人字型预应力混凝土先张法架桥机及使用方法与流程

本发明属于桥梁施工领域，具体涉及一种人字型预应力混凝土先张法架桥机及使用方法。

背景技术：

现代交通网建设多采用立体交通，这就涉及到大量跨线桥和高架桥施工。这类桥的特点是多跨、高墩，跨径不大（小于50m），但受施工红线范围限制，对施工方法要求较高，特别是采用高架桥方案对城市路网进行改造时，限制条件更为苛刻。现有桥梁架设施工方法及施工设备较多，总体可分为混凝土预制装配施工和现浇法施工两大类。预制装配施工构件制作质量容易控制，标准化程度高，现场施工速度快，但受制于运输和起重安装设备的限制，构件之间连接多，梁整体性能相对较差；现浇法施工最大的优点是桥梁整体性好，特别适合连续梁桥和异形变截面梁桥施工。对中小跨径预应力混凝土连续梁桥施工而言，常用架桥方法包括满堂支架、梁式支架和移动模架等方法。前两种属于固定支架施工方法，需要占用桥下空间并需要对桥下基础进行加固处理，施工工序繁琐。移动模架方法利用已建好的桥梁下部桥墩作为模架的支撑，利用钢结构跨墩逐跨移动模架，模架尺寸大，其行走方式为直线顶推，预应力张拉为后张法，适于多跨预应力混凝土等截面、直线型梁桥的施工。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不占用桥下空间，能提高桥梁施工效率的人字型预应力混凝土先张法架桥机及使用方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种人字型预应力混凝土先张法架桥机，包括人字形钢架、顶推装置、顶部卷扬机、工字钢轨道、轨道卷扬机、支撑千斤顶、预应力钢筋/钢束、整体式底模；

所述人字形钢架包括前支腿单元和后支腿单元，所述前支腿单元包括分别置于第二排桥墩上的两个前支腿组，所述前支腿组包括依次连接的第二顶部齿轮、前支腿、第二伸缩套筒、可滑动横梁，所述后支腿单元包括分别置于第一排桥墩上的两个后支腿组，所述后支腿组包括依次连接的第一顶部齿轮、后支腿、第一伸缩套筒、固定端锚固件；所述固定端锚固件与第一排桥墩上的预埋件连接；所述第一顶部齿轮与第二顶部齿轮啮合；

所述顶推装置分别与前支腿、后支腿连接；

所述顶部卷扬机有两部，分别置于人字形钢架上的平台的两侧，顶部卷扬机通过钢缆对工字钢轨道和整体式底模进行起吊；

所述工字钢轨道的一端与第一伸缩套筒连接，工字钢轨道的另一端伸出第二排桥墩；

所述可滑动横梁置于第二排桥墩上，并与工字钢轨道滑动连接；

所述支撑千斤顶与工字钢轨道连接；

所述预应力钢筋/钢束一端锚固于第一排桥墩墩顶混凝土节段中，另一端通过锚具夹片锚固于可滑动横梁上。

按上述方案，所述可滑动横梁与三角形固定支架连接，三角形固定支架与工字钢轨道滑动连接，三角形固定支架用于保证可滑动横梁的垂直度。

本发明中，初始状态为：前支腿单元、后支腿单元分别落于第一跨的两个桥墩上，即分别位于（起始）第一排桥墩和第二排桥墩上，通过第一伸缩套筒、第二伸缩套筒、顶推装置、第一顶部齿轮、第二顶部齿轮、可滑动横梁调整人字型钢架位置；利用顶部卷扬机安装工字钢轨道。

本发明还提供一种人字型预应力混凝土先张法架桥机的使用方法，包括如下步骤：

搭设上述人字型预应力混凝土先张法架桥机，使固定端锚固件与第一排桥墩上的预埋件连接，使可滑动横梁置于第二排桥墩上；

顶部卷扬机下放钢缆提升整体式底模至预定位置；绑扎钢筋后，向整体式底模内浇筑混凝土形成梁体时，缓慢释放顶推装置约束，梁体自重及整体式底模重量传递至人字型钢架顶部，转换为人字形钢架底部的向前水平推力，使可滑动横梁向前移动，三角形固定支架保证可滑动横梁的垂直度；通过可滑动横梁的移动距离控制预应力钢筋/钢束的张拉控制应力；待混凝土达到规定强度后，顶部卷扬机缓慢释放整体式底模；梁体重量由第一排桥墩、第二排桥墩逐渐承受，人字型钢架底部的向前水平推力逐步减小，可滑动横梁逐步回缩，（利用其力）脱去锚具夹片，使可滑动横梁与预应力钢筋/钢束断开连接，至此预应力混凝土第一梁段制作完成；

