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1、word结构施工与力学缆索吊装的最优吊点桥梁工程施工中，当上部构件如梁节段或拱肋等需跨越深水、深谷、通航河道或者限于工期必须在洪汛期内架设时，常采用无支架施工，其中更多采用缆索分段吊装。预制构件在吊移、搁置和拼装过程中，构件的受力状态往往与成桥使用状态不同，构件的吊点吊环位置与数量，应在设计中确定或在施工前验算。梁段和拱肋通常采用两点吊，当构件分段或曲率较大时，宜采用四点吊图18.1.1。最优吊点位置主要按构件吊运时的稳定与合理受力来确定，尽管有时还需要综合各种次要因素的影响。这里，以最大拉应力为控制目标，选择缆索吊装中的最优吊点，得出等截面四吊点的位置。对于两点吊和四点吊的变截面构件超静定问
2、题，用寻优迭代的方法和总和试算法19，可得出吊点的变化规律和实用的计算结果。图18.1.1 刚架拱桥吊装分段构件均近似按直梁验算。当构件截面上下配置相等钢筋并采用两吊点时，构件受力特点如双伸臂简支梁，吊点宜对称布置，控制目标为两吊点处最大负弯矩M1与跨中最大正弯矩M2绝对值相等亦即最大拉应力相等，由此可解得x=0.207LL为拱肋构件长度。考虑斜索产生偏心拉压、上下缘配筋数量、端头接口与弯拱肋重心位置等因素后，实际吊点位置选在距拱肋端0.22L左右L为拱肋构件长度。当桥梁跨径大，吊装设备吨位许可时，可按较长的分段预制拱肋特别是拱顶段，以减少空中操作；当拱段曲率较大时，也采用四点吊，并使用转向滑
3、轮。四吊点构件受力是超静定问题利用对称性取半结构后，按一次超静定梁分析选如图18.1.2所示的根本体系，多余未知力X1即为构件中部的正弯矩M1，力法方程为11X1+1P =0 。设外侧吊点距杆端为x，考虑施工方便，一般取内外侧吊点间距为0.2L小于0.27L时，其跨间弯矩均较小用图乘法计算主系数11和自由项1P后，可求得 。图18.1.2 根本体系简化假如以为控制目标，如此不必解超静定。由,直接解得：x = 0.124L。为适应内力的变化，连续梁、伸臂梁以与桁架拱和刚架拱的拱顶实腹段，经常采用纵向变截面，截面变化规律多为直线或二次抛物线，并常用两点吊或四点吊。变截面构件吊点确实定，即使是两点吊
4、，也是一个超静定问题，这里，最优控制目标是使吊点截面与跨内截面上下缘的最大拉应力尽可能小且均等。这对于少筋混凝土构件尤为重要。以抛物线变截面构件两点吊为例图18.1.3，取厚度B=1，容重=1计算。图18.1.3 变截面构件两点吊重心位置： 控制截面弯矩：， .其中： 对于少筋或素混凝土，抗弯截面模量：优化目标：，即这里，中段最大弯矩用中截面弯矩代替，以防止逐次求弯矩极值，误差不大于2% 。为了计算稳定和易于控制计算精度，在输入L，H，h常数后，作无量纲处理，H=0即为等截面情况。用合理的步长在计算机上试算a，b值。首先在00.5L或更小的给定区间内，取a初值并计算1，用0.618法逐次迭代，
5、缩短区间；每取一个a值，就该以2=3为目标，用进退法寻找适宜的b值，并以1-3为给定精度控制迭代，以尽可能少的迭代次数求得符合满意精度的两个吊点位置后，再由重心位置确定两根缆索的竖向索力分量。对于变截面构件，无法同时满足两吊索的索力相等。确定变截面构件四点吊的最优吊点，应以合理的截面应力假如干吊点截面和构件薄弱与敏感截面为控制目标。拱顶实腹段的吊装常用四点吊，用总和法试算能得到满足工程精度的结果20。图18.1.4 刚架拱实腹段四点吊双人字扒杆吊装与膺架横移某高架桥除了第一联5孔为挂篮悬浇变截面箱梁外，其余15孔均为膺架现浇等截面箱梁，长615m墩间净距41m,桥面宽32m，分左右幅单向桥面宽
