呂兆華

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司 上海200092)

引言

20 世紀(jì)80年代以來, 隨著不同結(jié)構(gòu)種類橋梁的出現(xiàn), 我國(guó)針對(duì)橋梁的施工技術(shù)也獲得了迅猛的發(fā)展, 積累了諸多的理論知識(shí)與施工經(jīng)驗(yàn),新興的現(xiàn)代橋梁施工技術(shù)主要分為3 種: 基于液壓整體同步提升技術(shù)、步履式頂推技術(shù)、提運(yùn)架技術(shù)[1]。其中, 液壓整體同步提升法是運(yùn)用液壓同步提升技術(shù)進(jìn)行鋼拱提升安裝施工, 鋼拱橋拱肋整體豎轉(zhuǎn)是液壓同步提升技術(shù)的一種, 對(duì)鋼拱肋整體在地面進(jìn)行拼裝, 采用鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)構(gòu)件與拱肋形成三角形受力結(jié)構(gòu)體系, 利用柔性拉索、提升器集群, 采用計(jì)算機(jī)控制液壓同步對(duì)三角形體系進(jìn)行整體轉(zhuǎn)動(dòng)直至拱肋旋轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)位置。該技術(shù)的核心設(shè)備采用計(jì)算機(jī)控制, 全自動(dòng)完成同步升降、負(fù)載均衡、姿態(tài)校正、應(yīng)力控制、過程顯示和故障報(bào)警等多種功能, 是集機(jī)、電、液等技術(shù)于一體的現(xiàn)代化先進(jìn)工藝與裝備。與傳統(tǒng)施工方法相比, 該方法具有如下優(yōu)點(diǎn): 將高空作業(yè)轉(zhuǎn)化為岸上或近地面的作業(yè); 施工所需的機(jī)具設(shè)備少、工藝簡(jiǎn)單、操作安全; 結(jié)構(gòu)合理, 受力明確, 力學(xué)性能好。轉(zhuǎn)體法能較好地克服在高山峽谷、水深流急或經(jīng)常通航的河道上架設(shè)大跨度構(gòu)造物的困難, 尤其是對(duì)修建處于交通運(yùn)輸繁忙路段的城市立交橋和鐵路跨線橋, 其優(yōu)勢(shì)更加明顯。

1 工程背景

本文以某下承式鋼拱橋?yàn)楸尘? 研究其在轉(zhuǎn)體過程中的關(guān)鍵施工技術(shù)。該橋?yàn)楣傲航M合體系。主 跨 176m, 拱 高 50m, 橋 寬 22.5m ～23.5m。鋼箱雙主梁作為剛性系梁承受拉力, 兩個(gè)系梁之間采用橫梁連接。該拱橋的施工面臨如下難題:

(1)通航問題: 該橋?yàn)樾吕蠘蚱磳捁こ? 施工期間, 應(yīng)確保老橋正常通航, 因此需避免搭設(shè)大量腳手架、使用大型浮吊施工, 且盡量避免高空作業(yè), 減小對(duì)通行船的高空墜物影響。同時(shí)需考慮臨時(shí)措施的阻水問題, 根據(jù)《浙江省涉河橋梁水利技術(shù)規(guī)定(試行)》規(guī)定, 跨越Ⅰ、Ⅱ級(jí)堤防橋梁的阻水面積不宜大于5%, 不得超過7%,即若增加臨時(shí)支墩, 則支墩數(shù)量及大小受此限制。

(2)高重異形鋼拱安裝難: 鋼拱自身高度高、跨度大, 相對(duì)較柔。屬于非對(duì)稱空間異形拱, 安裝對(duì)位難度非常大。且重量大, 由于拱肋重量近1200t, 計(jì)入風(fēng)撐、風(fēng)撐裝飾、拱肋側(cè)面裝飾總重可達(dá)1340t, 拱肋最高點(diǎn)可達(dá)距離橋面50m 的位置, 并且肋拱水平長(zhǎng)度達(dá)到170m 左右, 屬于超高空、大噸位、大尺寸的高工鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)。

