钢桁梁悬臂拼装时墩顶双排支垫协同受力方法与流程

本发明属于桥梁工程领域，尤其涉及钢桁梁悬臂拼装。

背景技术：

钢桁梁悬臂拼装施工工艺在目前桥梁建设领域应用广泛，一般施工方法为，采用现有方法拼装第一跨钢桁梁，而后在不搭设支架的情况下悬臂拼装第二跨钢桁梁。在第二跨钢桁梁悬臂拼装过程中，在连续墩墩顶设置一排支垫进行支撑。

在此情况下，连续墩墩顶处第二跨钢桁梁与第一跨钢桁梁连接部位，既须承受钢桁梁大悬臂拼装状态下的弯矩，又要承受悬臂架设钢梁自重引起的剪力，形成弯剪组合，对结构体系受力产生不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术存在的不足，提出一种钢桁梁悬臂拼装时连续墩墩顶双排支垫协同受力自适应方法，该方法中连续墩墩顶处设置的双排支垫能在钢桁梁悬臂拼装过程中协调受力，并在最大悬臂拼装状态下，实现两排支垫受力基本均匀，从而改善钢桁梁悬臂施工时墩顶区域结构的受力状态，降低施工风险。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种钢桁梁悬臂拼装时墩顶双排支垫协同受力方法，包括以下步骤：在已施工某一跨钢桁梁后，下一跨钢桁梁与该跨钢桁梁交接部位设置临时连接并悬臂拼装下一跨钢桁梁时，通过在连续墩墩顶处先设置一排后排支垫，并在该下一跨钢桁梁悬臂拼装若干个节间后，再在连续墩墩顶增设一排前排支垫，且前排支垫安装时机应为，在仅设置有后排支垫的情况下，若计算得前排支垫处相对后排支垫位置而产生的最大下挠变形值为x，当悬臂架设n个节间后，若前排支垫处相对后排支垫位置下挠变形值达到0.5x或以上，则在架设第n个节间后开始安装前排支垫；前排支垫和后排支垫按钢桁梁悬臂拼装方向前后排设置，且前排支垫在后排支垫的钢桁梁悬臂拼装方向的前方；后排支垫采用刚性支垫方式，前排支垫采用部分柔性支垫方式，且前排支垫顶面与钢桁梁底面预留一定净高。

作为选择，采用支架法拼装第一跨钢桁梁，然后在第二跨钢桁梁及其之后的钢桁梁采用前排支垫和后排支垫的双排支垫的悬臂拼装。

作为选择，后排支垫除顶面或底面设置紫铜板或铅板外，其余均由若干钢板或钢结构垫块层叠组成。

作为选择，前排支垫由若干钢板或钢结构垫块和橡胶垫块层叠组成。

作为选择，前排支垫顶面与钢桁梁底面预留1-2mm净高。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

工作过程为：连续墩墩顶处悬臂拼装的下一跨钢桁梁与已施工的前一跨钢桁梁连接部位，既须承受钢桁梁大悬臂拼装状态下的弯矩，又要承受悬臂架设钢梁自重引起的剪力，形成弯剪组合，对结构体系受力产生不利影响。现有技术中，在下一跨钢桁梁悬臂拼装过程中，在连续墩墩顶设置一排支垫进行支撑。该单排支垫受力过大，且随着钢桁梁悬臂拼装长度的增加，其悬臂变形加大。如果采用前后排双排支垫，则新增的前排支垫的架设时机是关键，若过早支撑，则可能导致大部分荷载转移至前排支垫上，使得前排支垫受力过大，若过晚支撑，则可能导致大部分荷载仍然在后排支垫上，使得后排支垫受力过大，只有时机恰当，才能实现前后排双排支垫均衡受力，各自分担约50％左右。由此，在继续悬臂拼装时，达到双排支垫反力动态平衡，实现“两排支垫实现协同受力”，解决了施工过程中墩顶处双排支垫在最不利工况下受力的均匀性，进而改善悬臂施工时墩顶区域钢桁梁受力状态。