解除固定端锚固件与第一排桥墩上的预埋件之间的联系，利用轨道卷扬机对工字钢轨道施加水平拉力，工字钢轨道带动后支腿、第一伸缩套筒在已制作完成的第一梁段桥面向前滑动；当第一伸缩套筒到达第二排桥墩墩顶后与第二排桥墩上的预埋件固定连接，同时工字钢轨道前端的支撑千斤顶千斤顶落于第三排桥墩上并支撑就位，前支腿单元悬挂于工字钢轨道上，依靠顶推装置推动前支腿单元向前滑动，直至到达第三排桥墩墩顶；使预应力钢筋/钢束通过锚具夹片与可滑动横梁锚固；即可进行第二梁段施工；如此继续循环可进行后续各跨梁的施工。

本发明的有益效果在于：

本人字型预应力混凝土先张法架桥机结构简单，移动方式独特，适用于不同跨径预应力混凝土连续梁（板）桥的先张法施工；施工过程中，利用混凝土及模板等的重量张拉预应力钢筋/钢束，充分发挥了先张法施工的特点，省去了后张法施工中的大量锚具，避免了预应力施加时锚下集中应力过大的问题，节省了锚下抗裂钢筋等材料，也免除了锚下复杂的抗裂构造；使桥梁施工变得简单、快捷；

利用人字型结构在竖向荷载下产生的水平推力，用于施加预应力，与此同时受张拉的预应力钢筋/钢束也作为平衡人字型机构的水平拉杆；

施工期间对桥下影响小；

本发明采用先张法连续预应力筋布置，由于先张法预应力传递的特点，连续梁（板）支点截面顶面处不会产生拉应力，使得该架桥机构具有良好的适用性；

本发明尺寸小，安设方便，移动灵活，可大大提高施工效率；

本发明充分利用人字型结构特点，将浇筑混凝土梁体重量转化为预张力，同时预应力钢筋/钢束作为人字型结构的水平拉杆，起到平衡作用，使得本人字型预应力混凝土先张法架桥机得以实现。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明人字型预应力混凝土先张法架桥机的正视示意图；