出于以上限制, 同時(shí)考慮到施工周期問題,若采用高空原位拼裝法, 需在拱肋下方搭設(shè)滿堂腳手架, 施工措施費(fèi)高昂且干擾航道通航, 不符合通航和經(jīng)濟(jì)性要求; 若采用纜索吊裝, 拱肋的最高處距離橋面50m, 則需要架設(shè)超過50m 高的纜索, 橋址位于市區(qū), 無天然架設(shè)條件, 施工措施費(fèi)十分高昂, 不符合經(jīng)濟(jì)性要求。故選取拱肋低位拼裝, 豎向轉(zhuǎn)體就位的施工方法。

該工程施工方案如下: 根據(jù)鋼拱橋跨度大、拱肋高度高的特點(diǎn), 采用分段對(duì)稱的轉(zhuǎn)體方法,將橋面梁上的拱肋分為五段, 總計(jì)三個(gè)部分, 分別為: 拱腳段(兩段)、轉(zhuǎn)體段(兩段)、合龍段(一段), 如圖1 所示。鋼拱橋拱肋轉(zhuǎn)體總體布置如圖2 所示。單側(cè)拱肋的轉(zhuǎn)體重量672.46t, 采用先梁后拱的施工方法, 鋼拱采用三角架起扳正角度轉(zhuǎn)體一次就位的施工方法。轉(zhuǎn)體角度為29°。前拉索1、前拉索2 設(shè)置500t 油缸, 鋼絞線采用36 根D17.8 鋼絞線, 后拉索采用4 束, 每束配置500t 油缸, 鋼絞線采用36 根D17.8 鋼絞線。

圖1 拱肋立面分段示意Fig.1 Sectional arch rib elevation

圖2 拱肋整體豎轉(zhuǎn)立面Fig.2 Overall vertical rotation of arch rib

圖3 單側(cè)拱肋轉(zhuǎn)體Fig.3 Integral vertical rotation of one side arch rib

僅以一側(cè)的拱肋轉(zhuǎn)體為例, 對(duì)轉(zhuǎn)體過程進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)。本施工方法采用在拱肋轉(zhuǎn)體段安裝剛性支架及柔性拉索相組合的方法: 在距離拱腳較近的一側(cè)安裝剛性支架, 支架頂部設(shè)置橫梁,橫梁兩側(cè)安裝吊耳, 用柔性拉索將剛性支架頂部與拱肋前端進(jìn)行連接。因拱肋跨度大, 為防止在轉(zhuǎn)體過程中拱肋端部變形過大, 設(shè)置前后兩道拉索, 分別為前拉索1 和前拉索2。使得拱肋與剛性支架、柔性拉索形成三邊形結(jié)構(gòu), 在拱肋自重作用下, 保持穩(wěn)定。拉索一側(cè)安裝穿芯油缸, 通過穿芯油缸調(diào)節(jié)拉索的長(zhǎng)度, 控制拱肋轉(zhuǎn)體到位時(shí)的變形。剛性支架另外一側(cè)頂端通過后錨索與橋面梁連接, 后錨索在距離地面一側(cè)安裝穿芯油缸,通過該油缸張拉后錨索, 實(shí)現(xiàn)拱肋結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)體。

采用轉(zhuǎn)體方法施工, 需通過計(jì)算, 確保轉(zhuǎn)體傳力路徑上的每個(gè)環(huán)節(jié)受力、變形得到滿足, 且應(yīng)在設(shè)計(jì)階段增加相應(yīng)的構(gòu)造或者相應(yīng)的加固措施。本工程中, 通過整體計(jì)算, 確保拱肋自身、三角架體系、橋面梁、拉索、后拉點(diǎn)受力滿足;通過對(duì)轉(zhuǎn)鉸及相應(yīng)位置拱肋內(nèi)部、錨點(diǎn)預(yù)埋件、橋面梁局部構(gòu)造等位置進(jìn)行局部計(jì)算、加固、構(gòu)造處理, 保證轉(zhuǎn)體局部受力滿足。

