公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法，主桥施工前完成滑道梁及滑道的精确吊装，控制钢桁架下部支承结构三桁高差在10mm内。根据设计方案及现场初始数据，利用有限元软件分析三桁高差对主桥影响，计算各施工工况下三桁高差的安全限值。每一次顶推结束后进行滑块倒换并根据现场计算标高重新抄点，精确控制三桁高差在1mm内。钢梁底部通过弹性橡胶垫与滑块接触，限制顶推过程中三片主桁相对竖向位移，动态控制三桁高差。本方法利用三桁高差控制系统实现了三桁大跨度钢桁梁桥施工，可操作性强，施工便捷，安全可靠，经济合理，在多片主桁大跨度钢桥梁施工中具有推广价值。
【专利说明】
公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及大跨度刚桁梁桥施工技术领域，具体属于公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法，主要用于大跨度连续钢桁梁桥在主桥架设及顶推施工阶段内力调整。
【背景技术】
[0002]随着我国铁路建设跨越式发展的深度推进，刚性悬索加劲钢桁梁桥作为新颖的大跨度公铁两用桥结构形式，因其自身刚度大、跨越能力大、全桥内力分布合理、建筑造型美观等优势在铁路桥梁建设中成为了重要发展方向。目前国内有两座该结构形式桥梁，即东莞东江大桥和济南黄河大桥。东莞东江大桥为(112+208+112)m双层公路桥，采用悬拼法架设。加劲弦线性为二次抛物线，采用原位安装。济南黄河大桥为(128+3 X 180+128)m双层公铁两用桥，采用顶推法架设。加劲弦线性为圆弧线，顶推过程中安装，采用多点起顶辅助合龙。
[0003]三桁结构受力复杂，空间效应明显，中边桁荷载分担比不同，中桁受力明显大于边桁，施工过程中很难保证三桁高度完全相同。三桁高差对主梁内力分配有很大的影响，中桁相对边桁高度增加，会使得中桁支反力呈线性增长，并引起三桁内力重新分配；同理，边桁相对中桁高度增加，也会使得边桁支反力呈线性增长趋势，并引起三桁内力重新分配。单一某片主桁支反力增大，容易造成主梁节点局部受力过大，并对下部支承体系造成巨大的安全风险。同时，若以内力较大的单片主桁受力控制施工，会造成其他两片主桁构件强度得不到充分发挥，造成材料的浪费。三桁高差的控制对于桥梁施工具有十分重要的意义，然而对此目前尚没有非常成熟的技术手段。
【发明内容】
[0004]针对上述现状，本发明旨在提供一种操作可行、安全可靠、经济实用的公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法，解决大跨度三桁钢梁桥施工过程中安全质量控制的技术难题。
[0005]为实现以上目的，本发明提供如下方案如下:
公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法，包括有以下施工步骤:
(1)墩顶滑道梁安装，利用全站仪及水准仪定位，控制滑道梁标高，根据滑道梁标高确定滑道安装方案，精确定位拼装，控制钢梁下部支承结构的三桁高差；
(2)依据初步设计方案及施工现场所收集数据，通过Midas、ANSYS有限元软件建立全桥及局部模型，模拟现场施工工况，分析三桁高差对主桁内力分布、节点局部受力及下部托架构件应力影响，为施工中二析尚差控制目标提供参考；
(3)钢梁底部与滑块之间设置弹性橡胶垫，通过橡胶垫弹性变形动态调节三桁高差及顶推过程中三桁同步性；
(4)每一次顶推结束后倒换滑块，并根据计算结果重新进行滑块抄垫，精确调节主梁三桁高差，滑块上部依次垫入铸钢块、钢板、橡胶垫及一层薄钢板。
