开创桥梁三桁内力均衡设计新方法

1、QC 成 果 汇 报小组名称：大跨度多片钢桁梁设计QC小组 汇 报 人 ：傅战工 中 铁 大 桥 勘 测 设 计 院 有 限 公 司 200604 课题名称：开创桥梁三桁内力均衡设计新方法中铁大桥勘测设计院有限公司 200604目录一工程简介二小组概况三选择课题四设定目标五制订活动计划六提出方案并确定最佳方案七制定实施计划八按实施计划实施九确认效果十标准化与纳入管理规范十一总结及今后打算规模大双层公路，共12车道，桥面宽36m结构形式新颖三片加劲钢桁梁承重，同类型桥梁中尚无先例 跨度大主桥三跨112+208+112432m外形美观加劲弦采用抛物线线形，整体美观主桥结构特点一. 工程简介 东莞东

2、江大桥地处广东省东莞市境内，是东莞市北五环路与莞深高速路共线段、跨东江南支流的公路特大桥，上下层各六车道，采用加劲钢桁梁结构体系，在国内尚属首次。该桥具以下特点：中铁大桥勘测设计院有限公司 200604 主桥桥型图主桥桥型图如下：中铁大桥勘测设计院有限公司 200604二.小组概况小组名称大跨度多片钢桁梁设计QC小组成立日期2005.02.01活动起止日期2005.02.012005.06.30注册日期2005.02注册号BRDI200507课题名称开创桥梁三桁内力均衡设计新方法课题类型创新型QC教育时间50h活动次数6次出勤率95%1.小组简介中铁大桥勘测设计院有限公司 2006042.小组

3、成员概况姓名性别年龄文化程度职称组内职务附注沈泽向男69本科高级工程师组长徐恭义男43博士教授级高工技术指导李华云男41本科高级工程师组员梅新咏男40本科高级工程师组员王东晖男36本科高级工程师组员傅战工男31本科工程师组员彭振华男36本科高级工程师组员刘桂红女42大专工程师组员胡辉跃男25本科助工组员中铁大桥勘测设计院有限公司 200604三.选择课题部门质量目标选题理由选定课题我院质量方针一桥飞架，稳坐百年高科技，高质量，高效率，高信誉三桁承重，中桁与边桁受力、变形不协调，不便同一配置杆件截面和制造，且影响使用及外形美观创造新技术，开创内力调整新方法开创桥梁三桁内力均衡设计新方法中铁大桥勘

4、测设计院有限公司 200604四.设定目标 东江大桥的结构特点为三片加劲钢桁梁承重，是一种全新的结构体系，其设计难点在于怎样才能使三桁的内力均衡，即在恒载和活载的共同作用下，中桁与边桁的杆力基本一致、竖向位移基本协调。而对于工程实际，其杆力差值、位移差值必须满足规定要求，确保桥梁施工、制造及使用安全，于是确定了以下两个活动目标 ： 目标1：三片桁相对应杆件的内力差值5 目标2：三片桁相对应节点的竖向位移差值2mm 中铁大桥勘测设计院有限公司 200604五.制订活动计划活动项目活动时间：2005年2月2005年6月2月3月4月5月6月提出方案 并确定最佳方案制订实施计划按实施计划实施确认效果标

5、准化与纳入管理规范、总结中铁大桥勘测设计院有限公司 200604六.提出方案和确定最佳方案 （一）提出方案 为了构思出切实可行的措施，保证三片桁的内力和竖向位移基本一致，对各种设想规类汇总后，定出几个可选方案如下： 方案一增大桥面系刚度增大桥面系刚度能提高主桥横向抗扭刚度，协调三片桁之间的变位，协调三片桁的内力和竖向位移。中铁大桥勘测设计院有限公司 200604方案二加大中桁杆件截面尺寸增大中桁杆件截面，减小边桁杆件截面，调整中桁和边桁的刚度，从而调整中桁和边桁的应力、竖向位移。中铁大桥勘测设计院有限公司 200604方案三将中桁设计成2片桁此方案实际上将此桥设计成了两幅桥，中桁和边桁的应力、