2 拱肋豎轉(zhuǎn)施工關(guān)鍵問題

拱肋豎轉(zhuǎn)過程中, 感知實(shí)時(shí)拱肋受力狀態(tài)和姿態(tài)并實(shí)時(shí)預(yù)警、實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)體、控制拱肋線型是轉(zhuǎn)體施工面臨的關(guān)鍵問題, 針對(duì)以上問題, 擬采取以下技術(shù)進(jìn)行解決。

2.1 豎轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)

通過各類型的測(cè)點(diǎn)布置, 傳感器的安裝,并設(shè)定特定信息的限值對(duì)施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警, 達(dá)成保障施工安全、引導(dǎo)及時(shí)糾偏、優(yōu)化設(shè)計(jì)施工的目的。本工程監(jiān)測(cè)主要包括內(nèi)力監(jiān)測(cè)和位置監(jiān)測(cè)兩個(gè)部分。內(nèi)力監(jiān)測(cè)主要通過特殊的傳感器(振弦式傳感器、壓力傳感器、應(yīng)變計(jì)等)實(shí)現(xiàn)力的變化向電信號(hào)的轉(zhuǎn)變, 從而監(jiān)測(cè)出力的數(shù)值; 位置監(jiān)測(cè)主要通過特定的傳感器(傳感器、角度傳感器)或者儀器(全站儀)獲取測(cè)點(diǎn)的位置變化數(shù)據(jù)。

1.內(nèi)力監(jiān)測(cè)

各索索力可通過油缸表顯示的油缸壓力YG1、YG2、YG3、YG4、YG5、YG6、YG7、YG8 獲取(測(cè)點(diǎn)位置見圖4), 并且這也是實(shí)現(xiàn)液壓同步轉(zhuǎn)體的重要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和前提。

門式剛架壓桿采用穩(wěn)定性較好的大直徑鋼管結(jié)構(gòu), 鋼管規(guī)格為D1000/12, Q355b, 鋼管的最大穩(wěn)定應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值為208MPa, 最大強(qiáng)度應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值為139MPa, 在轉(zhuǎn)體階段, 對(duì)左右兩側(cè)壓桿應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè), 考慮到轉(zhuǎn)體中左右兩側(cè)受力不均勻、測(cè)量誤差、結(jié)構(gòu)受力的最大設(shè)計(jì)應(yīng)力等因素, 認(rèn)為應(yīng)力誤差為± 10%, 即在125MPa ～153MPa 范圍內(nèi)可認(rèn)為都是滿足的。內(nèi)力共兩個(gè)測(cè)點(diǎn): MJ1、MJ2?？梢詫?shí)時(shí)獲取轉(zhuǎn)體施工過程中門式剛架的內(nèi)力, 實(shí)時(shí)判斷其受力狀態(tài)是否處于設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi), 并且在獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之后可以與設(shè)計(jì)分析結(jié)果對(duì)照比較。測(cè)點(diǎn)布置如圖4 所示。

圖4 油缸壓力測(cè)點(diǎn)布置Fig.4 Layout of hydro-cylinder pressure measuring points

轉(zhuǎn)鉸是該轉(zhuǎn)體局部構(gòu)造的關(guān)鍵點(diǎn), 轉(zhuǎn)鉸受力大且應(yīng)力較為集中, 是轉(zhuǎn)體受力安全可行的決定因素之一。以底部轉(zhuǎn)鉸為例, 在拱肋端口轉(zhuǎn)體軸線上設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱轉(zhuǎn)鉸, 該轉(zhuǎn)鉸既要保證轉(zhuǎn)鉸自身、銷軸受力滿足, 同時(shí)還需要保證拱肋局部強(qiáng)度及局部穩(wěn)定, 因此需在拱肋對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)鉸內(nèi)部布置相應(yīng)的橫向及縱向加勁肋, 并需要通過有限元計(jì)算確保結(jié)構(gòu)受力滿足。底部轉(zhuǎn)鉸的示意如圖5 所示。

