大跨度悬索桥钢箱梁吊控制分析

来源 :中国科技博览 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ren_sir
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  [摘 要]大跨径悬索桥钢箱梁节段吊装是主梁施工的关键工序,吊装过程中结构的内力和变形变化显著,吊装方案不合理会在加劲梁节点处产生较大次应力,降低结构安全储备。本文主要对大跨度悬索桥钢箱梁吊控制进行了简要的分析。
  [关键词]大跨度;悬索桥;钢箱梁;吊装控制
  中图分类号:TU832 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)23-0164-02
  1 悬索桥的发展现状及趋势
  1.1 悬索桥的发展历史
  悬索桥的历史悠远,最早热带原始人利用森林中的藤、竹等植物,做成原始的藤竹桥,都是早期悬索桥的雏形。不过最早的有文字記载的悬索桥雏形要属中国,早公元前三世纪,在中国四川境内就修建了“笮”(竹索桥)。早在公元前50年(即汉宣帝甘露4年)已经在四川建成长达122米的铁索桥。1665年,传教士Martini将一篇名为《铁索桥记》的游记翻译并传到西方,悬索桥才被传播到西方开始发展。可见,悬索桥是由中国独创发明并领先世界水平的。而后悬索桥传到西方得到了革新,据文献史料记载,1734年萨克森的军队远征但泽(今波兰格但斯克)时,为了渡河,修建了西方第一座临时性的铁索桥。
  1741年英国建成第一座铁链悬索桥,跨度为21.34m,并且服役了61年才损坏。但直到十九世纪初期,英国建成了一座揭开了现代悬索桥发展的序幕的人行天桥,其跨径为124m。而后悬索桥得到了迅速的发展,其中有代表性的是一座名为梅来的悬索桥,跨径为174m,由Telford主持修建。当时英国的悬索桥,在中国的基础上有了一定的革新,其跨径稍大于中国的古桥,桥上已经可走行马车,有些还增加了斜拉索,有些桥的主缆开始使用眼杆链。Telford同时也做了很多金属试验,如用铁丝制成的悬索桥主缆的试验,试图以理论来指导桥梁工程实践,得出“设计容许应力不宜超过1/3抗拉强度”的结论。法国的纳维尔(Navier)被派至英国,首先开始学习悬索桥,并进行理论研究。1823年,研究得出“随着桥的重量与跨长的增长,稳定性增加”的结论。同年,法国开始大量修建悬索桥,到了1870年,共建500多座。其中最具代表性的Freibourg桥,直至19世纪末该桥一直都是欧洲最大跨径桥,跨径为265m。紧接着,悬索桥又在美国进一步发展壮大。1801年,由美国人JamesFinley修建了Jacob铁索桥。美国人Ellet于1847年至1849年修建了跨俄亥俄河的Wheeling悬索桥,创造了当时的最大跨径桥纪录,达到了308m。但很不幸的是,当时对于风对悬索桥涡流和颤振的动力作用的认识不足,该桥于1854年5月17日被大风损毁。20世纪初,美国各大城市的兴起,大大的促进了大跨桥梁建设的发展。