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(duì)位于垂直曲線的復(fù)合橋的幾何形狀控制特性進(jìn)行分析，可以建立和驗(yàn)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(cè)。田間試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)通過所提出的方法。通過對(duì)組合橋幾何形態(tài)的精確分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤。關(guān)鍵詞：10.1061 /（ASCE）be.1943-5592.

2、0000737。©2015美國土木工程師學(xué)會(huì)。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(diǎn)，如快速安裝，大跨度的能力，經(jīng)濟(jì)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(gè)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(dòng)，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）。

3、頂推施工方法已應(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(duì)較低。然而，難以在發(fā)射過程中控制各點(diǎn)的牽引負(fù)荷，并且該過程可以產(chǎn)生對(duì)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(qiáng)梁，碼頭，和臨時(shí)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(shí)和永久性的碼頭。然而，楔式的發(fā)射需要一個(gè)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(dòng)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(gè)創(chuàng)新的頂推施工方法進(jìn)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(jì)和美學(xué)。采用頂推施工

5、方法與跨度85米，六車道橋梁，最大支反力10000 kN可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼U形梁。在發(fā)射過程中，所有的梁都受到正面和負(fù)面的時(shí)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(shí)加固措施底板，保持底板的局部應(yīng)力狀態(tài)在一個(gè)適當(dāng)?shù)乃?，以防止局部屈服的發(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(gè)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(duì)剛度較低，幾何形狀控制中的誤差是不可避免的。

6、但是，由于幾何形態(tài)的變化，這些誤差很難及時(shí)評(píng)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(qiáng)迫位移，殘余應(yīng)力會(huì)增大。因此，重要的是要確保幾何形狀滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)的幾何形狀的鋼U形梁在增量啟動(dòng)建設(shè)。因此，這是至關(guān)重要的，以評(píng)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(cuò)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(cè)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(jì)要求的情況下對(duì)所構(gòu)造的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。它僅適用于可調(diào)整的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。預(yù)測(cè)控制方法考慮了所有的影響因素和設(shè)計(jì)目標(biāo)，預(yù)測(cè)每一個(gè)施工階段，并向預(yù)期狀態(tài)移動(dòng)建設(shè)。在當(dāng)前施工階

7、段的錯(cuò)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(shí)別和校正方法。在施工控制開始時(shí)，控制系統(tǒng)的輸出結(jié)果可能無法滿足設(shè)計(jì)要求，由于某些設(shè)計(jì)參數(shù)可能不符合實(shí)際情況。通過系統(tǒng)辨識(shí)或參數(shù)估計(jì)，這些設(shè)計(jì)參數(shù)可以識(shí)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(xiàng)目背景九堡大橋是世界上最大的10個(gè)跨錢塘江。它的總長度為1855米，主橋?yàn)檫B續(xù)組合梁鋼拱橋，和引橋具有恒定以跨度85米的整個(gè)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(gè)頂部法蘭、Web、底板、空腹橫梁，實(shí)腹橫梁，腹板加勁肋，底板加勁肋。一個(gè)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(duì)九堡大橋南法標(biāo)準(zhǔn)剖面（單位：厘

9、米）：（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(shí)附加設(shè)施的安裝是不可行的，在施工過程中，嚴(yán)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(gè)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(shí)現(xiàn)長的多跨橋梁多點(diǎn)同步啟動(dòng)。要做到這一點(diǎn)，一個(gè)改進(jìn)的頂推法建設(shè)技術(shù)的發(fā)展。本文提出的多點(diǎn)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(diǎn)。發(fā)射裝置包括鋼滑塊，導(dǎo)軌，液壓千斤頂。在多點(diǎn)同步增

10、量的過程中，梁經(jīng)歷了剛運(yùn)動(dòng)，沒有一部分的梁受到任何橫向力?；瑝K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(jìn)行無底板的臨時(shí)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(shí)墩上分離出來。整個(gè)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(dòng)，并提出了鋼梁。這一過程是由內(nèi)置滑動(dòng)設(shè)備的滑動(dòng)面進(jìn)行的。在發(fā)射過程中，整個(gè)梁進(jìn)行了剛性運(yùn)動(dòng)。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

11、形梁。梁與下水裝置分離，臨時(shí)橋墩支撐。步驟4：啟動(dòng)設(shè)備的重置。梁在臨時(shí)墩上放置，并將其啟動(dòng)千斤頂返回到下一個(gè)增量啟動(dòng)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(yùn)動(dòng)分開，簡化了液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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(shí)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(gè)緩沖層。根據(jù)局部應(yīng)力分析

12、結(jié)果確定了墊層的寬度和長度。在墊層上放置一個(gè)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(kuò)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(cè)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(tái)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(duì)這些變形進(jìn)行分析，以保證施工完成后的

13、幾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(qiáng)迫位移?？刂茀?shù)的選擇與計(jì)算：每一輪的裝配施工基線可能既不共線或裝配平臺(tái)平行鋼的線形控制U型梁在豎曲線。因此，一個(gè)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(gè)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(tái)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(jì)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

