专利名称：顶推施工梁体无应力线形高精度实现的施工控制方法
技术领域：
本发明涉及桥梁梁体施工领域，具体为一种顶推施工梁体无应力线形高精度实现的施工控制方法。
背景技术：
梁体线形既影响桥梁的外观质量、运营的舒适程度，又可能直接关系到桥梁整体受力状况，是施工控制的关键目标之一 [1_3]。梁体线形可分为梁体无应力线形和梁体受力线形两类。一旦梁体的无应力线形、所处的边界条件和承受的外荷载确定，则梁体受力线形、受力状态随之确定。梁体无应力线形由无应力状态下组成梁体全长各梁段线形(一般采用直线)及其拼接时相对位置所确定。
顶推施工桥梁的梁体拼接(或浇注，下同，略)均在顶推平台上进行[4_6];拼接后即把已拼梁体向前顶推一定距离，并使已拼梁体末段梁处于尾端端面转角便于测量确定、便于间接测量确定的状态(如无应力状态)或便于计算确定的状态[7][8]。本发明将处于接拼其他梁段位置的已拼梁体末段梁称为接拼梁或接拼梁段。如能通过合理设置接拼梁段支垫位置等措施，使接拼梁段弯曲变形对该梁段两端面形心连线与尾端面夹角影响可忽略，则可认为其处于无应力状态，其尾端端面转角可通过梁体两端顶面测点连线的倾角在顶推前后两个无应力工况下的变化求得，而倾角变化则可通过测量两工况该批次末段梁的两端顶面测点的标高变化和间距得到。随着高顶推平台、大温差、顶推平台深软土地基、短顶推平台等情况的出现，以及多跨长梁线形控制精度的要求提高，顶推施工的梁体线形控制方法(即已拼梁体的无应力线形的求取和待拼梁段的就位标高确定)则须考虑接拼梁梁端轴线水平倾角(相位的转角项)的偏差、组拼线形的偏差。而顶推梁体全长无应力线形实现的已有方法，基本上忽略了上述两种偏差对待拼梁段就位标高确定的影响，个别的虽然考虑其影响[9]，但步骤和方法难于理解，且不便应用，需要发明新的方法。梁体顶推前进的方式从立面投影上主要可分为两类一是弧形顶推M，即所有滑道顶(包括顶推平台上滑道顶)标高、梁体无应力线形位于同一竖曲线半径上，梁体顶推总体上可视为沿同一半径的弧面运动；另一类是拟平移顶推，梁体无应力线形不在同一竖曲线半径上，梁体顶推总体上可看作沿一水平面或斜平面移动，但可能需要适时调节滑道顶标高M。无论哪种顶推方式，当需要考虑接拼梁相位(此处指轴线水平倾角)及顶推平台上梁体组拼无应力线形与各自理论值的偏差时，均可采用本文的相位换算法获取已拼梁段的无应力线形和确定拼装平台上待拼梁段的立模标高。
发明内容
针对现有技术的缺陷，考虑接拼梁轴线水平倾角及平台上梁体组拼线形与各自理论值偏差的顶推施工桥梁，本发明旨在提供一种顶推施工梁体无应力线形高精度实现的施工控制方法，该施工控制方法可以确定顶推梁体待拼梁段就位标高V/确定已拼梁体实际无应力线形及其与理论的偏差；形成已拼梁体实际无应力线形偏差调整策略的数学表达。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种顶推施工梁体无应力线形高精度实现的施工控制方法，其特点是，根据拼装平台的长度将所有梁段分为P个批次，P为正整数，每一批次包括Pi段梁，Pi为正整数，i =1,2,…，P，具体施工控制方法包括如下步骤I)确定第I批次梁体就位的即时相位；第I批次梁体就位的即时相位，其转角项为零，其位移项为刚体竖移量Ay1aS2)计算第I批次梁体的就位高程
设第I批次梁段数为P1，对应梁段编号为1，2，…，N1，则N1 = P1，对应梁段控制点 编号为1，2，…，2Ni ;第I批次梁体的就位高程y；由下式确定y/ = yf + Ayfc式中，j =y表示竖坐标，即高程，上角标O表示为基准相位下的理论值，yf表示为基准相位下的理论高程，上角标c表示为即时相位下的就位值，y/表示为即时相位下的就位高程，表示第I批次梁体就位即时相位的竖移项；3)测量第I批次梁体焊后的高程，确定焊后即时相位Δα^，Ay1M;设第I批次梁段焊接完成后、顶推之前，各控制点即时相位下的测量标高为Afj，其中j = l，2，…，2N1;焊后即时相位(δ%μ +·0的转角项和竖移项的计算公式为
