钢桁拱桥关键施工技术课件

*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,2016,年,10,月,梅山春晓大桥工程,钢桁拱桥施工关键技术,2016年10月梅山春晓大桥工程钢桁拱桥施工关键技术,1,目录,01,工程概况,Content,03,缆索吊装系统,04,扣挂系统,02,总体施工方法,05,施工体会,目录01工程概况Content03缆索吊装系统04扣挂系统0,2,01,工程概况,01工程概况,3,春晓大桥,港湾路,春晓东八路,洋沙山东六路,盐湖路,既有梅山大桥,规划六横高速,宁波北仑,宁波梅山岛,1,工程概况,宁波春晓大桥工程西起春晓洋沙山东六路与春晓东八路交叉口，终点位于梅山岛盐湖路与,港湾路交叉口，全长约,1.971km,。,1.1,地理位置,春晓大桥港湾路春晓东八路洋沙山东六路盐湖路既有梅山大桥规划六,4,主桥采用中承式双层全焊接钢桁架拱桥，跨径布置为,80m+336m+80m,，上层桥面宽,33m,，下层桥面宽,12m,。主跨中间,108m,范围内设置下层纵移桥架，纵移打开后可满足,500t,级海轮通航要求。,1,工程概况,1.2,桥型布置,主桥采用中承式双层全焊接钢桁架拱桥，跨径布置为80m+336,5,主,桥采用三跨连续支承体系。春晓,主墩,采用固定支座，其余各墩均,采用纵向活动支座,。,纵向固定,纵向活动,纵向活动,纵向活动,春晓侧,梅山侧,支座设计转角,1.14,1,工程概况,1.2,桥型布置,主桥采用三跨连续支承体系。春晓主墩采用固定支座，其余各墩均采,6,每年,7,月,10,月台风影响频繁；,每年,11,月至次年,6,月，季风盛行，季风最高可达,10,级；,1,、风环境复杂,1,工程概况,1.3,工程特点,每年7月10月台风影响频繁；1、风环境复杂1 工程概况,7,2,、吊装重量大,采用节段整体吊装工艺，最重节段净重达,338.1t,；,12#,节段,338.1t,1,工程概况,1.3,工程特点,2、吊装重量大12#节段338.1t1 工程概况1.3,8,3,、构件交汇复杂、空间定位要求高,除了一般中承式桁架拱的构件，如上弦拱、下弦拱、风撑、主梁、三角区以外，还有下挂纵移桁架式桥架，尾端拱梁段、三角区拱梁段，以上构件的拼装精度直接影响大桥的成桥线形及结构受力；,1,工程概况,1.3,工程特点,3、构件交汇复杂、空间定位要求高1 工程概况1.3 工,9,02,总体施工方法,02总体施工方法,10,施工中采取“,边支点预降,”（预降,45cm,，拱脚支座预旋转,0.32,）的措施进行结构拼装，充分发挥拱肋自身承载力。,因边支点预降和扣索轴力压缩主拱，主拱悬臂端合龙前纵桥向回缩量通过梅山侧拱脚（活动支座）预偏,9cm,来进行补偿。,边支点预降,45cm,预旋转,0.32,拱脚预偏,9cm,（跨径补偿）,2,总体施工方法,2.1,总体施工构想,+4.,5cm,4.,5cm,施工中采取“边支点预降”（预降45cm，拱脚支座预旋转0.3,11,中跨拱肋采用“,固塔少扣索、无支架缆索吊装,”工艺进行安装。,2,总体施工方法,2.2,中跨拱肋施工,中跨拱肋采用“固塔少扣索、无支架缆索吊装”工艺进行安装。2,12,三角区节段采用,“钢管贝雷支架,+,浮吊吊装”,进行施工。,采用边支点预降后线形安装三角区节段。,2,总体施工方法,2.3,三角区节段施工,三角区节段采用“钢管贝雷支架+浮吊吊装” 进行施工。2,13,水中引桥上部钢桁架梁均采用,浮吊节段吊装,+,滑移安装,施工。,为减小成桥中支点处负弯矩引起的砼桥面板中的拉应力，钢桁架中支点先顶升,55cm,高度后，再进行预制桥面板安装及浇筑湿接缝。,8,台,400t,千斤顶同步顶升,55cm,8,台,400t,千斤顶同步顶升,55cm,2,总体施工方法,2.4,水中引桥施工,水中引桥上部钢桁架梁均采用浮吊节段吊装+滑移安装施工。