第十一章斜拉桥施工PPT课件

11 斜拉桥的施工111 概述 斜拉桥的施工包括基础、墩塔、梁、索等四部分。一、塔的施工 塔所用材料：钢材、钢筋混凝土、预应力混凝土 构造：设有横梁、交叉预留管道、塔顶航空标志灯、避雷针、攀登扶梯、内部观光电梯等。施工应根据设计、构造要求统筹兼顾。施工方法：钢索塔：采用预制吊装 钢筋混凝土索塔：支架现浇、预制吊装、滑升模板 1.支架现浇 该施工工艺成熟，无需专用设备，能适应较复杂的断面形式。但是费工、费料、速度慢。对于跨径更大的桥梁，塔柱可分为几段施工，下部适合支架现浇，上部采用预制安装。2.预制吊装 该施工方法需较强的起重能力和专用起重设备，但塔高不高时，可以加快施工速度，减少高空作业难度和劳动强度。国外一般采用预制吊装施工，我国大多数采用支架现浇。3.滑模施工 适用于高塔的施工，施工速度快。二、主梁施工 主梁的施工方法多样，预制拼装、现浇、悬臂拼装和浇注、顶推法、平面转体施工均可采用。1.在支架上施工（拼装或现浇）该方法适用于河流无通航要求或便于设置临时墩，此时在脚手架上完成现浇和拼装。主梁和塔柱安装完毕后，利用设在支架上的千斤顶将梁顶起，然后安装斜拉索，安装就位的斜拉索借助于放松千斤顶使主梁下降而拉紧，此时斜拉索的安装不需大型的张拉千斤顶。2.顶推法施工 当桥下不允许多搭设支架时，可以考虑顶推法施工。顶推施工需在跨内设置临时支承墩，顶推前在桥台后方拼装主梁（塔架），利用顶推设备将梁体向跨中顶推，此时斜拉索只承受部分拉力。当顶推就位后，张拉斜拉索，拆除临时支承墩。3.转体施工 一般将主塔和主梁沿岸边制造，在安装和调整后，将整个桥塔缆索梁体以塔轴为中心转体就位。转体过程中为防止梁体产生过大的负弯矩，可在悬臂端增设临时索，待就位后拆除。4.悬臂拼装 悬臂拼装将主梁在预制场预制，由于主梁预制龄期较长，收缩徐变变形小，断面尺寸和质量易于控制。施工工序：现浇塔柱部位的梁段安装悬拼吊机悬臂拼装张拉斜索（水平分力）吊机前移逐段拼装。5.悬臂浇注（最适宜方法）一般采用牵索式挂篮。利用施工节段前端最外侧两根斜拉索，将挂篮前端大部分施工荷载传至桥塔，变悬臂负弯矩受力为简支正弯矩受力。112 牵索式挂篮施工工艺 牵索式挂篮主要由主桁承重系统、模板系统、牵索系统、锚固系统、调高系统及行走系统六部分组成。主要特点：牵索系统利用斜拉索将挂篮前端的垂直荷载直接传递给斜拉桥的主塔，以减小挂篮作用在斜拉桥主梁上的垂直荷载。牵索另外一个作用是完成体系转换，即施工时缆索锚固在挂篮上，施工后锚固在斜拉桥主梁上。为实现体系转换，准确确定梁上斜拉索锚固装置的位置和方向，将带法兰盘的钢管在预制厂预埋在一个短的混凝土构件中，施工时栓接在挂篮模板上，在浇注混凝土前装入斜拉索并施加部分张拉力，待施工结束后补充张拉力。工程实例：（一）铜陵长江大桥牵索式挂篮 全名“大节距全断面整体浇注自行式前支点挂篮”。挂篮长18.5米，宽26.60米；主纵梁高度1.70米；单只挂篮重力900KN，模板重力350KN，其他施工荷载100KN，总重量1350KN。设计要求施工荷载总控制1500KN。工作原理：1.挂篮悬挂脱空，后反力点作用力向下，挂篮作用力向下，挂篮主纵梁承受负弯矩；2.挂篮前移，呈悬臂状态，承受负弯矩；3.挂篮挂梁顶升，后锚固点锚固，使挂篮就位，后反力点使标高大致水平，设置预抬高量。4.拉索与挂篮连接，进行第一次索力张拉，此时挂篮前支点受力，纵梁呈简支状态，承受正弯矩；5.浇注至1/2梁段时进行第二次索力张拉；6.浇注全断面混凝土，控制挂篮端部弹性下挠度小于6mm；7.检查梁段标高，待强张拉预应力索；8.挂篮脱空前移。拉索混凝土短柱后锚点调高装置侧锚成型梁段待浇注梁段 “长平台型牵索式挂篮”特点 长平台型牵索式挂篮，一般仅在混凝土主梁下设置挂篮平台，且挂篮平台一般长于待浇梁段下挂篮平台的长度，例如浇注8米梁段，挂篮平台长度达23米。原因如下：1.便于挂篮的行走；2.增加挂篮在顺桥向的刚度，以保证主梁的线形 缺点：1.挂篮长，自重大，使挂篮前移时挂钩直接作用于主梁的反力过大，对某些断面可能会改变主梁的设计尺寸，增加工程数量和工程费用。为克服“长平台型牵索式挂篮”缺陷，武汉长江二桥牵索式挂篮设计为“短平台复合型牵索挂篮”。