14、可能會(huì)變得很難，如圖10所示。在合理范圍內(nèi)調(diào)整一個(gè)有必要的調(diào)整范圍，使裝配基準(zhǔn)與裝配平臺(tái)基本平行。幾何形狀預(yù)測(cè)與控制鋼U型梁段在增量啟動(dòng)過程中的幾何形態(tài)變化，應(yīng)實(shí)時(shí)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(gè)工作條件下，有必要對(duì)其幾何形態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制。在任意給定狀態(tài)下的幾何形態(tài)分析。四個(gè)國家參與下水施工是（1）設(shè)計(jì)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(dòng)狀態(tài)。發(fā)射結(jié)束時(shí)應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)際上是在發(fā)射過程中發(fā)生的，可以在啟動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)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

15、在圖11中看到，誤差分析和反饋是實(shí)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(diǎn)的狀態(tài)， i可以用一個(gè)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(dòng)建設(shè)各幾何狀態(tài)可以表示為D（設(shè)計(jì)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(diǎn)和a拱總數(shù)。它的值與計(jì)算所得到的總位移相反。對(duì)D值可以根據(jù)誤差辨識(shí)結(jié)果調(diào)整。使用N，預(yù)裝角我和梁段長度可計(jì)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(tái)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(hào)，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(shí)地測(cè)待組裝可以如下計(jì)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(jì)算如下：其中T =現(xiàn)場溫度;T0當(dāng)梁正

17、在下降=設(shè)計(jì)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(tái)上的尾梁段的狀態(tài)是已知的。然后將預(yù)測(cè)狀態(tài)是P，并且可以使用下面的表達(dá)式來確定：其中E可根據(jù)現(xiàn)場的邊界和負(fù)載條件來計(jì)算。它包括由自重和強(qiáng)迫位移在支點(diǎn)的相對(duì)位移。從現(xiàn)場的驗(yàn)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(diǎn)之間的梁段。共有11輪頂推施工。全站儀和水平儀分別測(cè)量里程和高程，分別為。可能推行基建過程中發(fā)生的錯(cuò)誤是隨機(jī)誤差和裝配誤差。隨機(jī)錯(cuò)誤，如段制造誤差，引起焊接變形的錯(cuò)誤，并裝配段

18、時(shí)固定位置的錯(cuò)誤，影響一個(gè)或兩個(gè)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(jì)算梁段的傾斜角度時(shí)予以考慮。否則，可能會(huì)發(fā)生一個(gè)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(diǎn)的標(biāo)高誤差。 13.強(qiáng)迫位移，F(xiàn)，可以計(jì)算如下：其中橋跨距L =值和梁段i的兩端的控制點(diǎn)之間10=距離。第三輪施工中可作為幾何形狀控制的實(shí)施的例子。梁段和第三輪構(gòu)造的控制點(diǎn)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(diǎn)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、6;。因此，實(shí)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(tái)高2.8厘米，為實(shí)際應(yīng)用可以接受的。設(shè)計(jì)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(jì)算。（2），組裝狀態(tài)C可以使用等式來計(jì)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(cè)狀態(tài)P。 （13）。為了評(píng)估幾何形狀控制的結(jié)果，并驗(yàn)證用于應(yīng)力分析外傾角計(jì)算有限元模型，測(cè)定升高的精確度和預(yù)測(cè)立面圖首輪頂推的進(jìn)行比較，并在控制點(diǎn)的標(biāo)高在表3中示出。 價(jià)值是將梁段的平臺(tái)的端部的控制點(diǎn)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(shí)際測(cè)量之間的合理的協(xié)議中可以看出?？刂?/p>

20、點(diǎn)的測(cè)量和預(yù)測(cè)高程的典型結(jié)果示于圖15.從圖中可以看出。15所測(cè)量海拔和海拔之間的誤差的第二輪頂推后預(yù)測(cè)主要有±1：0厘米，而最大誤差為1.1厘米測(cè)得的標(biāo)高結(jié)果與預(yù)測(cè)值一致。測(cè)量點(diǎn)和啟動(dòng)過程完成之后他們的錯(cuò)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(cè)點(diǎn)高程誤差改變主要±1：0厘米，占錯(cuò)誤的90.6。誤差大于1.0厘米的比-1較小：0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(cè)的相對(duì)高差與測(cè)量的相對(duì)高差密切一致。結(jié)論1一種改進(jìn)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

21、平運(yùn)動(dòng)，并簡化了液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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(duì)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(yàn)證。 2.四個(gè)發(fā)射施工期間類型橋梁狀態(tài)向量進(jìn)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(dá)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(xiàng)研究。作者也非常感謝浙江省自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)：Y1110181）和中國國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：51108411和11172266）的支持。參考

22、Buonomo，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(jì)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(jìn)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。”J.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(jì)開發(fā)在法國。”J.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)合橋梁