8台4,14,已安装好的水中引桥节段,2,总体施工方法,2.4,水中引桥施工,已安装好的水中引桥节段2 总体施工方法2.4水中引桥施工,15,03,缆索吊装系统,03 缆索吊装系统,16,缆索吊装系统主要由,扣塔 、吊塔、缆索系统,等部分组成，采用双塔三跨方案，跨径组合为,226m+332m+226m,，各设两组,主索、压塔索（抗风索）和工作索,。吊装塔全高,126m,，其中吊塔高,26m,，扣塔高,100m,。主索选用,60,钢丝绳，中边跨均为,28,根，两组主索中心距离,27.8m,，,主索垂跨比,L/12,，吊机设计吊重荷载,330t,。,3,缆索吊装系统,3.1,总体布置,主索,2-8,60,工作索,2-2,48,钢绞线压塔索,23-8,j15.24,缆索吊装系统主要由扣塔 、吊塔、缆索系统等部分组成，采用双塔,17,3,缆索吊装系统,3.1,总体布置,3 缆索吊装系统3.1 总体布置,18,3,缆索吊装系统,3.1,总体布置,吊塔全高约,26m,，横桥向长度,42m,，顺桥向宽度,4m,，全部采用万能杆件的空间网格结构。,施工时将吊塔塔脚“,系梁预收紧”,（下横梁缩短,2cm,），有效改善塔架内力分布。,3 缆索吊装系统3.1 总体布置吊塔全高约26m，横桥向,19,吊塔与扣塔“,铰接,”，通过塔顶,2,层铰座梁及铰座连接，其中下铰座梁高度为,1.4m,，上铰座梁高度,1m,。,铰座顺桥向侧面图,3,缆索吊装系统,3.1,总体布置,吊塔与扣塔“铰接”，通过塔顶2层铰座梁及铰座连接，其中下铰座,20,3,缆索吊装系统,3.1,总体布置,缆索吊装系统荷载通过索鞍传递给塔顶纵、横梁。根据纵、横梁对塔顶万能万能杆件受力分析计算，,主索鞍区域内杆件承受较大荷载,，根据计算结果采用异形件替换相应杆件，保证结构安全。,根据万能杆件传力途径分析，若塔顶区域部分杆件发生屈曲破坏，缆索吊装系统荷载仍可由其余杆件正常传递。,荷载,数值（,t,）,主索,479.36,工作索、压塔索,97.00,牵引、起吊索,74.94.00,NT29,塔顶刚度匹配,3 缆索吊装系统3.1 总体布置缆索吊装系统荷载通过索鞍,21,基于悬链线方程，采用,“分段悬链线数值迭代法”,和,“塔顶索力连续算法”,，进行缆索吊装系统重载线型和,“施工阶段”,精确计算。,3,缆索吊装系统,3.2,精确算法运用,基于悬链线方程，采用“分段悬链线数值迭代法”和“塔顶索力连续,22,空载承重索线形和内力调整计算流程图,中跨重载承重索线型及内力,计算流程图,3,缆索吊装系统,3.2,精确算法运用,空载承重索线形和内力调整计算流程图中跨重载承重索线型及内力计,23,100,重跨中,空索安装,50%,吊重跨中,107%,重（,14,号肋）,X=16m,123.25,重（,12,号肋）,X=37.5,中跨,跨中垂度,f,（,m,）,28,14.27,24.65,左塔水平力（,t,）,64.921,14.84,41.181,36.69,53.22,右塔水平力（,t,）,64.921,14.84,41.181,36.69,53.22,左塔竖向力（,t,）,12.389,2.527,7.462,22.247,23.693,右塔竖向力（,t,）,12.389,2.527,7.462,3.83,5.58,无应力索长（,m,）,339.761,337.379,339.102,339.038,339.497,左边跨,塔顶水平力（,t,）,56.762,12.192,35.62,36.541,49.928,塔顶竖向力（,t,）,33.857,8.829,21.973,22.491,30.015,无应力索长（,m,）,256.264,257.455,256.594,256.578,256.365,右边跨,塔顶水平力（,t,）,56.762,12.192,35.62,31.29,45.791,塔顶竖向力（,t,）,33.857,8.829,21.973,19.54,27.689,无应力索长（,m,）,256.264,257.455,256.594,256.674,256.427,塔顶索力（左塔）,66.093,15.054,41.852,42.908,58.256,塔顶索力