頂推法施工控制連續(xù)梁橋蔣瑩

1、頂推法施工控制連續(xù)梁橋J. F. Wang1; J. P. Lin2; and R. Q. Xu3摘要：鋼的低剛度U型梁頂推施工過程中導(dǎo)致了一種創(chuàng)新的頂推施工方法，解決多跨橋梁長復(fù)合開發(fā)的特殊要求。利用局部應(yīng)力控制策略，避免底板局部屈服。對位于垂直曲線的復(fù)合橋的幾何形狀控制特性進行分析，可以建立和驗證的控制策略。狀態(tài)向量的概念引入幾何形狀控制和預(yù)測。田間試驗結(jié)果顯示，大多數(shù)的高程誤差落入±1:0厘米范圍。本文演示了高度精確的控制的幾何形狀可以實現(xiàn)通過所提出的方法。通過對組合橋幾何形態(tài)的精確分析，可以及時發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤。關(guān)鍵詞：10.1061 /（ASCE）be.1943-5592.0

2、000737。©2015美國土木工程師學(xué)會。作者關(guān)鍵詞：組合橋；頂推法施工；鋼U型梁；幾何形態(tài)控制；狀態(tài)向量。導(dǎo)言由于其顯著的優(yōu)點，如快速安裝，大跨度的能力，經(jīng)濟學(xué)，美學(xué)，鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)得到了很好的研究和作為一個可靠的橋梁工程中結(jié)構(gòu)類型。鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，減少截面的大小，通過利用鋼和混凝土的復(fù)合行動，這可以通過剪切連接（Jacques2000，Jung et al.2009）。頂推施工是一種復(fù)合材料橋梁建設(shè)的最流行的方法，它可以充分利用輕量化、高承載能力的鋼梁可以減少設(shè)備和設(shè)施的要求（Marco 2002；Shao2007；Zellner and Svensson 1983）。頂

3、推施工方法已應(yīng)用于許多工程（Fontanet al.2011；Marzouk et al. 2007），這2種類型的下水方式都是拖曳式下水和楔式下水。拖曳式發(fā)射，如圖1所示，通常涉及拖梁預(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼絞線的地方使用（rosignoli 2000）。該技術(shù)應(yīng)用在杭州江東大橋施工（Zhang et al. 2010）。另一方面，隨著楔塊的幫助下，梁可以取消和推出了楔式推法，這是應(yīng)用于高架橋的建設(shè)（Buonomo。2004；Virlogeux 2006）。拖拽式推施工技術(shù)是比較成熟的，相當(dāng)簡單的過程，而建設(shè)成本相對較低。然而，難以在發(fā)射過程中控制各點的牽引負荷，并且該過程可以產(chǎn)生對橋墩可觀的水平力。

4、底板穿孔可安裝拉錨裝置和限流裝置的定位的過程中是需要的。由于這些原因，有必要加強梁，碼頭，和臨時碼頭，以滿足施工要求。楔式發(fā)射施工提供了良好的可控性，是相當(dāng)有效的。此外，它更容易控制的橫向力的臨時和永久性的碼頭。然而，楔式的發(fā)射需要一個精確的液壓同步控制系統(tǒng)，和楔和幻燈片必須是非常準(zhǔn)確的。施工工藝復(fù)雜，難以控制。此外，它不能靈活地適應(yīng)變化的斜坡或幾何形狀的梁。啟動建設(shè)的策略可以產(chǎn)生良好的結(jié)果既不長，連續(xù)組合梁橋。因此，一個創(chuàng)新的頂推施工方法進行了探討。引橋占越江橋梁或跨海橋梁大量。在一般情況下，混凝土橋梁的跨度為50米，60米，鋼或復(fù)合橋的跨度為80米，100米是用于經(jīng)濟和美學(xué)。采用頂推施工方

5、法與跨度85米，六車道橋梁，最大支反力10000 kN可以實現(xiàn)對鋼U形梁。在發(fā)射過程中，所有的梁都受到正面和負面的時刻。此外，從支持部分，跨中截面底板的厚度減小，和最弱的位置位于跨中截面。沒有豎向加勁肋承受反力除了在支持部分的。另外，沒有臨時加固措施底板，保持底板的局部應(yīng)力狀態(tài)在一個適當(dāng)?shù)乃剑苑乐咕植壳陌l(fā)生是非常重要的（Tanner et al.。2013；Zhang and Luo2012）。有在發(fā)射多跨鋼U形梁施工多輪。這些梁的形狀是通過一個multiround系統(tǒng)建設(shè)形成。需要高精度的鋼梁裝配，以確保安裝質(zhì)量。由于鋼U形梁的結(jié)構(gòu)和相對剛度較低，幾何形狀控制中的誤差是不可避免的。但