(= O
_6] \,γ0Λ
V少12Ν%式中为第I批次梁段焊后即时相位的转角项，为第I批次梁段焊后即时相位的竖移项，yf表示为基准相位下的理论高程；4)求解基准相位下第I批次梁体的焊后换算高程yf及其与理论高程yf的偏差；将第I批次梁体各控制点的焊后实测高程由其即时相位换算到基准相位，各控制点换算标闻为yf = hfj - — (xj — %) ■ ta η(Δα°^) = hf j — h.yl'A, (j = 1,2,…/ZN1)式中yf为基准相位下控制点j的焊后实际高程，Xj为控制点j的里程坐标。第I批次梁体在基准相位下控制点j的实际高程yf与在基准相位下控制点j的理论闻程的偏差δ y」为Ayj = yf - yf其中，j= l，2，-,2N105)测量第i=2批次梁体顶推平台就位前的第(i-Ι)批次梁体末段梁两端控制点高程，确定第i=2批次梁体就位的即时相位；设第(i-Ι)，此步骤i = 2，批次梁段末段梁的编号为Np1，顶推到接拼梁状态时两控制点的实测标高为苴中j = 2H2NH ;以接拼梁后端控制点为转心，该控制点编号为2Nh，则第i =乙批次体就位的即时相位ΔαΡ + LyY ■ i的竖移项Δ#’转角项Δα -按下式计算
(Ay 'c = hl2Ni_t - Jz2V1j Aa0,C = tan-l
I 1X2N|_1-X(2N|_1-1)式中力基准相位下控制点j的实际高程，j = 2Nrl, 2N1； i = 2，则yj^ = j _ ^ _ (Xj _ x±j ■ tu Ti^Aoc1 丨)=h^j _ ' (J = 1,2, ···,2iVi)6)确定第i = 2批次梁体的就位高程y/;设第i=2批次梁段数为Pi,对应梁段编号为Nh+1 Ni，则Ni = UPi,对应梁段控制点编号为2U1 2Ni;如果这些控制点直接以其在基准相位下达到理想无应力线形 的标高为目标，则其在即时相位下的就位高程yf为:y/ = yf + Ay(0,c + (Xj - X2i^1) ■ tan(Aa°,c) (j = IN^1 ++ IPi)式中Xj为各控制点j的里程坐标，Xj xf，其中 j = 2Νη+1 2Ni_1+2Pi如果考虑接拼梁标高在基准相位下的实际值与理论值的偏差的修正不在一个梁段完成，则控制点2U1 ZNi-^Pi的就位标高为y- = yf + Ay°'c + (xj -x h ) ■ tan(Aaf'c) + (I — J ；) ·Δ>^ ，其中j = 2Nh+1 2Νη+2Ρρ β』为各控制点j = 2Ν^+1 ^N1_1+2Pi的就位标高对接拼梁标高偏差的修正系数，取值为O I，—,为控制点2Νη在基准相位下的实际高程yf与基准相位下控制点j的理论高程yf之差；7)测量第i = 2批次梁体的焊后高程确定焊后即时相位Δα°·Α·,设拼接的当前批次i = 2的各梁段和紧前批次的末段梁各控制点的焊后高程为</·其中紧前批次即i-Ι批次，j = 2Νη_1，2Νη，…，2队；以末段梁的尾端控制点2Νη为转心，焊后即时相位Ay°'A, Δα”的计算公式为
^yf'A — ~j_ tan— (ftfewt_1~y2wi_1)-(/iu2Aft_1-i)-y(2wi_ ))
