专利名称：一种边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥的架设方法
技术领域：
本发明涉及索桥的架设领域，具体为一种边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥边塔与主梁之间临时固结设置、合理合拢、体系转换并安全成桥的总体施工方法。
背景技术：
随着科学技术的进步和国民经济的高速发展，各种功能齐全、造型美观的桥梁大量建成。边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥[1]结构新颖、造型独特、线形流畅优美， 既相对自锚式悬索桥有较高的抗风稳定性[2_3]，又相对斜拉桥降低了中塔高度，兼备自锚式悬索桥和斜拉桥的许多优点[1][4]，是一种全新的结构体系。边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥的边塔与主梁之间往往采用竖向支承， 而非固定连接，而中塔与主梁之间往往采用为固定连接，这样既可减少收缩、徐变和温度引起的桥梁结构体系的次内力，又可适当减少了支座数量和支座维护工作量。边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥，也可称“边塔吊拉-中塔斜拉三塔自锚式组合索桥”，其边塔吊拉部分桥梁施工同普通自锚式悬索桥一样，一般按“先梁后缆”的工序施工。根据该桥型的特点，边塔吊拉的主梁需采用支架现浇、支架拼装或者顶推就位的方式施工。由于边塔吊拉主梁的支架或者临时墩必须在主缆架设完成，并张拉斜拉背索和吊索实现体系转换后才能拆除，因而，该支架或者临时墩施工存续时间较长，往往需要经历汛期，为此，必须采取有效措施确保支架或者临时墩在洪水季节的安全。中塔斜拉桥的主梁则可采用常规的斜拉桥的施工方法，如支架现浇、挂篮悬浇或者悬拼的施工方法施工，为了减少洪水季节阻水面积，应在洪水季节来临之前拆除斜拉桥部分的主梁支架或者采用无支架施工方法进行施工。除上述桥梁局部施工方法，指主梁本身的施工方法之外，如图1和2所示，该种桥梁常规的总体施工方法为首先使边塔吊拉段和中塔斜拉段各自独立成桥，包括缆吊系统施工，其中边塔与主梁之间必须设置临时固结，设置后才可进行边塔缆吊系统施工；再施工合拢段使主梁合拢；合拢后拆除边塔与主梁间临时固结，完成体系转换；最后进行桥面及附属结构施工等。上述的现有总体施工方法中，在边塔缆吊系统架设、斜拉背索与吊索张拉之前，边塔与主梁之间之所以设置临时固结，这是因为同一边塔两侧主梁截面在中跨合拢之前需要承受主缆6、吊索7、斜拉背索8传递给主梁12的水平分力，其水平分力的差值，或称不平衡水平力(可能较大)不能指望由临时支架来承受，而需要通过临时固结措施传递至边塔4。 图2所示的中跨合拢之前的边塔4施工、边塔吊拉梁段浇筑、塔梁临时固结施工、主缆架设、 斜拉背索与吊索张拉等过程，如图2(d)所示，以下简称为“边塔吊拉梁段独立成桥”过程。 在“边塔吊拉梁段独立成桥”过程中，随着缆吊系统，包括主缆、斜拉背索和吊索的架设，同一边塔两侧主梁截面承受水平力分力的差值，即不平衡水平分力将逐渐累积，并通过塔梁间的临时固结传递到边塔上。由汉中西二环大桥的计算表明，跨径为IOOm左右的边跨悬吊段，单个塔柱承受的不平衡水平力可以累积到2000多吨。
由此可见，临时固结及临时固结以上的边塔截面在“边塔吊拉梁段独立成桥”后、 体系转换前将承受巨大的水平力，临时固结以下的边塔截面则不承受缆吊系统引起的水平力，因为形成的桥梁临时体系中，相对于该截面，缆吊系统的张拉和调索是内力。上述的现有总体施工方法中，主梁合拢，桥梁纵向连成整体后，需拆除塔梁间的临时固结措施。拆除塔梁间承受巨大水平力的临时固结措施，必须考虑到临时固结措施突然失效的强大动力冲击作用和拆除过程的结构安全，因此解除临时固结前，需将临时固结承受的水平力转移到千斤顶上，临时固结拆除后再通过千斤顶逐级释放水平力，以便将该水平力转移到中跨的主梁上，并与另一侧传来的水平力相平衡。显然，这个临时固结拆除与水平力转换过程不仅需要众多数量的千斤顶，而且操作过程时间长、要求高、程序复杂，还存在一定的安全风险。
发明内容