在1920年之前,美国相继建成了Pittsburgh桥、Brooklyn桥、Wilhelmsburg桥、Manhattan桥等悬索桥。接着在1931年,美国率先突破千米级跨径,建成乔治华盛顿(Gorge Washington)大桥,主跨达1067m;1937年建成的旧金山金门(Golden Gate)大桥保持了27年的世界最大跨径桥梁,主跨达到了1280m,使美国的悬索桥建设跃居世界第一,远超其他国家。在近代,日本悬索桥以迅猛的势头蓬勃发展,后来居上。日本1962年建成若户大桥(主跨367m),随后在国内修建了11座特大跨径的悬索桥,进一步推动了悬索桥的发展。在1988年,日本建成的南备赞大桥(主跨1100m),终结了亚洲无千米以上大跨桥的历史。而后日本在1998年建成世界上第一大跨径(主跨1990.8m)的明石海峡大桥。日本的悬索桥,大多为以钢塔和钢桁主梁组成的公铁两用悬索桥。中国在20世纪90年代才步入现代悬索桥的发展队伍之中,1995年建成了西陵长江大桥(主跨900m),1997年建成了虎门大桥(主跨888m)。1998年建成世界第五的香港青马大桥(主跨1377m)和1999年建成世界第四的江阴长江大桥(主跨1385m)。通过这些桥的建成,不仅填补了我国现代化悬索桥的空白,而且使我国跨入了世界上有能力建设大跨度桥梁的先进行列。
  1.2 发展现状及趋势
  英国、美国、日本经过多年的发展成为了目前全世界上公认的三个悬索桥大国。世界上已经出现了100多座各类悬索桥,跨径超过1000米的更是达到了17座之多。尽管在60年代以后,美国悬索桥的数目很少增加,但其曾经的辉煌历史就足以让美国登上拥有最多悬索桥数目的宝座,其中跨度超过1000米的悬索桥就有4座。而日本建成了目前世界上最大跨径的明石海峡大桥,该桥主跨为1990.8米,它是目前已建成的桥梁中跨径最大的桥梁。目前,美国林同炎教授提出了最大跨度为5000米的直布罗陀海峡大桥的方案,首选桥型毫无疑问是悬索桥,如果这一方案能够实现,这无疑将是世界悬索桥史上的崭新的里程碑。
  (1)美式悬索桥
  在修建悬索桥上,美国已经发展了一百多年,在科研、设计和施工技术上形成优势,并且为世界大跨度悬索桥发展积累了丰富的经验,使悬索桥成为唯一能够超过千米的成熟桥型,并形成了自己独特的美式悬索桥风格。
  美式悬索桥的特征主要表现为:采取竖直吊索的方法,并采用钢桁架的加劲肋。这类悬索桥基本采用三跨地锚式,加劲梁在主塔处设有伸缩缝,通过增加桁架高度来保证刚度,采用钢筋混凝土作为桥面,便于实现双层通车。
  (2)日式悬索桥
  日本悬索桥发展大多来源美国,所以修建的悬索桥大多类似美国式悬索桥,由于日本很多桥梁都是公铁两用桥,大多采用双层桥面布置,导致他的桥梁采用桁架式便于公路交通与铁路交通分层通过。但是日本的大跨悬索桥的建造也不仅仅是对美国的模仿,他们也很有自己的特点:例如加劲桁架在桥塔处不设置伸缩缝,采用连续的形式。但在主塔处设置伸缩缝,桥面采用钢正交异性板。
  (3)英国式悬索桥   欧洲现代大跨悬索桥的修建大多采取混凝土桥塔、扁平流线形全焊加劲钢箱梁悬索桥的形式,且比桁架式加劲梁节省工程投资费用10%左右。欧洲悬索桥的发展率先在英国展开,并逐步发展形成了英式悬索桥的风格。