V1X2N^-1)8)求解基准相位下第i = 2批次梁体的焊后换算高程；第i = 2批次梁体在基准相位下的焊后换算高程，即在基准相位下控制点j的实际高程yf力:yf = hfj — Ayf,A — (χ』—X2Jv^1) ■ tan(^Aaf'A)，其中j = 2Νη+1，2Νη+2，...，2队。则第i批次梁体在基准相位下控制点j的实际高程yf与在基准相位下控制点j的理论闻程yj*的偏差AyjS :Ayj = yf - yf ,其中 j = 2Νη+1，2Nh+2，...，2队。9)重复步骤5) 8)，直到第P批次的所有梁段在顶推平台上拼装完毕。进一步地，在测量第i批次梁体焊后高程之后，测量第i批次末端梁两控制点高程之前，顶推梁体一段距离，该距离为第i+Ι批次各段梁体的总长度，其中i = 1，2，…，p-1。本发明中，i表示某批次的标号，如第I批次，则i=l，第2批次，则i=2，i取整数，且最大数值为P。在本领域中，桥梁梁体成桥线形及其各梁段端点标高一般由设计图纸通过桥面纵坡给出。根据该标高和梁体施工从开始至成桥该点累计挠度计算值(对顶推梁体为具有理论无应力线形的梁体在成桥支承处一次落架的计算挠度值)，即可确定梁体(竖面的)理论无应力线形各点标高，即各点的理论高程=该点的成桥高程+该点的计算累计挠度的反向值。在无应力线形各梁段端点理论标高确定后，即可根据几何关系确定相应状态各梁段两端附近控制点的理论标高。如图I所示，设组成顶推梁体的梁段数为n，梁段编号顺序与顶推前进方向相反，从前至后依次为1，2，…，n，梁段长度为LiQ = 1，2，…，η);每个梁段沿纵向设置两个测点(梁段位置控制点)，分别位于梁段前端和梁段后端附近的顶面，共 计2η个，控制点编号顺序与顶推前进方向相反，从前至后依次为1，2，···，2η ;梁段前方控制点距该梁段前端距离为Li.Ji = 1,2,…，η)，梁段后方控制点距该梁段后端距离为Lu(i=1,2,…，η)。则梁体线形可由(η+1)个梁段(轴线)端点依次连接的折线来描述，代表梁体位置的各折线则由上述的2η控制点坐桐(xL yf)(i = I, 2.…，2r0(通定，如图I所示。以梁段I前端为X轴原点，以高程零点为y轴原点，则各控制点坐标为
厂( -1)/2
工 Lj + L(f+1)/2,/ > (j — 1,3, ··· ,2n — I)X^ J=1 i/2(I)
'y Lj — Li/2,e , (i = 2,4, · · · ,2n)
、 J=Iyf = H0 (i = I, 2’ …Zn)(2)式(I)中，梁段水平投影长度采用了梁段长度。该式表达简洁，能满足工程精度要求。因为，一般情况下，梁段水平倾角很小(坡度一般〈3%)，水平倾角余弦值非常接近I丨z、坡度对应的水平倾角余弦值为O. 99955);另外，梁段间焊缝宽度可适当调整。式(2)中，H '为梁体控制点i的理论标高。式(I) (2)描述了顶推梁体的理论无应力线形。在确定顶推施工桥梁梁体理论无应力线形后，为确保顶推梁体无应力线形高精度的实现，现对本发明的操作步骤作进一步的描述I)构建相关概念在平面坐标系中，有一构形Stl，经刚体转动和移动达到新位置S1 (新位置的构形亦用S1表示)(见图2)，本发明称构形Stl具有了新相位。达到的位置不同，具有的相位亦不同，两者具有对应关系。构形Stl达到新位置S1的相位可以用(a+b · ij+c · i2)表不，其中a是Stl绕其任一点A (点A称为转心)刚体转动的角度(逆时针为正)，b、c分别是Stl再随转心移动的平移量和竖移量(与坐标轴方向相同为正)。显然，转心可以任意选取，但转心选取不同，b、c将有所不同，但对同一位置S1的相位是相同的，只是表达不是唯一的。因此，S0达到新位置S1的相位应包含转心及a、b、c等信息，在转心选定后，相位可用复数(a+b · L+c · i2)表示。若a、b、c均为零，即构形Stl处于本来位置的相位为Stl的基准相位，若仅a为0，则S0达到新位置S1的相位为零转角相位。