（右塔）,66.093,15.054,41.852,36.889,53.512,不平衡水平力（左塔）,65.272,21.184,44.488,1.192,26.336,不平衡水平力（右塔）,65.272,21.184,44.488,43.2,59.432,100,重跨中,空索安装,50%,吊重跨中,107%,重（,14,号肋）,X=16m,123.57,重（,12,号肋）,X=37.5,中跨,跨中垂度,f,（,m,）,30.55,16.62,左塔水平力（,t,）,59.53,12.754,36.902,32.508,48.204,右塔水平力（,t,）,59.53,12.754,36.902,32.508,48.204,左塔竖向力（,t,）,12.396,2.531,7.469,22.259,23.705,右塔竖向力（,t,）,12.396,2.531,7.469,3.834,5.583,无应力索长（,m,）,340.745,337.982,340.085,340.025,340.486,左边跨,塔顶水平力（,t,）,52.153,10.386,31.953,33.479,45.97,塔顶竖向力（,t,）,31.266,7.823,19.913,20.77,27.79,无应力索长（,m,）,256.331,257.713,256.661,256.632,256.425,右边跨,塔顶水平力（,t,）,52.153,10.386,31.953,27.661,41.442,塔顶竖向力（,t,）,31.266,7.823,19.913,17.501,25.245,无应力索长（,m,）,256.331,257.713,256.661,256.749,256.496,塔顶索力（左塔）,60.807,13.003,37.650,39.398,53.717,塔顶索力（右塔）,60.807,13.003,37.650,32.733,48.526,不平衡水平力（左塔）,59.016,18.944,39.592,-7.768,17.872,不平衡水平力（右塔）,59.016,18.944,39.592,38.776,54.096,L/12,L/11,采用上述精确算法计算出所需数据。,3,缆索吊装系统,3.2,精确算法运用,通常设计计算,施工阶段验算,100重跨中空索安装5,24,100,重跨中,空索安装,107%,重（,14,号肋）,X=16m,123.57,重（,12,号肋）,X=37.5,中跨,跨中垂度,f,（,m,）,25.8,12.039,左塔水平力（,t,）,70.44,17.574,41.334,58.487,右塔水平力（,t,）,70.44,17.574,41.334,58.487,左塔竖向力（,t,）,12.383,2.523,22.237,23.563,右塔竖向力（,t,）,12.382,2.523,3.83,5.578,无应力索长（,m,）,338.959,336.874,338.234,338.691,左边跨,塔顶水平力（,t,）,61.494,14.563,40.055,54.152,塔顶竖向力（,t,）,36.518,10.155,24.466,32.39,无应力索长（,m,）,256.196,257.239,256.518,256.302,右边跨,塔顶水平力（,t,）,61.494,14.563,35.323,50.361,塔顶竖向力（,t,）,36.518,10.155,21.806,30.258,无应力索长（,m,）,256.196,257.239,256.6,256.358,塔顶索力（左塔）,71.520,17.754,46.936,63.055,塔顶索力（右塔）,71.520,17.754,41.511,58.752,不平衡水平力（左塔）,71.568,24.088,10.232,34.68,不平衡水平力（右塔）,71.568,24.088,48.088,65.008,L/13,采用此算法，可根据设计矢跨比、起吊位置和吊重，精确计算出钢绳索力，塔顶不平衡水平力、空载垂度等参数，为后续设计及施工提供有力依据。