  英国在其本土和殖民地建成多座经典的英式悬索桥。英式悬索桥的最大特征是采用三角形的斜吊索和流线形扁平翼状钢箱梁作为小高度加劲梁。并且除此之外,这种形式的悬索桥在主梁和塔柱交界处并没有设置伸缩缝,用混凝土塔代替钢桥塔,个别悬索桥还将主缆在主跨中点处和主梁固结。英国式悬索桥采用钢箱加劲梁,具有减轻整体的恒载,减少了主缆的截面面积,削减了钢材用量和费用的优点。而且由于采用了抗扭刚度大的钢箱梁,受到的横向风力小,大大减少了桥塔所承受的横向力,使桥梁具有良好的抗风性能。而三角形布置的斜吊索虽然由于构造复杂,增加了一定施工的难度,但也一定程度上提升了桥梁的整体刚度。
  2 大跨度悬索桥钢箱梁吊装分析
  其一,对适配的吊索具进行选择。首先应当保证现有吊索能够承载已经选择的吊装设备综合参数规格的需求。在此过程中,应当对吊装施工作业之前的工作进行需要使用的起重设备以及作业工具的安全、性能等方面的综合检查,从而来保证对现有桥梁吊装施工作业过程的安全性能。在进吊装作业施工之前,还需要在现有的作业区域及其附近进行警戒区的划定,从而保障周边交通的通常和作业过程的有序。在对钢箱梁进行整体吊装过程中,还应当首先保证已经搭建的临时支架已经进行了静压处理,时间一般为三到七天作业,施工作业人员应当在每天对整体静压结果进行观测并进行记录与分析,只到上述作业达到吊装安装标准后再进行施工。除此之外,在吊装设备将钢箱梁调离地面十至三十厘米的时候,应当检查相关部件的可靠性,再进行下一步吊装作业。另外,在吊装过程中,还应尽快的将箱梁安放在标准位置,以便于能够极大程度上减少吊装物高空停留的所用时间,并且还需保持钢丝绳与钢箱梁顶板之间时刻处于科学的角度范围内,一般不应当大于六十度;
  其二,对钢箱梁的吊装精确程度进行控制。为了保证现有桥梁施工结果的高质量,需要在施工過程中保证每个吊装段之间的良好衔接。在此过程中一方面可以在施工作业过程中采用多次的衔接调整,以不断缩小吊装误差,另一方面还可以利用精密全站仪对吊装的桥面上平台进行实时测量,以实现对桥梁中心的中心轴线、边线等进行准确测量。除此之外,还可以利用钢板在已浇捣好的混凝土支墩上或已浇捣好的混凝土桥梁的端部设置临时固定点,利用这些工作流程及作业来保证整体施工过程的高精确度及质量。
  3 大跨度悬索桥钢箱梁吊装过程控制的实例分析
  某搭桥全长1.6km,里程桩号为K2+600~K4+200,是城市快速路,设计速度80km/h,双向8车道,包括跨江主桥和南北引桥2部分,跨江主桥为主跨880m的单跨悬索桥,桥面宽度38m,南北两岸引桥总长720m。
  大桥钢箱梁段总重约16040t,分6种类型,共59个吊装节段。其中,标准梁段长15m,标准吊装段重约272t;跨中梁段长14m,跨中吊装段259t;端梁段长12.08m,端部梁段247t。梁段编号为Z1~Z30,其中Z1为端梁,Z2为合拢段,Z30为跨中梁段。梁段之间均采用对接熔透焊缝连接。钢箱梁为流线型扁平封闭单箱结构,梁高3.5m,桥面宽度40.98m,两侧配有风嘴,钢箱梁全宽42.0m,主塔处桥面宽度33.0m。