[0006]所述步骤(I)中滑道梁吊装前需完成墩旁托架的安装，在墩顶根据设计标高设置预埋钢板，滑道梁吊装前利用全站仪精确定位，保证托架柱顶板及墩顶预埋钢板标高与设计值相同，滑道梁吊装后，利用水准仪校核滑道梁表面各处标高，计算每根滑道梁纵向高差及三桁滑道梁同一断面处横向高差，根据滑道梁顶部标高测量结果，制定滑道安装方案，滑道边缘与滑道梁顶部焊接，通过加垫钢板调整滑道顶面标高，安装操作需保证滑道顶部平整，单根滑道纵向高差不超过10mm，且三桁滑道同一截面处横向高差控制在1mm内。
[0007]所述步骤(2)中Midas、ANSYS有限元软件分析的资料来源为已有施工方案及施工前期数个工况下测量、监控所收集的数据，利用Midas软件建立全桥整体模型，模拟施工现场各影响因素导致的三桁高差，计算不同三桁高差值下主桥杆件应力及支反力大小，根据全桥模型计算结果，利用ANSYS软件模拟应力较大杆件连接部位及钢梁底部支承部位的受力状态，分析受力位置局部应力，计算最大受力限值，综合全桥内力计算及局部应力分析结果，根据全桥施工控制条件，给出三桁高差上下限参考值，即为三桁高差上下限值分别为上限15_、下限25_，即中桁高于边桁不超过15_，边桁高于中桁不超过25_。
[0008]所述步骤(3)中钢梁底部与滑块之间设置弹性橡胶垫，橡胶垫规格需根据计算确定，其中竖向抗压强度需满足钢梁落顶后的承载力要求;竖向压缩模量需保证对钢梁落顶后三桁高差调整的有效范围，压缩模量过大或过小均会降低橡胶垫对三桁高差调整的效果;横向抗剪强度需满足顶推施工中水平承载力要求;剪切模量需保证顶推施工中钢梁与滑块间最大相对位移即橡胶垫上下面间最大剪切变形在控制范围之内，橡胶垫尺寸选择需根据杆件及滑块尺寸确定，保证纵横向长度大于最小尺寸要求，选用1500 X 650 X 10mm橡胶垫，压缩弹性模量为169.3MPa，剪切弹性模量为1.0MPa，抗压强度28MPa，抗剪强度2.4MPa0
[0009]所述步骤(4)中每一次顶推施工结束后，根据实际工况，计算出下一次顶推前各支承节点标高，确定各墩顶滑块摆放位置及抄垫高度，铸钢滑块放置在滑道表面，上部依次垫入铸钢块、20mm、30mm或40mm厚度的厚钢板、6mm、8mm或1mm厚度的橡胶垫及薄钢板，各支点处滑块规格尺寸相同，上下表面需满足承压要求，且在满足受力情况下尽可能轻量化，滑块上部铸钢滑块及厚钢板需按要求摆放，层数根据设计抄点确定，依据受力面尺寸每层并排放置，相邻上下两层纵横向交错摆放，最上面一层垂直主桥轴线横向摆放，三桁铸钢滑块顶部标高差值控制在5mm以内，并保证钢梁下部空间满足施工及机械摆放要求，三桁滑块抄垫钢板顶部标高差值需控制在5mm内，顶部设置薄钢板保证抄垫高度达到设计要求，并调整三桁高差控制在Imm内ο
[0010]本发明方法在石济铁路客运专线济南黄河公铁两用桥钢梁架设、顶推施工时使用，有效控制了三桁高差，保证施工顺利进行。
[0011]本发明的优点:
1、通过有限元软件模拟钢桁梁施工工况，分析三桁高差影响，得出理论高差限值，为现场施工提供技术支持，在有效保证工程质量的前提下缩短了施工工期。
[0012]2、利用橡胶垫的弹性特征，施工落梁时动态调节三桁高差，限制顶推过程中由于滑道不平引起的竖向位移，控制内力变化。同时保证钢梁底板与滑块的均匀受力，防止局部应力集中。
[0013]3、钢桁梁抄垫使用不同厚度的薄厚钢板，可以精确控制抄垫高度在Imm内，根据设计标尚，可以有效地控制同一断面处二析尚差。
[0014]4、每一次顶推循环过程中完成滑块的倒换，改变钢梁支承部位的同时根据线性重新进行标尚抄垫，保证二析尚差调整的实时性，防止施工阶段误差累计造成二析尚差过大。
【附图说明】
[0015]图1为全桥总布置示意图。
[0016]图2为墩顶布置示意图。