6、是，由于幾何形態(tài)的變化，這些誤差很難及時評估，如果在垂直曲線上的梁沒有適當(dāng)?shù)目刂疲捎谳S承位置的強迫位移，殘余應(yīng)力會增大。因此，重要的是要確保幾何形狀滿足設(shè)計要求，進行控制和監(jiān)測的幾何形狀的鋼U形梁在增量啟動建設(shè)。因此，這是至關(guān)重要的，以評估是否當(dāng)前狀態(tài)的幾何形狀是合理的，以便可以采取步驟，以糾正任何幾何形狀的錯誤。橋梁工程中常用的四種施工控制方法：后控制方法、預(yù)測控制方法、自適應(yīng)控制方法和最大容差法。后來的控制方法是指在不符合設(shè)計要求的情況下對所構(gòu)造的結(jié)構(gòu)進行修改。它僅適用于可調(diào)整的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。預(yù)測控制方法考慮了所有的影響因素和設(shè)計目標(biāo)，預(yù)測每一個施工階段，并向預(yù)期狀態(tài)移動建設(shè)。在當(dāng)前施工階段

7、的錯誤可以得到糾正，在隨后的施工階段。自適應(yīng)控制方法也被稱為參數(shù)識別和校正方法。在施工控制開始時，控制系統(tǒng)的輸出結(jié)果可能無法滿足設(shè)計要求，由于某些設(shè)計參數(shù)可能不符合實際情況。通過系統(tǒng)辨識或參數(shù)估計，這些設(shè)計參數(shù)可以識別和糾正。最大容差法保證了誤差不超過最大容差，僅適用于具有高安全冗余度的結(jié)構(gòu)。本文介紹了頂推施工，克服了上述缺陷的一種新方法。局部應(yīng)力控制技術(shù)，避免了局部屈服的底部板。還提出了一種控制在垂直曲線上的復(fù)合橋鋼U形梁的幾何形狀的方法。項目背景九堡大橋是世界上最大的10個跨錢塘江。它的總長度為1855米，主橋為連續(xù)組合梁鋼拱橋，和引橋具有恒定以跨度85米的整個跨度安排部分如下：55 米

8、+ 2×85米78米21:785米（北引橋）+ 210米（3×主橋）+ 21:785米+78米+9 × 85米+55米（南法）。在九堡大橋跨徑布置如圖2所示。本文討論了南方的方法。在九堡大橋南的做法是多跨連續(xù)組合梁橋。其組合梁由混凝土橋面和鋼U形梁組成。鋼U形梁是由一個頂部法蘭、Web、底板、空腹橫梁，實腹橫梁，腹板加勁肋，底板加勁肋。一個典型的九堡大橋斷面如圖3所示。如圖所示，鋼結(jié)構(gòu)的頂寬為13.1米，底寬為11.06米。以這種方式，橫向鏈路系統(tǒng)的總寬度為31.3米。在圖4中所示的頂推法施工現(xiàn)場。圖1.拖式下水施工（作者）圖3.對九堡大橋南法標(biāo)準(zhǔn)剖面（單位：厘米

9、）：（a）與橫梁；（b）無橫梁圖2.九堡大橋跨徑布置（單位：m）圖4.頂推法施工的現(xiàn)場（由作者的圖像）頂推施工技術(shù)在頂推法施工過程中，在混凝土橋面安裝前，組合梁的鋼的U型梁具有較低的剛度。由于鋼結(jié)構(gòu)的薄弱和施工成本的不確定，底板穿孔和臨時附加設(shè)施的安裝是不可行的，在施工過程中，嚴格控制和精確的調(diào)整是必要的。梁的受迫位移應(yīng)控制在一個安全的范圍內(nèi)。此外，發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)大噸位大跨度結(jié)構(gòu)的發(fā)射應(yīng)該改變幾何圖形實現(xiàn)長的多跨橋梁多點同步啟動。要做到這一點，一個改進的頂推法建設(shè)技術(shù)的發(fā)展。本文提出的多點同步頂推施工技術(shù)不同于常用的方法，其中梁推或拖過支點。發(fā)射裝置包括鋼滑塊，導(dǎo)軌，液壓千斤頂。在多點同步增量