6、为15.75m,中间留有0.5m空隙，墩高达40余米。该桥位于闽江口，风大且淤泥软土层厚，因此选择全跨度桁架法施工。现浇膺架利用高墩和现有简易拆装梁构件作纵梁，拆装梁每组重60t，在宽仅1.8m的高墩顶上吊装和安装是件相当困难的事，塔式起重机或汽车吊等起重机械均无能为力，最后却由简单的双人字扒杆来完成，靠的就是力学原理和起重工的经验。所谓双人字扒杆吊装设备是在墩顶装两副一样的人字扒杆，底座均锚固于墩中心图18.2.1。在受力上，起重杆称主杆，另一固定杆称副杆，安装一次可主、副杆互换来吊装前后两孔拆装梁。两扒杆顶部用滑轮组变幅时，能使主杆转动以改变主杆仰角，达到使梁少许纵移的目的，不仅操作方便，
7、也易于协调。图18.2.1 双人字扒杆简易设备 图18.2.2 膺架体系整体横移工艺双人字扒杆两腿高度和夹角根据拆装梁的尺寸和起吊时高端进入墩顶长度而确定，副杆仰角按主杆最小和最大仰角4575之平均值设定。扒杆底座只要顺桥方向前后卡在墩顶就能固定。扒杆结构的受力情况较为复杂，通常假定扒杆的节点铰接，扒杆的绑扎严密，除了求长细比时乘以松弛系数1.1以外，不考虑其它影响；计算中只考虑风缆自重对扒杆产生的轴压力。作为一般空间力系分析，杆顶轴要承受起吊滑轮和前变幅滑轮的力，副杆顶轴要承受后锚固绳和后变幅滑轮的力，即顶轴要承受两个力的组合。双人字扒杆对墩顶的作用力包括竖直压力和水平推力。副杆后锚固绳锚固
8、在相邻墩底承台上，比锚固在相邻墩顶，可获得更大的副杆轴压力，从而对墩顶底座产生更大的反向水平分力，抵消主杆在最不利情况下产生水平力的35%左右，故双人字扒杆在减小墩顶水平力方面极为有利。由于高架桥墩高，墩顶扒杆底座较小的水平力就会对墩底产生很大的弯矩，而桥墩厚度只有1.8m，顺桥向承受弯矩的能力较弱，故需仔细验算扒杆水平力对墩身产生的弯矩以与桥墩本身的抗弯能力。双人字扒杆直接在运梁小车上起吊时，主杆单腿受力，故设计时以主杆单腿受力且仰角45为最不利工况。由于只有提升、变幅两个步骤，因此吊装较平稳、安全；每个墩顶只需安装一次，就可吊装前后两孔，投入少、效率高。高速公路高架桥分左右幅单向桥，在施工
9、中先右幅、后左幅现浇箱梁。如果使膺架在右幅浇筑完成后，纵梁不落地，浇左幅时也不必重新吊装，而是在高空中横移到位，如此大大提高施工效率。实际上，如果将支承于托架上的横向桁架梁连成整体，使之成为两端伸臂多点支承的的连续桁梁。作出跨中左右两墩间节点位移和弦杆内力影响线。横移时，膺架连同横楞和局部模架、模板原样不动重约200t，只需将右幅的两组膺架纵梁暂时连成整体，作为移动荷载从右向左横移。只要横向桁架强度、刚度允许，在上弦顶上铺设滑槽，同时给纵梁支座安装上滑板，然后下落纵梁，使滑板落到滑槽内就可以实现横移。假如滑槽铺四氟乙烯板，滑板外表焊不锈钢板，两者间摩阻系数为0.06，每端牵引力约6.0t，故每
10、端用一台10t的链滑车，由人工倒链牵引。假如槽内用油脂润滑，钢对钢的摩阻系数为0.12 ，如此每端牵引力约12t,宜用卷扬机牵引。横移时要适当考虑高空风荷载的作用。应用力学原理可实现简易设备吊大梁，并创造膺架、模具整体横移新工艺。由于整体横移简化工序、节省工日，提高膺架的完好率和增加周转次数，不仅有利于施工安全，还取得明显的经济效益。利用废桥现浇箱形拱旧桥改建或重建时往往要考虑旧桥的拆除或新桥位的选定，并确定桥型与其施工方案。深入研究施工中的结构力学问题，优化施工方案，不仅保证工程顺利进展，还能取很好的经济效益。曾有一座旧桥位于新建电站库区，为五跨石拱桥，竣工跨径分别为15.3m，15.2m，
11、215.1m和14.8m，净矢跨比为1/5，拱圈厚度为60cm，桥面总宽为5m，两侧设安全带。该桥局部拱圈开裂，北岸桥台与第一个墩有局部沉降，桥面顶标高约为66.3m。由于设计洄水位标高达65m，已接近拱圈顶部，洪水季节桥面漫水，使旧桥无法正常使用，且存在安全隐患，需重建一座新桥。根据初勘选定的几个桥位的地质钻探和河床断面测量,不是发现断裂带就是必须采用深根底，只有旧桥原桥位地质状况最好，有浅埋的中风化基岩，而且河床窄，桥跨最短。几经比选后，提出在旧桥位重建新桥的设计方案。新桥桥面高，新桥台就选在旧桥台之后，采用浅挖施工，无需拆除旧桥，工程量较小。由于库区河床水深，推荐桥型方案选择单跨过河的大