,按照,缆式起重机型式试验细则,，计算试吊,荷载按,1.25,倍额定荷载考虑，通过此精确算法计算得出，实际主索张力值约为,100,荷载计算时的,1.15,倍。,3,缆索吊装系统,3.2,精确算法运用,100重跨中空索安装1,25,本桥跨中,2,号节段重量为,265.3t,，靠近塔端最重,12,节段重量为,338.1t,，吊装系统吊点自重,65t,。,经计算,吊重荷载位于跨中时缆索系统主索张力最大，缆索吊装系统设计吊装重量根据,2,号节段选定为,330t,，验算荷载为,403t,（按,12#,节段进行验算）。,工况,索力,100重跨中,107%重（14号肋）X=16m,123.57重（12号肋）X=37.5,塔顶索力（左塔）,60.807,39.398,53.717,塔顶索力（右塔）,60.807,32.733,48.526,不同吊重及位置起吊时索力,3,缆索吊装系统,3.3,设计吊重选取,本桥跨中2号节段重量为265.3t，靠近塔端最重12节段重量,26,由于本桥拱肋节段通过船舶可以直接运输到安装位置下方，,12#,、,14#,节段,可以采用“定点起吊”的办法进行安装，不在吊装跨内顺桥轴线范围移动,。根据计算，,12#,节段采用,“定点起吊”,方式时索力小于中跨,100%,吊重时的索力。,3,缆索吊装系统,3.4,定点起吊运用,由于本桥拱肋节段通过船舶可以直接运输到安装位置下方，12#、,27,根据计算结果，结合主索索力，牵引力及塔顶不平衡力，综合考虑现场实际，选取,L/12,作为本套系统的矢跨比。,序号,矢跨比,主索索力（,t,）,塔顶不平衡力,（,t,）,牵引力（,t,）,100%,跨中,12#,节段,14#,节段,1,L/11,60.80,59.01,39.398,53.717,74.88,2,L/12,66.09,65.27,42.908,58.256,68.08,3,L/13,71.52,71.56,46.936,63.055,61.80,3,缆索吊装系统,3.5,矢跨比的选取,不同矢跨比计算数据表,根据计算结果，结合主索索力，牵引力及塔顶不平衡力，综合考虑现,28,根据计算分析，吊装过程中塔顶产生的不平衡力方向均往跨中，为抵消塔顶不平衡水平力，在边跨布置,2,组,6,束钢绞线抗风索，左右幅对称布置，中跨仅布置通风缆。,塔顶偏位计算时，先计算出抗风索的等效弹性模量。,然后换算出抗风索的弹性刚度系数。,在不平衡水平力作用下塔顶产生位移，位移后结构处于平衡状态。缆风索的张力差与它索承受的水平外力相等。,3,缆索吊装系统,3.6,抗风索分析与控制,根据计算分析，吊装过程中塔顶产生的不平衡力方向均往跨中，为抵,29,项目节段号,右塔偏位,（,mm）,左塔偏位,（,mm）,右边跨,压塔索索力,（,t）,中跨,压塔索索力,（,t）,左边跨,压塔索索力,(t),14#节段吊装,+298,+78,51,21,30,12#节段吊装,+284,-1,50,22,34,2#节段吊装,+241,-241,47,18,47,塔顶偏位及压塔索受力分析统计表,从上表可以得出，在进行,14#,节段吊装时，右塔最大塔偏位为往春晓侧偏,298mm,，左塔（近塔处）同时往春晓侧偏,78mm,，根据该工况，拟考虑在吊装前将,2,个吊塔分别往边跨预偏,100mm,，保证塔偏位在,200mm,（,L/100,）以内，确保施工安全。,3,缆索吊装系统,3.6,抗风分析与控制,右塔偏位左塔偏位右边跨中跨左边跨14#节段吊装+298,30,本桥不设抗风索，压塔索兼做抗风，后锚锚固于墩柱承台上，锚固采用在承台内预埋精扎螺纹钢锚杆。塔顶直接通过设置锚箱进行锚固。,抗风索后锚锚固系统,抗风索塔顶锚固系统,3,缆索吊装系统,3.6,抗风分析与控制,本桥不设抗风索，压塔索兼做抗风，后锚锚固于墩柱承台上，锚固采,31,在缆索吊装系统计算中，牵引力的大小与吊点的个数和吊点跑车滑轮数量有关。