10、的過程中，梁經(jīng)歷了剛運動，沒有一部分的梁受到任何橫向力。滑塊與導(dǎo)軌之間的摩擦是可以克服的，而橋梁結(jié)構(gòu)是由發(fā)射杰克施加水平力向前推出。幾乎沒有水平力產(chǎn)生的墩頂推施工過程中，可以進行無底板的臨時加固，從而顯著降低建設(shè)成本。如圖5所示，發(fā)射過程一般包括起升、下水、降下、退出等過程，施工順序如下：步驟1：整體吊裝的橋梁結(jié)構(gòu)。起升千斤頂被拉向上，并將鋼U形梁從臨時墩上分離出來。整個鋼梁由頂推施工技術(shù)支撐。步驟2：將鋼制U形梁向前推。發(fā)射千斤頂向前移動，并提出了鋼梁。這一過程是由內(nèi)置滑動設(shè)備的滑動面進行的。在發(fā)射過程中，整個梁進行了剛性運動。步驟3：降低起重設(shè)備。起升千斤頂逐漸卸下，并整體上降低了鋼制U形

11、梁。梁與下水裝置分離，臨時橋墩支撐。步驟4：啟動設(shè)備的重置。梁在臨時墩上放置，并將其啟動千斤頂返回到下一個增量啟動周期。圖5中的構(gòu)造序列。該方法將梁的縱向和橫向兩種運動分開，簡化了液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計。鋼U型梁在垂直于底板的起升力作用下容易受到傷害。局部應(yīng)力不受控制，特別是在薄弱部位，局部產(chǎn)生可能發(fā)生。增量長跨橋梁施工期間支持發(fā)射復(fù)合反應(yīng)大。接觸區(qū)域應(yīng)靠近梁腹板，以避免局部屈服和足夠大，以提供足夠的摩擦，在發(fā)射過程中。在杭州九堡大橋的建設(shè)，實際接觸面積要盡可能窄。為滿足這一要求，在工程施工的橋梁和梁之間的接口處使用了施工措施。如圖6所示，在發(fā)射設(shè)備的頂部支架上安裝了一個緩沖層。根據(jù)局部應(yīng)力分析結(jié)

12、果確定了墊層的寬度和長度。在墊層上放置一個橡膠板，以保證局部應(yīng)力的均勻分布。在發(fā)射設(shè)備的頂部設(shè)置了緩沖層。它被定位在安裝過程中根據(jù)主梁底板邊緣。它被用來保證支撐反應(yīng)擴散到鋼的U形梁腹板。發(fā)射設(shè)備的照片如圖7所示。圖5.頂推法技術(shù)的工作原理。幾何形狀控制幾何形狀控制特性分析在頂推法施工過程中，由于幾何形態(tài)的不斷變化，使得結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)難以確定，但要根據(jù)荷載和邊界條件來預(yù)測其幾何形態(tài)。圖6.過渡墊片的布置圖7.設(shè)備（作者的圖像）圖8.鋼U型梁的變形圖9.裝配基線的旋轉(zhuǎn)角度如圖8所示，裝配平臺上的鋼梁段通常發(fā)生變形（Wu2007）。在確定下一步的裝配角前，需要對這些變形進行分析，以保證施工完成后的幾

13、何形狀和避免受迫位移。如圖9所示，之間存在不連續(xù)的裝配基準(zhǔn)。曲線橋幾何形態(tài)的控制與直橋的控制有很大的不同。在施工過程中，應(yīng)調(diào)整裝配基準(zhǔn)角，以避免強迫位移?？刂茀?shù)的選擇與計算：每一輪的裝配施工基線可能既不共線或裝配平臺平行鋼的線形控制U型梁在豎曲線。因此，一個新的控制參數(shù)，在前面的梁段的后端的角度，介紹。此參數(shù)允許一個確定最合適的位置安裝的梁段。假設(shè)裝配場線與水平線之間的夾角0，平臺上的k跨端段段的我，在前梁段的后端的角度C I，如圖10所示。匯編碼線與水平線之間的夾角可計算如下 = c i + (1)在=角的裝配基準(zhǔn)和PiPi + 1之間。存在0和之間的不一致。如果差異超過了一定值，程序集可

