大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法与流程

本发明涉及桥梁工程施工，具体涉及一种大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法。

背景技术：

1、自锚式悬索桥因其美观、适应性强以及令人满意的经济性能，近几年在国内得到迅速发展。不同于传统的地锚式悬索桥，自锚式悬索桥的主缆不再“扎根”于地下，而是锚固于主梁，主缆在上部主梁施工完成后才能施工，一般采用先梁后缆的方法施工。由于超宽钢箱梁自锚式悬索桥是近几年发展起来的桥型，在国内诸多研究中关于这方面的研究成果较少，在施工方面的研究就更加少。自锚式悬索桥不同于一般地锚式悬索桥，由于主缆锚固于主梁上的特殊性，导致主梁受力不同于一般地锚式悬索桥，在施工顺序上与其完全相反，主梁要先于主缆完成施工，且通常采用满堂支架施工，在安装主缆、吊杆后，通过分级张拉吊杆，逐步拆除支架，在线形控制上一直是自锚式悬索桥施工的难点。

2、由于跨越主河道需要常年保持通航，所以钢主梁采用步履式顶推施工工艺，搭设临时墩辅助施工，主梁采用双向顶推工艺，既在两岸各布置1处顶推平台进行主梁节段拼装与顶推施工。在每个拼装平台上布设1台50t跨墩龙门吊，并布设临时墩支架及顶推设备。该桥属于大跨径桥梁，结构形式复杂、施工周期较长、在施工过程中易受到风力和水力等环境影响，施工过程中若采用传统手段控制其线型难以保证成桥线型满足设计要求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，能够适应梁体线形的变化，有效控制桥墩水平力，施工效率快，施工质量高，具有很高的安全性。

2、为实现上述目的，本发明所设计的大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，包括如下步骤：

3、a)建立顶推施工数值模型，对顶推施工工况以及临时支架受力情况进行模拟分析，根据受力情况分析数据进行图纸绘制和结构设计，同时计划安装流程；

4、b)按照图纸进行钢箱梁的节段划分，在工厂加工制作成节段；

5、c)将制作好的钢箱梁的节段运输至施工现场；

6、d)安装顶推设备，连接控制系统并调试；

7、e)将钢箱梁节段通过龙门吊吊装至拼装平台组装；

8、f)钢箱梁节段验收合格后按照安装流程采用步履式顶推法顶推至合适位置，重复主梁组装、顶推步骤，至所有钢主梁顶推完成，并在顶推时通过纠偏位移传感器对钢箱梁进行自动纠偏。

9、优选地，所述步骤a)中，利用midas civil软件建立顶推施工数值模型，建立顶推施工数值模型时，主梁建模的钢主梁选取q345钢材，弹性模量取2.06×108kn/m2，截面类型为一般截面，泊松比取0.31，混凝土主梁选取c50混凝土，弹性模量取3.45×107kn/m2，截面类型为一般截面，泊松比取0.3，张拉混凝土主梁预应力筋，截面采用迈达斯截面特性计算器spc进行等效，钢箱梁与支承采用弹性连接，钢导梁与钢箱梁之间采用刚性连接模拟，边界条件考虑水流带来的水压力，用四个方向的三角形梁单元荷载模拟，桩底土压力采用m法模拟，桩的计算宽度为1.53m，高度按0.5m为一个单元计算。

10、优选地，所述步骤a)中，进行模拟分析时，在最不利工况下，根据建立的顶推施工数值模型对钢箱梁步履式顶推施工的各施工阶段进行计算分析，得到各施工阶段下钢导梁竖向位移和最大组合应力，钢箱梁竖向位移和最大组合应力、临时墩支反力、最大压应力和最大竖向位移，使钢导梁最大竖向位移和最大组合应力、钢箱梁最大竖向位移和最大组合应力、临时墩最大支反力、最大压应力和最大竖向位移均处于安全范围以内，顶推施工过程合理保证钢箱梁在施工中受力安全以及拼装线形、结构安全。

11、优选地，临时支架属细长杆件，以轴压为主，横桥向几片梁同时落梁时为最不利工况，最不利工况包括钢箱梁和钢导梁吊装就位时、处于最大悬臂且接近临时墩时及钢导梁处于临时墩时。

12、优选地，所述步骤a)中，顶推施工数值模型中桥塔、纵梁和横梁均采用梁单元来模拟，主梁与桥墩、主梁与临时墩、桥塔间连接均为一般弹性连接，在钢导梁的仿真中采用分离式工字钢断面。

13、优选地，所述步骤a)中，给每个工况建立一个独立的顶推施工数值模型来实现顶推法过程，根据施工步骤给每一个工况施加独立的自重荷载。

14、优选地，所述步骤a)中，通过多次计算分析，寻找对顶推施工期与受力状态具有实际意义的计算结果。

15、优选地，所述步骤d)中，顶推设备中的顶推液压系统中安设用于监控每个受力点荷载的压力传感器，墩身两边压力差控制在10％范围内；滑箱上安装有控制主梁平衡度的水平倾角传感器，当水平倾角传感器在x轴或y轴方向的倾斜角度超出设定值，系统即停机报警，并启动水平倾角标定程序，待标定调整后完成后，继续进行顶推动作。

16、优选地，所述步骤f)中，吊装与顶推交替进行，拼装1～3个节段后顶推一段距离，空出拼装平台后，继续拼装顶推，依次循环直至完成全桥钢箱梁吊装，主梁吊装顺序为先吊装靠塔侧节段，依次吊装远离塔侧节段，吊装时，横桥向从中间往两边吊装，吊装完成一个全断面后再开始下一节段吊装。