图2是人字型预应力混凝土先张法架桥机的侧视示意图；

图3是人字型预应力混凝土先张法架桥机的俯视示意图；

图4是利用梁体自重及整体式底模重量传递到人字型钢架底部产生水平推力推动可滑动横梁以张拉预应力钢筋/钢束的结构示意图；

图5是整体式底模上的模板和梁体浇筑的布置图；

图6是后支腿到达第二排桥墩墩顶后与第二排桥墩上的预埋件固定连接，以及工字钢轨道前端的支撑千斤顶千斤顶落于第三排桥墩上并支撑就位的结构示意图；

图7是前支腿组连同可滑动横梁悬挂于工字钢轨道上，依靠顶推装置推动向前滑动的示意图；

图8是可滑动横梁、三角形固定支架、工字钢轨道的连接结构示意图；

图9是三角形固定支架、工字钢轨道的连接结构示意图；

图10是人字型预应力混凝土先张法架桥机的结构示意图。

图中：1、后支腿，2、前支腿，3-1、第一伸缩套筒，3-2、第二伸缩套筒，4、固定端锚固件，5、预埋件，6、可滑动横梁，7、顶推装置，8-1第一顶部齿轮，8-2、第二顶部齿轮，9、顶部卷扬机，10、钢缆，11、工字钢轨道，12、三角形固定支架，13、轨道卷扬机，14、支撑千斤顶，15、预应力钢筋/钢束，16、整体式底模，17、第一排桥墩，18、第二排桥墩，19、第三排桥墩，20、平台，21、横向支撑杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1-图10，一种人字型预应力混凝土先张法架桥机，包括人字形钢架、顶推装置7、顶部卷扬机9、工字钢轨道11、三角形固定支架12、轨道卷扬机13、支撑千斤顶14、预应力钢筋/钢束15、整体式底模16。人字形钢架包括前支腿单元和后支腿单元；每个前支腿单元包括分别置于第二排桥墩18上的两个前支腿组，两个前支腿组通过横向支撑杆21连接，每个前支腿组包括依次连接的第二顶部齿轮8-2、前支腿2、第二伸缩套筒3-2、可滑动横梁6，为了使结构更加稳定，相邻前支腿2、相邻第二伸缩套筒3-2分别通过横向支撑杆21连接；每个后支腿单元包括分别置于第一排桥墩17上的两个后支腿组，相邻后支腿组通过横向支撑杆21连接；每个后支腿组包括依次连接的第一顶部齿轮8-1、后支腿1、第一伸缩套筒3-1、固定端锚固件4；固定端锚固件4与第一排桥墩17上的预埋件5连接；第一顶部齿轮8-1与第二顶部齿轮8-2啮合；可滑动横梁6与第二伸缩套筒3-2连接，置于第二排桥墩18上，并与工字钢轨道11滑动连接；三角形固定支架12与可滑动横梁6连接，且三角形固定支架12还与工字钢轨道滑动11连接，用于保证可滑动横梁6的垂直度；顶推装置7分别与前支腿2、后支腿1连接；通过第一伸缩套筒3-1、第二伸缩套筒3-2、顶推装置7、第一顶部齿轮8-1、第二顶部齿轮8-2、可滑动横梁6调整人字型钢架位置。顶部卷扬机9有两部，分别置于人字形钢架上的平台20的两侧，顶部卷扬机9通过钢缆10对工字钢轨道11和整体式底模16进行起吊。工字钢轨道11的长度为1.5倍跨径，其一端与第一伸缩套筒3-1连接，其另一端伸出第二排桥墩18；支撑千斤顶14与工字钢轨道11连接；预应力钢筋/钢束15的一端与第一排桥墩17连接，预应力钢筋/钢束15通过锚具夹片与可滑动横梁6锚固。

本发明中，初始状态为：前支腿单元、后支腿单元分别落于第一跨的两个桥墩上，即分别位于（初始）第一排桥墩17和第二排桥墩18上；利用顶部卷扬机9安装工字钢轨道11。

一种人字型预应力混凝土先张法架桥机的使用方法，包括如下步骤：

搭设上述人字型预应力混凝土先张法架桥机，使固定端锚固件4与第一排桥墩17上的预埋件5连接，使可滑动横梁6置于第二排桥墩18上；将预应力钢筋/钢束15通过锚具夹片与可滑动横梁6锚固；

顶部卷扬机9下放钢缆10提升整体式底模16至预定位置；架设梁体侧模及绑扎钢筋等，向整体式底模16内浇筑混凝土形成梁体；向整体式底模16内浇筑混凝土形成梁体时，释放顶推装置7约束（断开顶推装置7与前支腿2或后支腿1的连接），梁体自重及整体式底模16等重量传递至人字型钢架顶部，转换为人字形钢架底部的向前水平推力，使可滑动横梁6向前移动，三角形固定支架12保证可滑动横梁6的垂直度；通过可滑动横梁6的移动距离控制预应力钢筋/钢束15的张拉控制应力；待混凝土达到规定强度后，顶部卷扬机9缓慢放下整体式底模16；梁体重量由第一排桥墩17、第二排桥墩18逐渐承受，人字型钢架底部的向前水平推力逐步减小，可滑动横梁6逐步回缩，（利用其力）脱去锚具夹片，使可滑动横梁6与预应力钢筋/钢束15断开连接，至此预应力混凝土第一梁段制作完成；

解除固定端锚固件4与第一排桥墩17上的预埋件5之间的联系，利用轨道卷扬机13对工字钢轨道11施加水平拉力，工字钢轨道11带动后支腿1、第一伸缩套筒3-1在已制作完成的第一梁段桥面向前滑动；当第一伸缩套筒3-1到达第二排桥墩18墩顶后与第二排桥墩18上的预埋件5固定连接，同时工字钢轨道11前端的支撑千斤顶14落于第三排桥墩19上并支撑工字钢轨道11，前支腿单元悬挂于工字钢轨道11上，依靠顶推装置7推动前支腿单元向前滑动，直至到达第三排桥墩19墩顶；使预应力钢筋/钢束15通过锚具夹片与可滑动横梁6锚固；即可进行第二梁段施工；如此继续循环可进行后续各跨梁的施工。

本发明可将整体式底模16作为施工平台。

本发明利用了人字型机构本身的结构形式，作为跨越桥墩之间的临时结构，用于支撑预应力混凝土梁段的自重及其他施工荷载；利用预应力钢筋/钢束平衡人字型机构和混凝土梁段等自重产生的水平推力，同时用于提供先张法的张拉预应力；利用人字型结构前、后支腿在轨道上的滑动，实现人字型架桥机的跨墩行走，操作非常方便；利用人字型机构的受力特点，便利地解决了先张法施工张拉力的施加，简化了张拉设备，避免了后张法施工所需锚具及由此带来的锚下应力过分集中的问题。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。