14、能會變得很難，如圖10所示。在合理范圍內(nèi)調(diào)整一個有必要的調(diào)整范圍，使裝配基準(zhǔn)與裝配平臺基本平行。幾何形狀預(yù)測與控制鋼U型梁段在增量啟動過程中的幾何形態(tài)變化，應(yīng)實時分析和控制的所有狀態(tài)的頂推法的施工結(jié)構(gòu)。在每一個工作條件下，有必要對其幾何形態(tài)進行預(yù)測和控制。在任意給定狀態(tài)下的幾何形態(tài)分析。四個國家參與下水施工是（1）設(shè)計橋狀態(tài)，（2）無應(yīng)力狀態(tài)，（3）組件狀態(tài)，以及（4）增量啟動狀態(tài)。發(fā)射結(jié)束時應(yīng)進行設(shè)計，是施工控制的目的，無應(yīng)力的狀態(tài)是一種無應(yīng)力的狀態(tài)。在發(fā)射過程中，裝配狀態(tài)和頂推法狀態(tài)實際上是在發(fā)射過程中發(fā)生的，可以在啟動狀態(tài)下進行分析。在圖11中顯示了不同的幾何形態(tài)狀態(tài)之間的關(guān)系。它可以在

15、圖11中看到，誤差分析和反饋是實現(xiàn)理想的橋狀態(tài)的關(guān)鍵。幾何外形可以用里程和高度來描述，此外，還應(yīng)為曲線梁提供軸位偏差?？刂泣c的狀態(tài)， i可以用一個狀態(tài)向量r i = ½Si Hi T 的描述，其中Si和Hi指里程和高程i。然后，在啟動建設(shè)各幾何狀態(tài)可以表示為D（設(shè)計成橋狀態(tài)），N（無應(yīng)力狀態(tài)），C（裝配狀態(tài)），或L（發(fā)射狀態(tài)）。無應(yīng)力狀態(tài)n可以表示N = D + D = fN i gi = 1, , n (2)其中n =控制點和a拱總數(shù)。它的值與計算所得到的總位移相反。對D值可以根據(jù)誤差辨識結(jié)果調(diào)整。使用N，預(yù)裝角我和梁段長度可計算如下：i = N i 1 N i (3) 其中 N

16、i = arctan HN i HN i + 1 SN i SN i + 1 (4)在頂推施工可分為剛性位移位移（R）和彈性變形位移（E）。每一發(fā)射施工階段的應(yīng)力狀態(tài)可以表示如下：NR = N + R = fNR i gi = 1, , n (5) 圖12.焊縫收縮校正i在平臺上的尾段（如圖12所示）被選為參考段。坡角C我和無應(yīng)力狀態(tài)NR我尾段我= J可以用來確定梁段號，這里的無應(yīng)力狀態(tài)，C我是已知的，其確切的值已經(jīng)確定全面通過實地測待組裝可以如下計算出的區(qū)段的幾何形狀：其中，由現(xiàn)場溫度的變化和焊縫收縮的影響引起的，如圖里程和仰角的C變化。 12.可以計算如下：其中T =現(xiàn)場溫度;T0當(dāng)梁正在

17、下降=設(shè)計溫度; 鋼=熱膨脹系數(shù);W0 =各焊縫的收縮量和N=梁段，其位置是固定的，但安裝在當(dāng)前段期間不焊接的數(shù)量。假設(shè)已組裝梁段的數(shù)量為m，在平臺上的尾梁段的狀態(tài)是已知的。然后將預(yù)測狀態(tài)是P，并且可以使用下面的表達式來確定：其中E可根據(jù)現(xiàn)場的邊界和負載條件來計算。它包括由自重和強迫位移在支點的相對位移。從現(xiàn)場的驗證分析結(jié)果在第一輪施工中，之間PS2a（圖2）和PS3的梁段組裝和發(fā)射。第二輪參與PS3和PS4和其他站點之間的梁段。共有11輪頂推施工。全站儀和水平儀分別測量里程和高程，分別為。可能推行基建過程中發(fā)生的錯誤是隨機誤差和裝配誤差。隨機錯誤，如段制造誤差，引起焊接變形的錯誤，并裝配段時