17、优选地，所述步骤f)中，采用步履式顶推法施工时，包括如下步骤：

18、f1)吊装靠近主塔的钢混段及其紧邻节段；

19、f2)将上述节段与导梁完成连接并调整好线型；

20、f3)往主塔方向顶推；

21、f4)继续在拼装平台上拼装后续1～3个节段；

22、f5)继续往主塔方向顶推；

23、f6)循环步骤f4)～步骤f5)，直至顶推到位。

24、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

25、1、建立了超宽钢箱梁自锚式悬索桥顶推施工精细化有限元模型，对顶推施工过程中临时墩受到的支反力以及钢箱梁钢导梁受到的应力与变形进行了精细化数值分析，通过数值分析得到顶推施工过程中钢导梁钢箱梁的应力以及变形规律，以便为后续施工作为依据；

26、2、在顶推设备中，顶推力和摩擦力都是顶推设备内力，这样二者能够相互抵消，所以该顶推方法对临时墩的水平力很小，能够适应梁体线形的变化，并且支点反力可调，可以使各墩处反力相对均匀；

27、3、步履式顶推可以有效的控制桥墩的水平力，可以适用于柔性墩，竖向调整便捷，可以有效的控制支反力，施工效率快，施工质量高，具有很高的安全性。

技术特征：

1.一种大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，其特征在于：所述步骤a)中，利用midas civil软件建立顶推施工数值模型，建立顶推施工数值模型时，主梁建模的钢主梁选取q345钢材，弹性模量取2.06×108kn/m2，截面类型为一般截面，泊松比取0.31，混凝土主梁选取c50混凝土，弹性模量取3.45×107kn/m2，截面类型为一般截面，泊松比取0.3，张拉混凝土主梁预应力筋，截面采用迈达斯截面特性计算器spc进行等效，钢箱梁与支承采用弹性连接，钢导梁与钢箱梁之间采用刚性连接模拟，边界条件考虑水流带来的水压力，用四个方向的三角形梁单元荷载模拟，桩底土压力采用m法模拟，桩的计算宽度为1.53m，高度按0.5m为一个单元计算。

3.根据权利要求1所述大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，其特征在于：所述步骤a)中，进行模拟分析时，在最不利工况下，根据建立的顶推施工数值模型对钢箱梁步履式顶推施工的各施工阶段进行计算分析，得到各施工阶段下钢导梁竖向位移和最大组合应力，钢箱梁竖向位移和最大组合应力、临时墩支反力、最大压应力和最大竖向位移，使钢导梁最大竖向位移和最大组合应力、钢箱梁最大竖向位移和最大组合应力、临时墩最大支反力、最大压应力和最大竖向位移均处于安全范围以内，顶推施工过程合理保证钢箱梁在施工中受力安全以及拼装线形、结构安全。

4.根据权利要求3所述大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，其特征在于：临时支架属细长杆件，以轴压为主，横桥向几片梁同时落梁时为最不利工况，最不利工况包括钢箱梁和钢导梁吊装就位时、处于最大悬臂且接近临时墩时及钢导梁处于临时墩时。

5.根据权利要求1所述大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，其特征在于：所述步骤a)中，顶推施工数值模型中桥塔、纵梁和横梁均采用梁单元来模拟，主梁与桥墩、主梁与临时墩、桥塔间连接均为一般弹性连接，在钢导梁的仿真中采用分离式工字钢断面。

6.根据权利要求3所述大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，其特征在于：所述步骤a)中，给每个工况建立一个独立的顶推施工数值模型来实现顶推法过程，根据施工步骤给每一个工况施加独立的自重荷载。

7.根据权利要求3所述大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，其特征在于：所述步骤a)中，通过多次计算分析，寻找对顶推施工期与受力状态具有实际意义的计算结果。

8.根据权利要求1所述大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，其特征在于：所述步骤d)中，顶推设备中的顶推液压系统中安设用于监控每个受力点荷载的压力传感器，墩身两边压力差控制在10％范围内；滑箱上安装有控制主梁平衡度的水平倾角传感器，当水平倾角传感器在x轴或y轴方向的倾斜角度超出设定值，系统即停机报警，并启动水平倾角标定程序，待标定调整后完成后，继续进行顶推动作。

9.根据权利要求1所述大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，其特征在于：所述步骤f)中，吊装与顶推交替进行，拼装1～3个节段后顶推一段距离，空出拼装平台后，继续拼装顶推，依次循环直至完成全桥钢箱梁吊装，主梁吊装顺序为先吊装靠塔侧节段，依次吊装远离塔侧节段，吊装时，横桥向从中间往两边吊装，吊装完成一个全断面后再开始下一节段吊装。

10.根据权利要求1所述大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，其特征在于：所述步骤f)中，采用步履式顶推法施工时，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及桥梁工程施工技术领域，公开了一种大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，包括如下步骤：建立顶推施工数值模型，根据受力情况分析数据进行图纸绘制和结构设计，同时计划安装流程；按照图纸进行钢箱梁的节段划分，在工厂加工制作成节段；将制作好的钢箱梁的节段运输至施工现场；安装顶推设备，连接控制系统并调试；将钢箱梁节段通过龙门吊吊装至拼装平台组装；钢箱梁节段验收合格后按照安装流程采用步履式顶推法顶推至合适位置，重复主梁组装、顶推步骤，至所有钢主梁顶推完成。本发明大跨度超宽钢箱梁自锚式悬索桥线型控制施工方法，能够适应梁体线形的变化，有效控制桥墩水平力，施工效率快，施工质量高，具有很高的安全性。

技术研发人员：封江东,曾瑞祥,董正午,王利新,胡波,王伟,周长松,任思言
受保护的技术使用者：中交第二航务工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24