[0017]图3为滑道梁截面示意图。
[0018]图4为滑块截面示意图。
【具体实施方式】
[0019]参见附图，公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法，包括有以下施工步骤:施工前期完成各主墩墩旁托架2的架设，利用水准仪校核墩顶预埋版及托架柱顶板标高，控制滑道梁3支座高差，之后依次完成三桁滑道梁3吊装，滑道梁3两端与托架柱顶连接，中部与墩顶预埋版连接，且在墩顶范围内滑道梁截面发生改变，吊装过程中监控滑道梁3顶部标高，严格控制滑道梁3单根纵向高差及横向三桁高差，滑道梁3安装后利用水准仪再次测量滑道梁3表面各处标高，计算每根滑道梁3纵向高差及三桁滑道梁3同一截面处横向三桁高差。根据测量结果，制定滑道4安装方案。滑道4底部通过铺设薄钢板调整标高，保证单根滑道纵向高差不能超过10mm，且三桁滑道同一截面处横向高差控制在1mm内，水准仪测量滑道4标高符合设计值后，将滑道4固定于滑道梁3上；
主桥施工前根据设计图纸以及现场实测数据，利用Midas软件建立全桥整体模型，模拟施工过程中不同工况三桁高差，分析各工况下钢梁内力分布，计算不同三桁高差值下主桥杆件应力及支反力大小，由此分析三桁高差变化对钢梁I结构各处的影响，实际工况具体的模型实现方法如下:通过设置刚性连接模拟支架顶部的实际连接状况;通过设定不同参数的受压单元模拟滑块5及橡胶垫9;利用间隙单元模拟实际施工中初始三桁高差;根据全桥模型计算结果，利用ANSYS软件模拟应力较大杆件连接部位及钢梁底部支承部位的受力状态，分析局部应力分布状况，计算局部最大受力限值。综合全桥内力计算及局部应力分析，根据全桥施工控制条件，给出三桁高差上下限参考值；
每一次顶推结束后，从前至后依次起顶倒换滑块5并完成抄垫。先利用竖向千斤顶6起顶使某一位置滑块5脱空，再将滑块由滑道前端移至后端下一次顶推初始位置;根据现场同步计算结果，确定滑块5抄垫高度，滑块移动到位后，首先摆放铸钢块7，根据实际需要选择铸钢7块尺寸及摆放数量，相邻上下两层纵横向交错摆放，且最上一层垂直主桥轴线横向摆放，之后进行上部钢板8抄垫，依据抄垫高度选择钢板尺寸，每层钢板8紧密摆放，相邻上下两层纵横向交错摆放，且最上一层垂直主桥轴线横向摆放;摆放完成后测量三桁抄点钢板8顶部标高，三桁高差控制在5mm内；校核测量数据后，在钢板8上摆放弹性橡胶垫9。橡胶垫9规格及摆放方式根据现场实际情况确定，确保橡胶垫9满足上下最小受力面要求，能够有效扩散应力，最后在橡胶垫9顶部塞入厚度为6?1mm薄钢板10，完成最终抄垫，使各支点高度达到方案设计值，且根据测量结果校核钢板10顶部标高，控制最终三桁高差在Imm内，抄垫完成后竖向千斤顶6收缩，将钢梁I落于滑块5上，进行下一位置滑块5倒换。
【主权项】
1.公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法，其特征在于:包括有以下施工步骤: (1)墩顶滑道梁安装，利用全站仪及水准仪定位，控制滑道梁标高，根据滑道梁标高确定滑道安装方案，精确定位拼装，控制钢梁下部支承结构的三桁高差； (2)依据初步设计方案及施工现场所收集数据，通过Midas、ANSYS有限元软件建立全桥及局部模型，模拟现场施工工况，分析三桁高差对主桁内力分布、节点局部受力及下部托架构件应力影响，为施工中二析尚差控制目标提供参考； (3)钢梁底部与滑块之间设置弹性橡胶垫，通过橡胶垫弹性变形动态调节三桁高差及顶推过程中三桁同步性； (4)每一次顶推结束后倒换滑块，并根据计算结果重新进行滑块抄垫，精确调节主梁三桁高差，滑块上部依次垫入铸钢块、钢板、橡胶垫及一层薄钢板。2.