12、跨径空腹式钢筋混凝土箱形拱桥图18.3.1，确定主拱净跨径为115m，净矢跨比f0/L0=1/7，下部构造桥台根底为明挖阶梯形扩大根底，实体式桥台根底座落在岩层上。原设计采用缆索吊装施工方案，分五段合龙。考察现场，北岸桥头地势陡峭，施工场地狭窄，南岸如此需拆迁楼房，不便设备进场和架立索塔。缆索吊装对施工条件和能力要求较高，该桥可用预制场距离又较远，要铺设从预制场到南岸桥头的专供平板车行驶的近百米临时车道，除耗资太大外，长25m、重60t的箱拱构件段装卸、运输、翻身、起吊也有难度。吊装施工方案不得不搁浅。架设拱架现浇施工的方案又因河床水深、支架不稳定不敢贸然实施。如果旧桥能够承受大跨度混凝土箱拱
13、的恒载和施工活载，就可在旧桥面上搭设拱架，利用位于同一轴线上的旧桥现浇新桥。 图18.3.1 桥上桥施工方案 图18.3.2 现浇箱形拱经过对开裂拱圈处局部水箱加载试验证明其承载能力和结构分析后，提出在旧桥上分片分阶段现浇新拱桥的施工方案，即先纵向对称浇筑中箱底板，并使箱拱底板先行合龙，达到强度后形成薄圈板拱；再在底板上安装预制的腹板、支模浇筑顶板构成合龙的中箱拱圈。依此施工程序，从中箱对称扩展到边箱。待箱拱拱圈整体成形后图18.3.2，再安装拱上建筑构件，浇注桥面。实际上，由拱架立柱传给旧桥面的分布荷载很小。在底板成拱前，桥面承受拱架自重以与由拱架传递的单箱底板的恒载和局部施工活载；底板选择
14、较低气温时合龙，生成强度后，产生对拱架的局部卸载。随着腹板的安装和合龙，以与底板的轴向弹性变形和徐变收缩，拱架又呈现承载和局部卸载的变化。在顶板浇筑成形后，单箱拱圈生成。随着边箱的施工和拱架的压缩变形，先成形的箱型拱圈对拱架逐渐卸载。由于分阶段成拱，集零为整减轻了旧桥承载。此外，旧拱桥在拱架分布荷载下的压力线比水箱荷载压力线更接近于旧桥拱轴线，因而也更能发挥石拱桥的承载能力。工程实践证明，这是一个成功的施工方案。悬臂施工与其控制无支架的缆索吊装和悬臂施工 19世纪中期以前，各种桥梁都采用有支架的施工方法拼装钢梁或浇筑混凝土主梁，整个施工过程主梁均处于无应力状态。19世纪中期，悬臂钢桁梁的出现解
15、决了当时设计与施工上的难题。悬臂桁梁的施工应力与营运应力的一致，给悬臂施工无支架施工方法提供了科学依据，使该法被广泛采用。100多年来，缆索吊机成为主要吊装工具，成功地应用于梁桥的无支架施工中。采用多段吊装和扣索临时扣挂拱段来安装主拱圈，也使无支架吊装拱桥的施工方法日益完善。20世纪60年代，桥梁悬臂施工从钢桥推广到预应力混凝土桥，为预应力混凝土悬臂梁桥、连续梁桥、连续刚构桥、拱桥和斜拉桥等大跨度桥梁的开展提供了有力的施工技术保障，开创了现代大跨度桥梁开展的新时代。悬臂施工通常分为悬臂浇筑和悬臂拼装两类21。它们都是利用已建成的桥墩，从墩顶开始沿桥跨方向逐段对称或不对称悬出接长、然后合龙的施工方法。两类悬臂施工成桥后的受力与结构行为根本一样，主要区别在于施工阶段的内力与变形不同。悬臂浇筑是用挂篮就地分段一般38m，悬臂伸展局部，节段适当加长现浇图18.4.1，待每段混凝土养护并X拉预应力后再将挂篮前移，以备浇筑下一节段之用。悬臂浇筑时，梁体钢筋连续性好，混凝土整体性也较好。悬臂拼装是用已制造好的钢梁杆件或预制好的预应力梁节段一般为25m，用悬拼吊机悬吊于上部结构上图18.4.2，将杆件或节段梁逐一结实拼装，形成向桥跨中逐渐增大的悬臂，直至跨中合龙或拼至下一个墩台上去。随着梁段增加即悬臂长度的增长，梁内出现的负弯矩也不断增大，因此对于混