以某大桥112m跨钢桁梁架设为例，每跨钢桁梁共设置10个节间，在钢桁梁采用支架法或其他方法架设完成第一跨钢桁梁后，通过在第二跨钢桁梁与第一跨钢桁梁交接部位设置临时连接，实现临时连续状态，而后在不搭设支架的情况下悬臂拼装第二跨钢桁梁。在第二跨钢桁梁悬臂拼装前四个节间过程中，在连续墩墩顶仅设置一排支垫进行支撑，即仅后排支垫。其中，后排支垫采用基本无压缩变形的“刚性支垫方式”，即该支垫全部由钢板组成。

随着钢桁梁继续往前悬臂拼装，至第五节间悬臂拼装完成后，在连续墩墩顶增设一排支垫，即前排支垫(前排支垫采用“部分柔性支垫方式”，即支垫由钢板和橡胶垫块组成，能适应少量的压缩变形)，此时前排支垫不垫实，支垫与钢梁底面之间留1-2mm间隙；随着钢桁梁继续往前悬臂拼装，前排支垫处钢桁梁在自重作用下继续下挠，从而在悬臂拼装第六、七节间过程中实现前排支垫处自然垫实，此后，前排支垫开始起作用，分担连续墩墩顶处钢梁荷载。

随着钢桁梁继续悬臂拼装，前排支垫处所承担荷载越来越大，至悬臂拼装至第九节间完成，进行第十节间上墩的最不利工况条件时，前排支垫所分担的荷载达到最大，与后排支垫相当，由此实现，“双排支垫协调受力”，从而改善钢桁梁悬臂施工时墩顶区域结构的受力状态，降低施工风险。

本发明的有益效果：本发明技术方案主要适用于连续钢桁梁悬臂架设施工。通过钢桁梁悬臂拼装时连续墩墩顶双排支垫协同受力自适应方法，该方法中连续墩墩顶处设置的双排支垫能在钢桁梁悬臂拼装过程中协调受力，并在最大悬臂拼装状态下，实现两排支垫受力基本均匀，从而改善钢桁梁悬臂施工时墩顶区域结构的受力状态，降低施工风险。

附图说明

图1为钢桁梁悬臂拼装前几节间时后排支垫单独支撑受力状态示意图；

图2为钢桁梁悬臂拼装至某节间后增设前排支垫时的支撑受力状态示意图；

图3为钢桁梁悬臂拼装至最大悬臂状态下的双排支垫支撑受力状态示意图；

图4为图2中前排支垫刚安装时支撑状态示意图；

图5为图2中前排支垫在钢桁梁继续拼装变形压实后的支撑状态示意图；

其中1—桥墩，2—已架设完成跨钢桁梁，3—悬臂拼装跨钢桁梁，4—临时连接，5—后排支垫，6—前排支垫，7—普通钢板，8—薄紫铜板或薄铅板，9—橡胶垫块，10—薄不锈钢板，11—间隙。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

参考图1至5所示，图中示出3座桥墩，两跨钢桁梁，图中从左至右为已架设完成跨钢桁梁2和悬臂拼装跨钢桁梁3，且从左至右为悬臂拼装跨钢桁梁3拼装方向。一种钢桁梁悬臂拼装时墩顶双排支垫协同受力方法，包括以下步骤：在已施工某一跨钢桁梁(已架设完成跨钢桁梁2)后，下一跨钢桁梁(悬臂拼装跨钢桁梁3)与该跨钢桁梁(已架设完成跨钢桁梁2)交接部位设置临时连接4并悬臂拼装下一跨钢桁梁(悬臂拼装跨钢桁梁3)时，通过在连续墩墩顶处先设置一排后排支垫5，并在该下一跨钢桁梁悬臂拼装若干个节间后，再在连续墩墩顶增设一排前排支垫6，且前排支垫6安装时机应为，在仅设置有后排支垫5的情况下，若计算得前排支垫6处相对后排支垫5位置而产生的最大下挠变形值为x，当悬臂架设n个节间后，若前排支垫6处相对后排支垫5位置下挠变形值达到0.5x或以上，则在架设第n个节间后开始安装前排支垫6；前排支垫6和后排支垫5按悬臂拼装跨钢桁梁3悬臂拼装方向前后排设置，且前排支垫6在后排支垫5的钢桁梁悬臂拼装方向的前方；后排支垫5采用刚性支垫方式，前排支垫6采用部分柔性支垫方式，且前排支垫6顶面与悬臂拼装跨钢桁梁3底面预留一定净高。