根据权利要求1所述的公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法，其特征在于:所述步骤(I)中滑道梁吊装前需完成墩旁托架的安装，在墩顶根据设计标高设置预埋钢板，滑道梁吊装前利用全站仪精确定位，保证托架柱顶板及墩顶预埋钢板标高与设计值相同，滑道梁吊装后，利用水准仪校核滑道梁表面各处标高，计算每根滑道梁纵向高差及三桁滑道梁同一断面处横向高差，根据滑道梁顶部标高测量结果，制定滑道安装方案，滑道边缘与滑道梁顶部焊接，通过加垫钢板调整滑道顶面标高，安装操作需保证滑道顶部平整，单根滑道纵向高差不超过10mm，且三桁滑道同一截面处横向高差控制在1mm内。3.根据权利要求1所述的公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法，其特征在于:所述步骤(2)中Midas、ANSYS有限元软件分析的资料来源为已有施工方案及施工前期数个工况下测量、监控所收集的数据，利用Midas软件建立全桥整体模型，模拟施工现场各影响因素导致的三桁高差，计算不同三桁高差值下主桥杆件应力及支反力大小，根据全桥模型计算结果，利用ANSYS软件模拟应力较大杆件连接部位及钢梁底部支承部位的受力状态，分析受力位置局部应力，计算最大受力限值，综合全桥内力计算及局部应力分析结果，根据全桥施工控制条件，给出三桁高差上下限参考值，即为三桁高差上下限值分别为上限15mm、下限25_，即中桁高于边桁不超过15_，边桁高于中桁不超过25_。4.根据权利要求1所述的公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法，其特征在于:所述步骤(3)中钢梁底部与滑块之间设置弹性橡胶垫，橡胶垫规格需根据计算确定，其中竖向抗压强度需满足钢梁落顶后的承载力要求;竖向压缩模量需保证对钢梁落顶后三桁高差调整的有效范围，压缩模量过大或过小均会降低橡胶垫对三桁高差调整的效果;横向抗剪强度需满足顶推施工中水平承载力要求;剪切模量需保证顶推施工中钢梁与滑块间最大相对位移即橡胶垫上下面间最大剪切变形在控制范围之内，橡胶垫尺寸选择需根据杆件及滑块尺寸确定，保证纵横向长度大于最小尺寸要求，选用1500 X 650 X 10mm橡胶垫，压缩弹性模量为169.3MPa，剪切弹性模量为1.0MPa，抗压强度28MPa，抗剪强度2.4MPa。5.根据权利要求1所述的公铁两用桥三桁高差变化对结构体系控制方法，其特征在于:所述步骤(4)中每一次顶推施工结束后，根据实际工况，计算出下一次顶推前各支承节点标高，确定各墩顶滑块摆放位置及抄垫高度，铸钢滑块放置在滑道表面，上部依次垫入铸钢块、20mm、30mm或40mm厚度的厚钢板、6111111、81111]1或101111]1厚度的橡胶垫及薄钢板，各支点处滑块规格尺寸相同，上下表面需满足承压要求，且在满足受力情况下尽可能轻量化，滑块上部铸钢滑块及厚钢板需按要求摆放，层数根据设计抄点确定，依据受力面尺寸每层并排放置，相邻上下两层纵横向交错摆放，最上面一层垂直主桥轴线横向摆放，三桁铸钢滑块顶部标高差值控制在5mm以内，并保证钢梁下部空间满足施工及机械摆放要求，三桁滑块抄垫钢板顶部标高差值需控制在5mm内，顶部设置薄钢板保证抄垫高度达到设计要求，并调整三桁高差控制在Imm内。
【文档编号】E01D21/00GK105986549SQ201610016482
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年1月7日
【发明人】方继, 梁崇双, 伍军, 张时利, 聂宗泉, 王雨舟, 丁仕洪, 曹晗, 邢文彬, 伍超然, 阮蔚平
【申请人】中铁四局集团钢结构有限公司