6、竖向位移基本上一致。中铁大桥勘测设计院有限公司 200604方案四施工时调整内力此方案通过调整内力，不需增大桁架各杆件截面的情况下，使中桁和边桁的内力、应力、竖向位移比较接近，且支反力也接近。中铁大桥勘测设计院有限公司 200604（二）方案分析论证 为了确定最佳方案，小组成员对各个方案的技术可行性、制造安装难易度、经济合理性、整体美观、预期效果等进行了广泛比较和评估分析。中铁大桥勘测设计院有限公司 200604方案分析表序号 分析方案技术可行性经济合理性制造、安装难易度整体美观预期效果1增大桥面系刚度技术成熟，构造相对简单通过增大纵横梁和平联的截面来实现，因而需增加钢料8 制造工艺成熟，安装

7、相对简单外形美观、线形流畅中、边桁的内力和竖向位移相差 ：6%15% 2加大中桁杆件截面尺寸技术成熟，构造相对简单中桁需增加钢料10 制造工艺成熟，安装相对简单中桁、边桁外形不协调,透光性差，有压抑感，整体不美观中、边桁的内力相差：15%25% 3将中桁设计成2片桁技术成熟，但中桁桥墩上需设置2个支座，构造稍复杂实际上为2幅桥，需增加钢料15 制造工艺成熟，安装比较烦琐中桁、边桁外形不协调，透光较差，整体不美观中、边桁的内力和竖向位移基本一致4施工时调整内力从未设置过横向预拱度，而设置竖向预拱度技术成熟中桁与2片边桁采用同一截面，可节省钢料4制造精度要求较高，施工难度稍大外形协调，透光好，舒适

8、度高，整体美观、线形流畅中、边桁的内力相差在5%以内，位移差值12mm中铁大桥勘测设计院有限公司 200604方案评估表序号方案评估综合得分是否采用 组员 项目沈泽向徐恭义梅新咏王东晖李华云傅战工彭振华刘桂红胡辉跃1增大桥面系刚度技术可行性经济合理性制造安装难易度整体美观预期效果 137不采用2增大中桁杆件截面尺寸技术可行性经济合理性制造安装难易度整体美观预期效果 135不采用3将中桁设计成2片桁技术可行性经济合理性制造安装难易度整体美观预期效果125不采用4施工时调整内力技术可行性经济合理性制造安装难易度整体美观预期效果 163采用中铁大桥勘测设计院有限公司 200604 通过上述的方案分析

9、和评估论证，确定得分最高的方案作为解决三片桁受力不均衡的方案。因而选定此方案： （三）确定最佳方案选定方案方案四：施工时调整内力中铁大桥勘测设计院有限公司 200604 根据最终所确定的方案，小组针对要达到的目标，对可能出现的问题采取了相应的措施，对责任人、计划完成的日期等进行了细致的安排，真正做到目标明确、措施得力、责任到人。具体的对策表如下：七. 制订实施计划中铁大桥勘测设计院有限公司 200604实施计划表序号问题对策目标措施地点时间责任人1横梁与主桁连接难度大改变横梁与主桁的连接方式确保横梁和主桁固结，有效地与主桁共同作用横梁通过隅撑与主桁连接，中桁处的隅撑穿透节点板和竖杆，并与之焊接

10、设计室2005年 34月沈泽向徐恭义李华云刘桂红2中桁节点竖向位移比边桁大40mm左右调整中桁与边桁挠位移值在恒载+1/2静活载作用下，中桁与边桁的竖向位移基本一致设置横向预拱度，钢梁安装完成后，使中桁各支座下沉35mm设计室2005年45月徐恭义沈泽向胡辉跃彭振华3中桁杆内比边桁大12%20%调整中桁与边桁的内力值在恒载+活载作用下，中桁与边桁内力、应力基本上一致设置横向预拱度，钢梁安装完成后，使中桁各支座下沉35mm设计室2005年45月徐恭义沈泽向胡辉跃彭振华4主桁跨中挠度太大，已达700mm左右调整主桁竖向位移在恒载+1/2静活载作用下，使主桁的竖向位移为0设置竖向预拱度，并使两端支座