,本项目采用单吊点单轮跑车进行牵引力计算，其计算出,的牵引力双单吊点单轮跑车约大,50%,3,缆索吊装系统,3.7,牵引力精确提供,牵引力计算表,100%重,X=10m,100%重,X=20m,100%重X=10m，2.5t偏拉力,单轮跑车,前,/后轮牵引力,4.868/2.878,4.075/2.292,4.953/2.934,前,/后轮爬坡斜率,0.608/0.323,0.483/0.252,0.622/0.330,双轮跑车间距,0.5m,前跑车前,/后轮牵引力,2.436/2.002,2.039/1.647,2.392/1.963,前跑车前,/后轮爬坡斜率,0.608/0.472,0.483/0.375,0.593/0.461,后跑车前,/后轮牵引力,1.441/0.86,1.148/0.650,1.412/0.844,后跑车前,/后轮爬坡斜率,0.323/0.187,0.252/0.140,0.316/0.183,单吊点单轮,双吊点单轮,双吊点双轮,T=6.739,T=7.746,K1=0.608,K2=0.323,K1=0.608,K2=0.472,K3=0.323,K4=0.187,牵引力比大约,50%,在缆索吊装系统计算中，牵引力的大小与吊点的个数和吊点跑车滑轮,32,本项目自主设计了一套自行式承索器并且已成功使用，该承索器通过,跑车运行推力和配重块的自重力达到承索器自行移动的效果,，,已申请国家发明专利,。,3,缆索吊装系统,3.8,自行式承索器运用,本项目自主设计了一套自行式承索器并且已成功使用，该承索器通过,33,主索后锚直接利用永久承台，在承台内预埋锚杆，通过锚固钢箱进行锚固。,3,缆索吊装系统,3.9,主索锚固系统设计,主索后锚直接利用永久承台，在承台内预埋锚杆，通过锚固钢箱进行,34,3,缆索吊装系统,3.10,吊点、吊具设计,拱肋起吊共设置,8,个点点，单个吊点配重荷载为,5t,。每,2,个吊点通过吊具合并为一个起吊吊点。,3 缆索吊装系统3.10 吊点、吊具设计拱肋起吊共设置8,35,由于船舶运输的限制，,14#,节段运输姿态与安装姿态不相符，故在,14#,节段上设置临时吊点，起吊至已安装梁段上后进行吊点的转换，然后完成后续安装。,3.11,14#,节段吊装,3,缆索吊装系统,由于船舶运输的限制，14#节段运输姿态与安装姿态不相符，故在,36,04,扣挂系统,04扣挂系统,37,扣塔柱采用,82012,（,16,）,Q345B,钢管作为主承重结构，每半幅塔采用,6,根钢管，钢管间用万能杆件联接，构成格构体系。,扣塔通过主墩承台及墩柱上的预埋钢板固结，其它节段间用螺栓进行联接。,4,扣挂系统,4.1,扣塔设计,扣塔柱采用82012（16）Q345B钢管作为主承重结构,38,扣塔设计时考虑台风影响，设计风荷载按,100,年一遇风速（,40.3m/s,）进行加载，为增强扣塔系统的受力性能，单侧扣塔设置三道万能杆件横梁和两道钢管,剪力撑,。,4,扣挂系统,4.1,扣塔设计,扣塔设计时考虑台风影响，设计风荷载按100年一遇风速（40.,39,4,扣挂系统,4.1,扣塔设计,扣锚索塔顶锚固采用锚梁上焊接锚箱的形式，锚梁布置时考虑下层三根钢管均匀受力。,4 扣挂系统4.1 扣塔设计扣锚索塔顶锚固采用锚梁上焊接,40,4,扣挂系统,4.1,扣塔设计,根据受力分析，为保证扣塔立柱钢管受力均匀，将吊塔置于中跨侧钢管立柱上。,4 扣挂系统4.1 扣塔设计根据受力分析，为保证扣塔立柱,41,已拼装好的吊、扣塔,4,扣挂系统,4.1,扣塔设计,已拼装好的吊、扣塔4 扣挂系统4.1 