以某大桥112m跨钢桁梁架设为例，每跨钢桁梁共设置10个节间，参考图1所示，图1中悬臂拼装跨钢桁梁3悬臂拼装至第4节间，经分析，在悬臂拼装跨钢桁梁3悬臂架设过程中，随着悬臂加长，在连续墩墩顶仅有后排支垫5支撑的条件下，前排支垫6处钢梁将随大悬臂架设逐步降低，且应力峰值在悬臂架设第5节间以后增幅明显，在悬臂拼装至第10节间上墩时，墩顶区域应力值达到最大状态。

若在连续墩墩顶设置两排支垫并使其均匀受力，则临时连接处剪力将大大减小，前后各一个节间受力状态也将有所改善。但若过早支撑，则可能导致大部分荷载转移至前排支垫上，而若过晚支撑，则可能导致大部分荷载仍然在后排支垫上，使得后排支垫受力过大。

表1后排支垫单独支撑时支点高差及钢桁梁应力汇总表

从表1得出：在架设完成第6或7节间时，钢桁梁后支点处累计变形差值已超过一半以上，且钢桁梁应力水平可接受，此时，在仅设置有后排支垫5的情况下，经理论计算(计算方法可采用本领域公知的已有各种方法，例如最常用的有限元分析结构计算)得前排支垫6处相对后排支垫5位置而产生的最大下挠变形值为x，当悬臂架设5个节间后，前排支垫6处相对后排支垫5位置下挠变形值达到0.5x或以上；因此可选择在6或7节间架设完成前在钢梁前端支点处采用橡胶垫块垫实，可满足支垫受力要求，减小上墩前钢桁梁的应力峰值。采取措施后，分析按架设第7节间完全垫实(无变形情况)，结果如表2所示，各支点反力在最大悬臂时达到均与，应力水平与前面均匀受力假定计算的基本一致。

表2第7节间架设时前排支垫垫实后各节间架设受力情况

根据以上分析，在第6节间架设完成后或第7节间架设完成后，进行前排支垫处刚性抄垫，对前后排支垫荷载分配最为有利，此时钢桁梁应力均处于良好状态，满足规范要求。因此，施工过程中将重点采取措施，确保刚性支垫在“第6节间架设完成后、第7节间架设完成前”达到压实承载状态。具体控制方法如下：

①后排支垫5等高架设至第五节间；后排支垫5，采用“刚性支垫方式”，即该支垫全部由支垫用普通钢板7组成，其顶面或地面设置薄紫铜板或薄铅板8，以适应微量变形需要。

②在前排支点处设置前排支垫6，支点要求：

a、鉴于前排支垫6为固定支垫，需在前排支垫6上要设置滑块结构，以便于其在温度变化条件下自由伸缩。

b、前排支垫6，采用“部分柔性支垫方式”，即支垫垫块由刚性垫块(普通钢板7)和橡胶垫块9两部分组成，能适应少量的压缩变形。

c、前排支垫6处均设置两块80mm厚橡胶垫块，便于第6节间安装完成垫实后适应一定的弹性压缩。

d、第5个节间安装完成后，进行前排支垫6，总高度约300mm，支垫抄垫后，其顶部预留一定净高，参考图4所示，前排支垫6顶面与悬臂拼装跨钢桁梁3底面之间留有间隙。

③参考图2所示，图2中钢桁梁悬臂拼装至第6节间。采取以上支垫措施后，可确保钢桁梁在悬臂架设“完成第6节间以后、在第7节间架设完成前”支垫与钢梁达到垫实状态，从而将连续墩墩顶前后排支垫受力协调到最佳区间。参考图5所示，前排支垫6顶面与悬臂拼装跨钢桁梁3底面之间压实。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。