为了克服现有的边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥架设过程中临时固结拆除与水平力转换过程不仅需要众多数量的千斤顶，而且操作过程时间长、要求高、程序复杂，还存在一定的安全风险的不足，本发明旨在提供一种边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥的架设方法，该架设方法取消了边塔与主梁间临时固结施工和解除的施工工序， 并将“边塔缆吊系统架设”的施工工序移至主梁全部合拢口合拢之后进行，因此缩短了工期，节约了材料耗费和机械台班耗费，避免了解除承受强大水平力的临时固结所带来的安全风险，又能确保中塔斜拉桥主梁支架施工存续时间和边塔吊拉主梁的支架或临时墩存续时间理论上不长于现有的总体施工方法。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是所述边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥的架设方法，其包括如下步骤为，①形成中塔的斜拉桥，形成边塔吊拉的主梁；②合拢主梁；③架设边塔缆吊系统；④拆除边塔两侧主梁的悬吊段支架或临时墩；⑤调整斜拉背索、吊索、斜拉桥；⑥成桥。进一步地，所述中塔斜拉桥形成步骤中，主梁的形成方式优选为在斜拉段支架上现浇或悬臂施工。所述边塔吊拉的主梁的形成方式优选为在悬吊段支架或临时墩上浇筑或顶推就位。所述边塔缆吊系统包括主缆、斜拉背索和吊索。进一步地，当主梁采用斜拉段支架施工时，在形成中塔斜拉桥后，拆除中塔斜拉主梁的斜拉段支架，再合拢主梁。在悬吊段支架或临时墩和斜拉段支架之间安装有支撑主梁的合拢段支架，可以提高主梁施工的稳定性，当架设边塔缆吊系统后，即可拆除该合拢段支架。藉由上述结构，本发明取消边塔与主梁临时固结的关键工序是将“边塔缆吊系统架设”的施工工序移至主梁合拢之后，使施工中主梁可能承受的不平衡水平力通过中塔与主梁之间的永久性刚接措施传至中塔承受。与现有架设方法相比，对施工过程的数值仿真分析计算与试验表明，按照本发明提供的方案进行施工，则成桥状态时全桥线形及各构件的内力状态以及与在运营阶段活载作用下该桥的力学特性与按照常规施工所得的相关结果基本一致。本发明精简了施工工序，不需在边塔塔梁交界处采取临时固结措施，因而省去了临时固结的设计、施工及卸载等工作，大大节约了工期和造价，并避免临时固结措施不平衡水平力卸载可能出现的安全问题。全面、经济、高效地解决了边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥施工支架安全度汛、主梁合理合拢、完成体系转换并安全成桥的难题。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明既取消了塔梁间临时固结施工与解除的工序，缩短了工期，节约了材料耗费和机械台班耗费，避免了解除承受强大水平力的临时固结所带来的安全风险，又能确保中塔斜拉桥主梁支架施工存续时间(如采用有支架施工时)和边塔吊拉主梁的支架或临时墩存续时间理论上不长于现有的总体施工方法。因而，本发明提供的施工方法精简了施工工序，缩短了施工工期、节约了材料耗费和用于释放巨大不平衡水平力的千斤顶等机械台班耗费，降低了解除承受巨大水平力的临时固结措施带来的安全风险。据估算，对于桥梁长度1000米左右的悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥，采用本发明提供的施工方法，将缩短工期2个月，节约千斤顶1200个台班，取得显著的社会经济效益。下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
图1是现有边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥施工方法的流程图；图2是现有边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥施工方法的示意图，其中 (a)是中塔斜拉桥形成、边塔悬吊和背索斜拉的主梁支架上浇筑或顶推就位，(b)是中塔斜拉桥支架拆除独立成桥，(c)是边塔处塔梁临时固结，(d)是边塔缆吊系统架设，边跨悬吊段独立成桥，(e)是拆除边塔两侧主梁临时支架，(f)是安装合拢段支架，主梁合拢并张拉合拢段预应力，(g)是拆除边塔处塔梁临时固结完成体系转换；图3是本发明所述边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥施工法的流程图；图4是本发明提供的一种边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥新型施工方法的示意图，其中(a)是中塔斜拉桥形成、边塔悬吊和背索斜拉的主梁支架上浇筑或顶推就位，(b)是中塔斜拉桥支架拆除独立成桥，(c)是安装合拢段支架，主梁合拢并张拉合拢段预应力，(d)是架设边塔部分缆吊系统，(e)是拆除悬吊段主梁临时支架，(f)是边塔缆吊系统架设完成、安全成桥；图5是本发明这一种实施例的桥型布置图。在图中1-合拢段支架；2-劲性骨架及合拢段；3-中塔；4-边塔；5-斜拉索；6-主缆；7-吊索；8-斜拉背索；9-悬吊段临时支架或临时墩；10-斜拉段支架；11-塔梁临时固结；12-主梁。