11、下沉38cm，设计室2005年6月李华云傅战工彭振华刘桂红中铁大桥勘测设计院有限公司 200604八.按实施计划实施实施一：对于横梁与主桁的连接，通过隅撑与主桁固结。但隅撑与中桁节点处的节点板及竖杆相交错，因而研究出了隅撑从节点板和竖杆中穿透的方案，并使隅撑的腹板与节点板和竖板焊接牢固。此方案的另一个前提是使隅撑的截面及抗弯刚度大于横梁，确保等刚度连接。此种固结方式是连接方式的创新，安全有效。其连接示意图如下：中铁大桥勘测设计院有限公司 200604横梁与主桁连接图中铁大桥勘测设计院有限公司 200604实施二、三：对于中桁与边桁的内力、应力、竖向位移不均衡问题，小组成员最终提出了设置横向预拱

12、度的方案，无应力状态时中桁高出边桁35mm，安装完成后使中桁支座下沉35mm。此方法巧妙地解决了上述难题，也节省了钢材。本桥设计中的主要技术难点得到圆满解决。其具体设置如下图所示： 中铁大桥勘测设计院有限公司 200604中铁大桥勘测设计院有限公司 200604中铁大桥勘测设计院有限公司 200604实施四：设置竖向预拱度，并使端部支座的下沉。但本桥为空间三片桁架，竖向预拱度的设置必须考虑水平位移与竖向位移值的组合，其值为恒载+1/2静活载作用下的取值。预拱值通过上弦杆件的伸长或缩短得以实现主桁的上拱，在恒载+1/2静活载作用下消除上拱位移，桥面基本上水平。竖向预拱度设置图如下：中铁大桥勘测设

13、计院有限公司 200604预拱度设置图中铁大桥勘测设计院有限公司 200604九.效果检查 全桥静力计算表明，通过设置横向预拱度，主桥三片桁均采用同一截面时，其内力、应力及竖向位移基本均衡。各项结果比较如下： 中铁大桥勘测设计院有限公司 200604主力下应力边桁主力下应力中桁中铁大桥勘测设计院有限公司 200604（二）在恒载+1/2静活载工况下，中桁与边桁的竖向位移比较如下:竖向挠度边桁竖向挠度中桁中铁大桥勘测设计院有限公司 200604将上述结果和活动前及目标值用柱状图表示如下：中铁大桥勘测设计院有限公司 200604效益分析表此外，也取得了相应的其它效益，如下表：经济效益社会效益技术效

14、益个人效益运用QC方法使东莞东江大桥主桥三片桁相对应杆件采用同一截面，节省了钢料4,达400t体现了我院的设计水平和设计质量，树立了良好的信誉创造了内力调整新技术；进一步完善了钢结构的细部构造，为多片钢桁梁的设计积累了宝贵的经验 提高了小组成员的创新意识和质量意识，为小组成员技术的发展奠定了更坚实的基础中铁大桥勘测设计院有限公司 200604十.标准化与纳入管理规范 1.设置横向预拱度而进行横向内力调整的新技术已通过评审，得到了相关专家的认可，我们已将其编入了技术参考资料，以供借鉴 。 2.横梁与中桁的连接方式的创新，也为钢梁的细部构造发展积累了宝贵的资料，我们将其纳入了部门参考资料。中铁大桥勘测设计院有限公司 200604十一.总结与今后打算 1.创造了新技术。通过开展此次QC小组活动，我们提出了“设置横向预拱度”的内力调整新技术，达到了预期的目标。这为多片钢桁梁的发展奠定了基础，开创了内力均衡设计的新方法。 2.提高了小组成员的创新意识。通过此次活动，小组成员的综合能力也得到了全面提高，而技术创新能力的提高