18、固定位置的錯誤，影響一個或兩個相鄰的節(jié)段，并且可以在本地被消除。每一輪的建設(shè)之前，結(jié)束段上一輪在我組裝的組裝誤差的影響應(yīng)計算梁段的傾斜角度時予以考慮。否則，可能會發(fā)生一個大的被迫流離失所如圖式。 （14）。假設(shè)我是f分別為1和f 2，如圖梁段的兩端的控制點的標(biāo)高誤差。 13.強迫位移，F(xiàn)，可以計算如下：其中橋跨距L =值和梁段i的兩端的控制點之間10=距離。第三輪施工中可作為幾何形狀控制的實施的例子。梁段和第三輪構(gòu)造的控制點的示圖。 14.參數(shù)列于表1中。梁段SIJ年底的幾何形狀的控制點是M11821.676，17.092和M217.136和梁段骶髂關(guān)節(jié)C=-0年底的傾斜角度：482°

19、;。因此，實際的基線的傾斜角為=-0：547°。結(jié)果表明，段SHI-1的端部比所述裝配平臺高2.8厘米，為實際應(yīng)用可以接受的。設(shè)計橋梁狀態(tài)和彎度表2，無壓力的狀態(tài)N顯示可以用公式來計算。（2），組裝狀態(tài)C可以使用等式來計算。 （3）。結(jié)果列于表同樣地，頂推可以使用等式來確定在預(yù)測狀態(tài)P。 （13）。為了評估幾何形狀控制的結(jié)果，并驗證用于應(yīng)力分析外傾角計算有限元模型，測定升高的精確度和預(yù)測立面圖首輪頂推的進行比較，并在控制點的標(biāo)高在表3中示出。 價值是將梁段的平臺的端部的控制點的距離。它可以從表3中，最大誤差為1.0厘米，它表示采用有限元分析和實際測量之間的合理的協(xié)議中可以看出?？刂泣c

20、的測量和預(yù)測高程的典型結(jié)果示于圖15.從圖中可以看出。15所測量海拔和海拔之間的誤差的第二輪頂推后預(yù)測主要有±1：0厘米，而最大誤差為1.1厘米測得的標(biāo)高結(jié)果與預(yù)測值一致。測量點和啟動過程完成之后他們的錯誤的立面圖示于圖16.橫坐標(biāo)值S表示，以杭州側(cè)部分的距離。發(fā)現(xiàn)測點高程誤差改變主要±1：0厘米，占錯誤的90.6。誤差大于1.0厘米的比-1較?。?厘米分別占6.0和3.4。 PS12和PS11之間的最大誤差為-1：5厘米。 PS4和PS3之間的最大誤差為1.3厘米。預(yù)測的相對高差與測量的相對高差密切一致。結(jié)論1一種改進頂推施工方法在本文中提出的。此方法分離大梁的垂直和水平

21、運動，并簡化了液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計。局部應(yīng)力是公通過設(shè)置發(fā)射設(shè)備和鋼的U形梁的底板之間的過渡墊控制。它適用于各種類型的橋梁的發(fā)射結(jié)構(gòu)，特別是對薄壁鋼梁與開口部分。所提出的頂推法施工的可行性由杭州市九堡大橋的成功建設(shè)了驗證。 2.四個發(fā)射施工期間類型橋梁狀態(tài)向量進行了定義，確定了它們之間的關(guān)系。這些狀態(tài)向量統(tǒng)一的安裝參數(shù)，確定邊界條件，并在建筑幾何形誤差分析的決心。致謝作者想表達自己衷心感謝杭州市城市基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)總公司，其提供的工程背景，并支持這項研究。作者也非常感謝浙江省自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：Y1110181）和中國國家自然科學(xué)基金項目（批準(zhǔn)號：51108411和11172266）的支持。參考B

22、uonomo，M。，仆人，C.，Virlogeux，M。，克勒梅，J。，市政廳德戈耶，V。，和福爾諾，J.D.（2004）。 “設(shè)計和米洛高架橋，建設(shè)”2004年Steelbridge，米洛，法國，165-182。豐唐，A. N.，迪亞茲，J。M.，巴爾多米爾，A.，和埃爾南德斯，S.（2011）。 “改進優(yōu)化配方的逐步推出推出預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的鼻子?！盝.橋梁工程，10.1061 /（ASCE）EE.1943-5592.0000169（2011）16：3（461），461-470。雅克，B。（2000）。 “鋼 - 混凝土組合橋梁的設(shè)計開發(fā)在法國?！盝.構(gòu)造方法。鋼水庫，55（1-3），229-243。榮格，R.，Heymel，U.，Reintjes，K. H.，和施賴伯，O.（2009）。 “關(guān)于巴雷塔爾大橋示例所示復(fù)合橋