对在顶推平台上拼接梁段不断接长梁体的顶推施工桥梁，如果将梁体理论无应力线形绕空间上任一点A转动一个角度，并随该点A再平移一定距离，得到形状未变，但方位和位置改变了的梁体理论无应力线形，并据此进行梁体拼接(或立模浇注)，梁体经多次顶推及最后落梁就位后，可确保成桥线形及其对应的无应力线形符合设计要求。考虑到顶推平台上梁体的倾角很小，其对梁段就位的里程影响很小，可忽略其影响，梁段的里程根据梁长可方便进行控制。为了描述和分析问题的方便，将梁体无应力线形的相位，用(a+b*i)表示，其中a为转动角度(规定逆时针转动为正，顺时针转动为负)，b为竖向移动量；将刚体转动和竖向移位之前(或者为O)梁体理论无应力线形的相位称为为基准相位或者零相位；将刚体转动值为O (竖向移位为O)的相位称为零转角相位(零竖移相位)。
为便于分析和控制，在首批次拼装(浇注)梁体的实际无应力线形上选择代表性两点(如点B和点C)，在后续的线形评价与计算分析中，总是可以通过梁体实际无应力线形的刚体转动和平移，使这两点在桥梁坐标系中的位置不变(与理论无应力线形相应点重合)，以此适时计算逐渐加长的梁体实际无应力线形与其理想无应力线形线在各点的高程偏差，并适时确定待拼梁段高程。上述两点(点B和点C)称为实际无应力线形的就位基准点，其连线称为实际无应力线形的就位基准线。在构建上述概念之后，顶推梁体无应力线形高精度实现的施工控制方法见一下2) 10)步(见图3)。2)确定第I批次梁体就位的即时相位顶推平台上第一批次待拼梁体的各点就位高程(简称指令高程)，可直接采用梁体理论无应力线形的各点高程或者采用仅进行其刚体平移后的各点高程。第一批次梁体就位的即时相位，其转角项为零，其位移项为所述的刚体竖移量。3)确定第I批次梁体的就位高程设第I批次梁段数为P1，对应梁段编号为1，2，…，N1 (N1 = P1),对应梁段控制点编号为I，2,…,2PVyf 二 yf + Ay°-C, O = 1,2 …O)式中，字母y表示竖坐标(高程)，上角标O表示为基准相位下的理论值，上角标c表示为(即时相位下的)就位值，Ay1M表示第一次梁体就位即时相位的竖移项，本文选用控制点I (理论上可选用第I批次梁体的任一控制点)的就位标高与理论标高之差表征。4)测量第I批次梁体焊后高程，并确定焊后的即时相位设第I批次梁段焊接完成后、顶推之前(简称焊后，下同，略)，各控制点(即时相位下)的测量标高为Kj O'= 1,2,…,2队)。通过刚体平移(转动为零)使基准相位下的实际无应力线形与理想无应力线形高程偏差平均最小，以确定梁体实际无应力的就位基准线和第I批次梁段焊后的即时相位。该焊后即时相位O的转角项和竖移项的计算公式为
( Aa°'A = OAv0-4 OU⑷
V2Nt
式中为第I批次梁段焊后即时相位的转角项；为第I批次梁段焊后即时相位的竖移项。5)求解基准相位下第I批次梁体各控制点的换算高程及其与理论的偏差将第I批次梁体各控制点的焊后实测高程由其即时相位换算到基准相位，各控制点换算标闻为yj^ = hfj — — (Xj' — Xi) ■ tu= hfj —(J = 1,2, ···,2N^) (5)式中y/为基准相位下控制点j的焊后实际高程，Xj为控制点j的里程坐标。第I批次梁体各控制点j的实际高程与理论值的偏差Λ &为 Ayj = yf - yf (j = 1,2,…JN1)(6)6)测量第二批次梁体顶推平台上就位前的第一批次梁体末段梁高程，确定第二批次梁体就位的即时相位设第(i-Ι)(此处i = 2)批次梁段末段梁的编号为Ng，顶推到接拼梁状态时两控制点的实测标高为hf.j (J = IN1^ -以接拼梁后端控制点(编号为2U为转心，第i批次梁体就位的即时相位(Aafe + Lyfc · i)的竖移项和转角项可下式计算