“短平台复合型牵索挂篮”“短平台复合型牵索挂篮”由挂篮平台、三角架和伺服系统（牵索系统、悬吊系统、行走系统、锚固系统、水平支承系统、微调定位系统）三大部分组成。所谓复合型，是指现浇梁段的受力由牵索系统和三脚架共同承担。设计构思：（1）通过挂篮平台前、后吊杆将部分荷载传给三脚架，通过三脚架直接传递给已浇注主梁上的横梁上；（2）另一部分荷载则通过斜拉索直接传递给塔墩；（3）牵索下端的水平力，由牵索纵梁前端传至挂篮平台底层的水平拉杆，再通过抗剪柱传给已浇注主梁。该设计思路使整个传力途径简洁，直接作用于混凝土主梁上的强大集中力，均布置在抗弯能力较大的横梁上，避免该力落于主梁顶板使应力集中。短平台复合型牵索挂篮 优点：挂篮平台后挂钩直接作用于主梁上的反力不足长平台反力的一半；利用三脚架解决了长挂篮平台行走问题，缩短挂篮长度（8米），减轻挂篮自重；挂篮长度减小，刚度增大，解决了主梁变形的问题。113 斜拉索的制造与安装 一、索的组成与防护 斜拉索由两端锚具、中间拉索传力件和防护材料组成，称为拉索组装件。拉索种类：钢丝绳、粗钢筋、高强钢丝、钢绞线等。拉索技术涉及三个问题：（1）如何使拉索与组装件在使用期内经受高幅度的应力变化，即锚具具有优良的抗疲劳性能；（2）如何保证拉索组装件绝对可靠，永久性保护；（3）在保证组装件可靠、耐久的前提下，力争施工方便，造价低。目前斜拉索普遍采用平行钢绞线，采用群锚体系锚固。索的防护（1）单根钢绞线外包PE护套，然后挂线、张拉、成索后外包环氧织物；（2）PE管压注水泥浆。二、塔与索的联结 索与塔、梁连结结构的功能是将斜拉索的拉力可靠地传递给桥塔和主梁。其构造形式与斜拉索的布置、根数、桥塔与主梁的结构有关。锚固方式：（1）两端直接锚固在塔和主梁上；（2）通过塔顶的索鞍延伸到桥塔两侧主梁上进行锚固；（3）混合使用，下部直接锚固，上部索鞍。优 点 缺点塔上设置索鞍索塔主要承受压力，结构受力简单索鞍构造简单，造价贵；由于拉索容许弯曲半径限制，索塔顶部桥轴方向宽度增大，呈辐射形，内索倾角太大，设计困难。拉索锚固于塔上构造简单，不需索鞍与索座；架设容易，便于保养、检查与换索；适用于拉索小、索数多情况。由于索塔两侧拉力不相等，使索塔和桥墩的设计按照弯矩控制。三、索的安装 索的安装分两步：引架作业和张拉作业。索的引架方法：1.在工作索道上引架。先在斜拉索的位置下安装一条工作索道，斜拉索沿着工作索道引架就位。2.由临时索及滑轮吊索引架。在待引架的斜拉索之上先安装一根临时钢索（导向索），利用绞车沿着滑动装置牵引就位。3.利用吊装天线引架。4.利用卷扬机或吊机直接引架。利用塔顶的预埋扣件，挂上滑轮组，利用桥面上卷扬机和引绳将拉索起吊，一端塞入箱梁，一端塞入桥塔。5.单根钢绞线安装。斜拉索的张拉作业方法：1.用千斤顶将塔顶索鞍顶起。每一对索支承在各自的索鞍上，先使索鞍位置低于其最终设计位置，当斜拉索牵引就位后，将索鞍顶起到预定高称，使斜拉索张拉至其承载力。2.在支架上将主梁前端向前顶起。斜拉索引架时处于不受力状态，比受力状态时短，因此需将主梁与斜拉索的连接点将主梁顶起，斜拉索引架完成后放下千斤顶使斜拉索受力。3.千斤顶直接张拉。最常用施工方法114 斜拉桥施工控制 斜拉桥采用斜拉索支承主梁，使主梁变成多跨支承连续梁，大大降低主梁的高度。由于主梁纤细且靠斜拉索支承，索力的大小和变形直接影响整个结构的状态。因此必须很好的控制索力使梁塔处于最优的受力状态，并利用斜拉索的预拉力调整主梁的标高符合设计要求。施工控制是关键工作，应利用现代系统工程学根据设计与施工相组合，工程与控制相结合进行全面控制。一、误差特性与索力调整 在桥梁施工过程中，结构产生偏离目标值涉及因素较多，主要包括（1）结构分析时模型误差；（2）设计参数如弹性模量、截面特性、构件自重等；（3）施工误差，如构件制作、架设定位、索力张拉、变位和索力误差等。大误差范围：误差分布沿桥纵向出现同号增加或减少的误差称为大范围误差。小误差范围：误差分布沿桥纵向出现正负交替出现的误差称为小范围误差。小范围误差对于索力和轴线位置影响并不显著，通过主梁刚度将小范围误差影响平均化；大范围误差是索力调整的主要对象。误差处理：1.预制构件自重误差（个别达5以上）。