淮安大桥前期理论计算和现场施工控制期间所做工作,主要介绍以下几方面内容: 第一章首先介绍了混合梁斜拉桥的产生、在国内外的发展概况、结构特点、适用范围以及存在的问题;其次介绍了塔梁同步施工工艺的研究现状;最后对详细介绍了本文研究对象、现实意义和研究目的。 第

51、二章首先详细描述斜拉桥施工控制系统,包括斜拉桥施工控制的目的和特点以及施工控制思路的分类,并根据在施工过程中遇见的各种情况详细的分析了斜拉桥施工控制的影响因素;接着详细的介绍了淮安大桥施工监控系统的建立,包括监控方法、组织机构、工作程序以及监控系统运行过程;最后介绍了淮安大桥的监控内容。 第三章分别介绍了淮安大桥塔梁异步施工方案和塔梁同步施工方案,并根据淮安大桥图纸运用桥梁结构有限元计算软件 MIDAS/Civil 建立了全桥空间有限元仿真模型,介绍各个部分的建模思路及方法,包括各组成构件的模拟、边界条件的模拟、收缩徐变的模拟等,并对建模中需要注意的问题加以介绍分析。 第四章着重介绍了淮安大桥的理论计算以及根据实际情况在施工过程中遇见的各种控制难点和注意事项。本章首先介绍了如何利用未知荷载系数法来快速的求得满足设计要求的初始平衡状态;接着详细介绍了如何在施工过程理论计算中考虑由于斜拉索和合龙段产生的未闭合配合力来精确计算各阶段合理施工张拉力;最后根据本桥实际情况详细