  3.1 钢箱梁吊装过程中高差控制
  利用吊装前准备工作中的参数,通过有限元软件模拟计算整个钢箱梁吊装过程各阶段主梁的线形及变化情况。得出梁段吊装过程中相对高差的理论变化曲线。从图1中可以看出钢箱梁对称吊装至10号梁段时,主塔区梁段高差产生峰值1.513m。随着跨中梁段不断增加,跨中箱梁线形逐渐实现从凹曲线形向凸曲线形的反转,箱梁吊装至Z15号梁段时,线形彻底实现凸曲线线形,而主塔区钢箱梁线形高差则逐渐减小,直至合拢。在实际施工过程中,将采集到的钢箱梁吊装过程中实际底板高差数据与理论值对比分析,Z10梁段吊装后对比数据见表1,示意图如图2所示。分析可得理论与实际误差最大只有7%,控制结果良好。
  3.2 钢箱梁吊装过程中主索鞍
  索鞍顶推控制随着钢箱梁吊装的不断进行,主索鞍带动桥塔向中跨的偏位导致桥塔纵向弯曲,受拉侧(边跨侧)的拉应力有可能超出结构的安全允许值。因此,在钢箱梁的吊装过程中,需要不断地向中跨顶推索鞍,保证桥塔的受力处于良好的状态。顶推工艺主要包括顶推时机和顶推量的确定。顶推时塔顶和鞍座都会发生水平位移,2位移之和等于相对顶推量,各次的相对顶推量之和等于初始预偏量。对于大跨度悬索桥,主索鞍的水平刚度会比塔柱的水平刚度大很多,顶推主索鞍的过程主要是使塔顶发生水平位移,这也是可以通过顶推调整塔柱内力的实质。合理的顶推工艺应使塔偏移在允许的限值之内,且顶推次数尽量少,以减少施工工作量。按照混凝土桥塔塔底应力不出现大于0.5MPa的拉应力且压应力小于0.5倍的轴心抗压强度的控制原则,寸滩长江大桥箱梁吊装过程中共进行了6次主索鞍顶推,由图3可知:后期每次顶推前后的最大塔偏基本一致。另外,从顶推时间的间隔可发现,前期顶推较频繁,后期顶推之间的时间间隔相对较大,反映了后期梁段的吊装对主缆刚度的影响越来越小。
  4 结语
  本文通过理论分析与施工中的监控研究,均证实了在边中结合的吊梁方案下,主塔区梁段间高差先变大后变小,随着跨中梁段架设逐渐趋于稳定,而跨中梁段间高差变化值则是逐渐变小的,最终达到合拢线形的变化规律,可为以后同桥型的施工提供借鉴及参考。
  参考文献
  [1] 钟继卫.大跨度悬索桥钢箱梁吊装精细化分析[J].桥梁建设,2010,06:9-12.
  [2] 姚清涛,潘桂林,游新鹏,何超然.大跨度三跨连续悬索桥钢箱梁总体吊装方案研究[J].中国工程科学,2013,08:54-59.
  [3] 陆文亮.三塔悬索桥钢箱梁架设方案研究及施工过程分析[D].西南交通大学,2009.
  [4] 向渊.悬索桥钢箱梁临时连接件风致疲劳分析[D].西南交通大学,2009.
  [5] 钱亚萍.三塔悬索桥钢箱梁吊装关键技术研究[D].合肥工业大学,2014.
  [6] 齐东春,王昌将,沈锐利,林恰.悬索桥施工中鞍座顶推的研究[J].中国工程科学.2010(07).
  [7] 何为.大跨径悬索桥施工监控中若干问题的研究[D].浙江大学.2006.
  [8] 潘永仁.悬索桥结构非线性分析理论与方法[M].人民交通出版社.2004.