为保证主梁轴线位置和改善内力状况，通过控制轴线位置调整索力。2.索的刚度误差：在相同引伸量情况下，索的刚度误差将引起索力误差。控制索力 3.梁的制作误差：对于主梁预拱度和局部变形误差，当以索力作为管理目标控制时，制作误差将保留在构件中，内力不受影响；当采用轴线位置为项目管理目标时，为保证理想的线形，将使索力发生偏差，甚至大大扰动结构内力分布。二、索力调整的方法 斜拉桥的恒载索力一般根据刚性支承连续梁的原则确定，然后根据倒退分析逐步计算出各施工阶段的索力和相应挠度。偏差处理和索力调整方法：1.一次张拉到设计索力 施工过程一次张拉到设计索力，对于梁段挠度和塔顶水平位移不用索力调整，任其自由发展或保持索力为设计值的条件下通过下一块件接缝转角进行调整，直至在跨中合拢时采用施加外力方法强迫合拢。该方法简单，但对构件制作精度要求高。缺点：一次张拉对已完成梁体标高和索力不予调整，主梁线形不好，强迫合拢改变了主梁内力状况。2.多次张拉 在整个施工过程中对拉索进行分期分批张拉，使各施工阶段的索力较为合理，竣工后索力基本达到设计期望值。根据设计规定的张拉值经过多次张拉，调整主梁的轴线位置，使成桥后的线形和内力状态优于一次张拉。缺点：施工复杂 3.卡尔曼滤波法 类似一次张拉，但各阶段索的张拉力不按原来的设计索力，而是根据变位的实测值经过滤波和反馈控制计算出索力的修正值。挠度随机矢量，索力外加控制量，通过选择索力使主梁达到规定定值（位置绝对）。对于索力的控制是在满足设计位置的基础上，以结构内能为最小条件为最优。4.以最小二乘法确定索力调整误差。三、斜拉桥施工管理系统 1.建立理想状态 斜拉桥为高次超静定结构，一般指定索力建立其恒载内力状态，一般采用逆施工步骤的解体分析，得到每一施工阶段的初始张拉力。斜拉桥又是一种柔性结构，其荷载位移关系是非线性的，引起非线性关系的主要原因是：索的垂度、梁柱效应、结构受力后产生较大的位移。2.斜拉桥的管理系统 将“施工测定解析施工”的周期过程联结起来在现场借助计算机强大的计算能力和信息处理能力实现施工控制。（1）管理系统具有良好的适应性，能正确、迅速测定施工误差并进行出来；（2）施工管理项目能根据实际需要自由选择确定，包括索力、梁塔变位、截面应力、临时支架反力等；（3）施工过程对索力和轴线有一定的宽容度以适应施工需要；（4）能迅速制定出最佳的索力调整方案，使索力调整方便并在施工过程中调整次数最少。四、施工控制管理三个系统 1.解析系统 解析系统包括倒退分析系统、反馈控制程序和向前分析程序。（1）倒退分析系统：施工各阶段的目标值（索力，主塔、梁的形状）根据完工时桥梁设计的理想状态，按架设顺序逐步撤去构件和荷载，用倒退分析程序计算出来。倒退分析程序计算出来的目标值是理想值，用于指导施工阶段。（2）反馈控制程序：根据控制程序现场实测数据和误差信息，进行误差分析并制定出索力调整最佳方案，指导现场调整作业。调整控制程序可采用卡尔曼滤波法、最小二乘法、自适应控制法。（3）实时向前分析程序：向前分析和倒退分析是按施工正、逆序计算的程序，从理想状态进行向前计算与倒退分析计算所得结果应一致。实时向前分析的目的：确定出最终计入误差和调整后结构的实际目标；根据当前施工阶段向前计算至竣工为止，预告施工过程中可能出现的状况以及报警是否出现超应力状态。2.计测系统 设计参数计测：材料密度、弹性模量、尺寸、施工荷载及状况。施工管理目标计测：索力，梁、塔变位，截面应力，临时支架反力。管理目标的计测可靠性直接关系到施工控制的成败。例如：索力检测，利用振动频率计算 索力测定后，利用塔顶各拉索水平分力之和为零来检验。3.允许误差和报警系统 构件施工误差由施工技术规范确定；施工管理项目允许误差尚无标准，其确定要考虑一方面满足施工的精度，另一方面给出一定的宽容度。制定标准考虑以下内容：（1）由于索力和截面应力在设计上留有富裕，在施工过程出现较大误差不一定导致超应力；（2）允许误差与施工方法有关，一次张拉应尽量减小误差，多次张拉时第一次误差标准可适当放宽；（3）施工不同阶段对误差的要求有所区别，例施工过程为15，竣工为5；（4）对施工误差引起的结构误差响应进行预先分析，根据残余误差的限度确定施工精度要求；（5）尽可能减少施工麻烦。