具体实施例方式下面使用常规施工方法以及本发明提供的技术方案分别实施某边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥，关键施工过程示意图分别如图4所示。上述两种方案施工过程的数值仿真分析计算与试验表明，按照本发明提供的方案进行施工，则成桥状态时全桥线形及各构件的内力状态以及与在运营阶段活载作用下该桥的力学特性与按照常规施工所得的相关结果基本一致。本发明精简了施工工序，不需在边塔塔梁交界处采取临时固结措施，因而省去了临时固结的设计、施工及卸载等工作，大大节约了工期和造价，并避免临时固结措施不平衡水平力卸载可能出现的安全问题。全面、经济、高效地解决了边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥施工支架安全度汛、主梁合理合拢、完成体系转换并安全成桥的难题。如图4(a)所示，首先形成中塔3斜拉桥5，在斜拉段支架10上现浇或悬臂施工形成主梁12，在悬吊段支架或临时墩上浇筑或顶推就位形成边塔吊拉的主梁12，并在主梁12 的支架上浇筑边塔4悬吊和斜拉背索8或将之顶推就位；然后如图4(b)所示，在形成中塔斜拉桥5后，拆除中塔斜拉主梁12的斜拉段支架10，再合拢主梁12，独立成桥；再之后如图 4(c)所示，安装合拢段支架1，合拢主梁12并张拉合拢段预应力；之后如图4(d)所示，架设边塔4部分缆吊系统，安装主缆6，斜拉背索8，以及部分吊索7，架设绳索系统后，如图4 (e) 所示，便可以拆除悬吊段主梁的合拢段支架1等临时支架，最后，如图4(f)所示，完成边塔缆吊系统的架设、安全成桥。所述劲性骨架是合拢段内的劲性结构。将“边塔缆吊系统架设”的施工工序移至主梁12合拢之后，使施工中主梁12可能承受的不平衡水平力通过中塔3与主梁12之间的永久性刚接措施传至中塔3承受。上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。参考文献[1]肖汝诚，项海帆.斜拉-悬吊协作体系桥力学特性及其经济性能研究[J].中国公路学报.1999,012(003) :43-48,116.[2]黄海新.自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力响应研究(D).大连大连理工大学 2007.[3]张新军，孙炳楠，陈艾荣等.悬索-斜拉组合体系桥的颤振稳定性研究[J]. 土木工程学报，2004，37 (7) =106-110[4]常付平，梅秀道.混凝土自锚式吊拉组合索桥的静力性能研究[J].世界桥梁， 2008,01 :38-41.[5]长安大学.汉中市西二环大桥全桥模型试验研究报告[R].西安长安大学公路学院，2010.
权利要求
1.一种边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥的架设方法，其包括如下步骤，①形成中塔(3)的斜拉桥(5)，形成边塔吊拉的主梁(12)；②合拢主梁(12)；③架设边塔(4)缆吊系统；④拆除边塔⑷两侧主梁(12)的悬吊段支架或临时墩(9)；⑤调整斜拉背索(8)、吊索(7)、斜拉桥(5)；⑥成桥。
2.根据权利要求1所述的边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥的架设方法，其特征在于，所述中塔斜拉桥( 形成步骤中，主梁(1 的形成方式为在斜拉段支架(10)上现浇或悬臂施工。
3.根据权利要求1所述的边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥的架设方法，其特征在于，所述边塔吊拉的主梁(1 的形成方式为在悬吊段支架或临时墩上浇筑或顶推就位。
4.根据权利要求3所述的边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥的架设方法，其特征在于，当主梁(1 采用斜拉段支架(10)施工时，在形成中塔斜拉桥( 后，拆除中塔斜拉主梁(1 的斜拉段支架(10)，再合拢主梁(12)。
全文摘要
本发明公开了一种边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥的架设方法，属于索桥的架设领域。为了解决现有边跨悬吊-中跨斜拉三塔自锚式组合索桥架设过程中临时固结拆除与水平力转换过程存在一定的安全风险的问题，该架设方法的步骤为①形成中塔的斜拉桥和边塔吊拉的主梁；②合拢主梁；③架设边塔缆吊系统；④拆除悬吊段支架；⑤调整斜拉背索、吊索、斜拉桥；⑥成桥。本发明取消了边塔与主梁间临时固结施工和解除的施工工序，并将“边塔缆吊系统架设”的施工工序移至主梁全部合拢口合拢之后进行，因此缩短了工期，节约了材料耗费和机械台班耗费，避免了解除承受强大水平力的临时固结所带来的安全风险。
文档编号E01D21/10GK102154990SQ20111012369
公开日2011年8月17日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者李传习, 李斌, 柯红军 申请人:长沙理工大学