其他文献
[摘 要]随着人们生活水平及审美要求的不断提高,人们对园林绿化也提出了更高的要求。花卉是园林绿化中不可或缺的材料,以多种形式被广泛运用于园林绿化中。在园林绿化中合理的运用花卉不仅可以能够更好的满足城市绿化的需要,而且能够在更大程度上丰富园林绿化景观,为人们提供更好的休闲娱乐环境,更好的满足人们对园林绿化的需求。花卉的栽培及养护管理工作是园林绿化管理中的重点内容,是花卉充分发挥园林绿化作用的根本保证
期刊
[摘 要]社会商品经济需要发达的寄售产业。本文从寄售的定义、作用和寄售库在仓储中的应用对寄售流程进行了分析和探讨。  [关键词]寄售 仓储 流程 应用 成本  中图分类号:F253.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)23-0222-01  一、寄售的定义及作用  (一)寄售的定义  寄售(consignment)是一种委托代售的贸易方式,也是国际贸易中习惯采用的做法之一。
期刊
[摘 要]党的基层组织是党在基层全部战斗力的基础,对于促进科学发展和社会和谐至关重要。随着油田企业改革发展的深入,机制的转变和利益格局的调整,职工心理失衡,为企业生存发展担忧,大量的思想问题和深层次利益矛盾日益显现。新时期要围绕企业生产经营中心和改革发展大局,解放思想、调整思路,主动作为,求实创新;把以党支部建设为核心的基层建设摆在加强党的执政基础的高度去认识、去实践,努力探索实践新形势、新阶段党
期刊
[摘 要]写新鲜的事实是新闻写作的基本要求。只有新的东西,才能为读者提供信息。新闻要围绕中心、关注百姓、不能偏离中心、疏离群众,要指导实际工作、实际生活,而实际工作和实际生活总是在不断前进、不断变化、不断发展的。本文就如何对新闻进行合理编辑阐述了自己看法。  [关键词]新闻编辑 注意事项  中图分类号:G213 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)23-0221-01  一、新
期刊
[摘 要]本文提出了一种利用Cart算法快速建立分类回归树,对影像数据进行分类的方法。其中心思想是, 通过选取样本点,把多种特征值赋予样本,再采用数据挖掘的方式对样本进行筛选,从而建立分类回归树对影像进行分类。选取影像特征值时,可在常规影像特征的基础上加上纹理特征,效果更好。  [关键词]样本,数据挖掘,影像分类  中图分类号:TP183 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)2
期刊
[摘 要]随着改革发展的不断深入,油田企业基层思想政治工作面临着许多新情况、新问题,因此思想政治工作的任务变得更加艰巨与复杂。文章介绍了油田企业基层思想政治工作现状和形成原因,对新形势下增强职工思想政治工作实效性进行了探索思考,对进一步提高基层思想政治工作实效性有一定的借鉴价值。  [关键词]基层;思想政治工作;实效性;思考  中图分类号:D412.62 文献标识码:A 文章编号:1009-914
期刊
[摘 要]在变频器应用技术课程的教学改革过程中,采取一体化教学模式,不仅可以提供学生的学习兴趣,同时,也能够提高学生的实践动手能力。因此,教师在变频器教学过程中,应注重多维互动教学模式的应用,指导学生进行理论与实践环节的学习,提升学生综合素质,提高教学质量。文章主要对多维互动教学模式进行了分析,并对其在变频器一体化教学中的应用策略进行了研究。  [关键词]变频器一体化;多维互动教学模式;应用策略 
期刊
[摘 要]为实现大断面开拓岩巷的快速掘进,云盖山煤矿一矿在装备机械化、成套作业线方面进行了积极探索和应用,在钻眼机具上使用了液压钻车机械化作业替代人工和风钻工艺,本着钻眼效率和深度的提高,为中深孔爆破提供了条件,从而实现了掘进水平明显提高。  [关键词]岩巷;钻车;应用;  中图分类号:R157 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)23-0217-01  引言:机械化程度是制约
期刊
中图分类号:R124 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)23-0223-01  劳动权作为我国宪法授予每位公民的基本权利是应该受到各类法律、规定、条例保护的。然而伴随我国经济社会的快速发展和劳动力市场逐渐步入正轨,劳动者的维权意识与法律观念越来越深入人心,围绕着劳动权的保护产生了各类劳动纠纷事件,并且数量每年呈现井喷式的增长。这种现象从本质上来看是我国劳动争议处理制度的不完善
期刊
[摘 要]在高职院校不应砍掉反而应该重视《马克思主义哲学》课程,不仅仅是马克思主义哲学本身特点决定的,更是它在当前哲学界的地位和在我国意识形态领域地位决定的,可以帮助学生真正增长智慧,更好地领会和拥护中国梦和践行社会主义核心价值观;而《马克思主义哲学》教学改革也一直在探索和尝试进行中,本文强调哲学教学要从传授知识转向引导体验。教师在教学过程中,不仅要认真传授理论知识,更要强化学生的体验环节,特别要
期刊