(^yfc — ^itZN — yfwi-ij ^0c _^1-Iry- ))(7)式中yf (j = 2NL_t — 1,2^-0为基准相位下控制点j的实际高程。当i=2时，
yf已由公式(5)求出。7)确定第二批次梁体就位即时相位下待拼梁段的就位高程设第i批次(此处i = 2)梁段数为Pi,对应梁段编号为Ul Ni (显然=Ni =UPi),对应梁段控制点编号为2U1 2队。若这些控制点直接以其在基准相位下达到理想无应力线形的标高为目标，则其就位高程y/(在即时相位下，下略)为y/ = yf + Lyfc + {Xj - x2N._J ■ tan(Aaf-c) (j = 2Nt_x + I 21^ + IPi) (8)式中χ」为各控制点j的里程坐标。Xj 5 XjP , (j = 2+ 1~2#￡_! + 2Pi)(9)若考虑接拼梁标高偏差(在基准相位下的实际值与理论值的偏差)的修正不在一个梁段完成(见图4)，则控制点2U1 ZNi-^Pi的就位标高为yf = yf + Ckyfc + (xj - X2Ni-J ■ tan(Aaf'c) + (I - β)■ Ay2jv^1(j = 2Ni_1+l 2NH+2P) (10)式中β j为各控制点j (j = 2Ν^+1 ZNyZPi)的就位标高对接拼梁标高偏差的修正系数，取值为O I,如取#22^+1 = O，谷2听_1+2 = 0.5= 0-5,βζΝ -^+ζ = 1.0, ..JhNi- +2Ρ = 控制点2Νη在基准相位下的实际高程与理论
闻程之差。8)测量第2批次梁体焊后高程，并确定焊后的即时相位设拼接的当前批次i (此处i = 2)各梁段和紧前批次(i-Ι)末段梁各控制点的焊后高程为=I,,…^N1)。以末段梁的尾端控制点(2D为转心，焊后即
时相位的计算公式为
权利要求
1.一种顶推施工梁体无应力线形高精度实现的施工控制方法，其特征在于，根据拼装平台的长度将所有梁段分为P个批次，P为正整数，每一批次包括Pi段梁，Pi为正整数，i =1,2,…，P，具体施工控制方法包括如下步骤 1)确定第I批次梁体就位的即时相位； 第I批次梁体就位的即时相位，其转角项为零，其位移项为刚体竖移量Ay1M; 2)计算第I批次梁体的就位高程y/; 设第I批次梁段数为P1，对应梁段编号为1，2，…，N1，则N1 = P1，对应梁段控制点编号为1，2，…，;第I批次梁体的就位高程<由下式确定
2.根据权利要求I所述的顶推施工梁体无应力线形高精度实现的施工控制方法，其特征在于，在测量第i批次梁体焊后高程之后，测量第i批次末端梁两控制点高程之前，顶推梁体一段距离，该距离为第i+Ι批次各段梁体的总长度，其中i = 1,2, -,P-I0
全文摘要
本发明公开了一种顶推施工梁体无应力线形高精度实现的施工控制方法。所述施工控制方法包括如下步骤为1)确定第1批次梁体就位的即时相位；2)确定第1批次梁体的就位高程；3)确定第1批次梁体焊后即时相位；4)求解第1批次梁体的焊后换算高程；5)确定第2批次梁体就位的即时相位；6)确定第2批次梁体的就位高程；7)确定第2批次梁体焊后即时相位；8)求解第2批次梁体的焊后换算高程；9)重复步骤5)~8)至所有梁段在顶推平台上拼装完毕。本发明可方便地确定即时相位下的待拼梁段就位高程，获得基准相位下已拼梁体的实际无应力线形及其与理论的偏差，从而确保顶推施工梁体无应力线形的高精度实现。
文档编号E01D21/06GK102877421SQ201210343870
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者李传习, 董创文, 李尧, 张玉平, 柯红军, 王琛, 彭亮 申请人:长沙理工大学