扣塔设计,42,倾覆力矩,抗倾覆力矩,力,大小,(t),力臂,(m),系数,M,力,大小,(t),力臂,(m),M,节段,2,265.3,154.59,1.3,53316.2,0,节段,3,201.1,142.99,1.3,37382.14,桥架,258,42.99,11092.45,节段,4,220.1,132.07,1.3,37789.76,梁重,1345,39.13,52636.57,节段,5,210,121.19,1.3,33084.05,桥板,820,30.712,25183.84,节段,6,233.5,110.31,1.3,33485.21,拱重,475,20.42,9703.775,节段,7,216.5,99.415,1.3,27980.35,锚杆,2400,79.94,191856,节段,8,245.3,88.857,1.3,28335.61,配,+,压,1363.3,74.819,102001.19,节段,9,235.2,77.629,1.3,23735.84,节段,10,281.6,66.627,1.3,24390.81,节段,11,279.9,55.889,1.3,20336.33,节段,12,338.1,45.016,1.3,19785.88,节段,13,290.2,34.491,1.3,13012.07,节段,14,287.1,24.217,1.3,9038.511,节段,15,116.3,15.082,1.3,2280.248,节段,16,233.7,8.314,1.3,2525.876,风,120,45,1.3,7020,梁重,877,15.678,1.3,17874.49,桥架,108,7.838,1.3,1100.455,合计,392473.8,392473.83,力,大小,(t),力臂,(m),考虑锚杆时的抗倾覆系数,F,锚,1600,79.94,1.325891786,中跨悬臂拼装过程中，为进一步抵消跨中的倾覆力矩，采用,配重,+,锚索锚固,相组合。其中锚索设计锚固力为,1600t,。,4,扣挂系统,4.2,拱肋抗倾覆设计,倾覆力矩抗倾覆力矩力大小(t)力臂(m)系数M力大小(t)力,43,本桥采用少扣索的布置形式，单个索塔仅布置,2,对扣索,（,2-25j15.24,），,2,对背索,（,2-31j15.24)1860Mpa,高强低松弛钢绞线。,4,扣挂系统,4.3,扣锚系统设计,本桥采用少扣索的布置形式，单个索塔仅布置2对扣索（2-25,44,扣锚索索力计算表,4,扣挂系统,4.3,扣锚系统设计,扣锚索索力计算表4 扣挂系统4.3 扣锚系统设计,45,1,、,2#,锚索锚固于拱肋节段上，锚点按每根索,450t,索力进行设计。,4,扣挂系统,4.3,扣锚系统设计,1、2#锚索锚固于拱肋节段上，锚点按每根索450t索力进行设,46,1#,、,2#,扣索前端锚固于,9#,和,3#,拱肋节点板处，按每根索,400t,索力进行设计；,4,扣挂系统,4.3,扣锚系统设计,1#、2#扣索前端锚固于9#和3#拱肋节点板处，按每根索40,47,05,施工体会,05施工体会,48,5,施工体会,5.1,合龙段合龙成果,本桥于,2016,年,4,月,25,日完成主拱合拢，合拢精度控制良好，拱顶高程最大偏差,21.3mm,，其它各项参数满足设计规范要求。,梁段位置,1#,脱钩理论值（,m,）,1#,脱钩实测值（,m,）,差值（,mm）,x,y,z,x,y,z,x,y,z,左幅,-0.1,-14.6,83.9,-0.15,-14.6,84.00,10.8,-28.7,13.7,-0.1,-13.1,83.9,-0.15,-13.1,84.0,7.1,-38.7,21.3,右幅,-5.0,14.6,83.8,-5.14,14.6,83.8,-91.9,-14.8,6.5,-5.0,13.1,83.8,-5.13,13.1,83.8,-83.7,-20.4,1.1,5 施工体会5.1 合龙段合龙成果本桥于2016年4月2,49,5,施工体会,5.2,少扣索施工体会,采用边支点下压实现中跨精确合龙。,边支点侧向顶推实现纵轴线调整。,降低锚索锚固区受力，有利于局部受力均衡。,5 施工体会5.2 少扣索施工体会采用边支点下压实现中跨,50,5,施工体会,5.3,拱上吊机方案,本项目现场运输条件较好，拱肋可直接运输至安装位置下方，可采用拱上吊机进行拱肋安装。,5 施工体会5.3 拱上吊机方案本项目现场运输条件较好，,51,钢桁拱桥关键施工技术课件,52,谢谢大家,四川公路桥梁建设集团有限公司,谢谢大家四川公路桥梁建设集团有限公司,53,