圖5 底部轉(zhuǎn)鉸局部構(gòu)造Fig.5 Constructional detail of bottom hinge

拱肋轉(zhuǎn)鉸總計(jì)8個(gè), 分別為: ZJ1、ZJ2、ZJ3、ZJ4、ZJ5、ZJ6、ZJ7、ZJ8。每個(gè)轉(zhuǎn)鉸銷軸處布置一個(gè)壓力傳感器, 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)鉸內(nèi)力,確保施工過程安全可靠, 并且在獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之后可以與設(shè)計(jì)分析結(jié)果對(duì)照比較。測(cè)點(diǎn)布置如圖6 所示。

2.位置監(jiān)測(cè)

油缸位置共8個(gè)測(cè)點(diǎn): YGWZ1、YGWZ2、YGWZ3、YGWZ4、YGWZ5、YGWZ6、YGWZ7、YGWZ8。可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)體施工過程中每個(gè)油缸的位置信息, 通過與門式剛架位置信息聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)體。測(cè)點(diǎn)布置如圖7 所示。

圖6 門式剛架壓桿、轉(zhuǎn)鉸內(nèi)力測(cè)點(diǎn)布置Fig.6 Layout of internal force measuring points for compression bar and hinge of frame

門式剛架位置共兩個(gè)測(cè)點(diǎn): MJWZ1、MJWZ2。可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)體施工過程中門式剛架的位置信息, 通過與油缸位置信息聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)體。測(cè)點(diǎn)布置如圖7 所示。

拱肋線型共5個(gè)測(cè)點(diǎn): XX1、XX2、XX3、XX4、XX5。通過這五個(gè)布置在拱肋軸線位置的測(cè)點(diǎn)來實(shí)時(shí)感知拱肋線型的變化, 并且可以為線型的調(diào)整校正提供依據(jù)。測(cè)點(diǎn)布置如圖7所示。

圖7 位置測(cè)點(diǎn)布置Fig.7 Layout of measuring points of arch rib shape

橋墩沉降共兩個(gè)測(cè)點(diǎn): CZ1、CZ2。通過CZ1測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控施工過程中橋墩P12 的豎向沉降,通過CZ2 測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控施工過程中橋墩P14 的豎向沉降, 確保其豎向沉降滿足橋梁設(shè)計(jì)限值的要求。測(cè)點(diǎn)布置如圖7 所示。

轉(zhuǎn)體角度共一個(gè)測(cè)點(diǎn): JD1。通過JD1 測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控施工過程中拱肋轉(zhuǎn)體角度, 判斷轉(zhuǎn)體處于什么階段, 還可以為轉(zhuǎn)體速度預(yù)警提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.預(yù)警方式

各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳感器與主控電腦進(jìn)行連接實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 而主控電腦又通過油泵來控制各個(gè)油缸, 示意如圖8 所示。

圖8 預(yù)警邏輯示意Fig.8 Early warning logic diagram

由圖8 可知預(yù)警邏輯分為兩方面: 力和位移預(yù)警。在主控計(jì)算機(jī)內(nèi)將所有預(yù)警數(shù)據(jù)的判斷串聯(lián), 當(dāng)所有預(yù)警數(shù)據(jù)滿足限值要求時(shí), 轉(zhuǎn)體施工繼續(xù), 當(dāng)任一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出限值, 則系統(tǒng)提示預(yù)警, 主控計(jì)算機(jī)通過控制油泵暫停轉(zhuǎn)體施工。

2.2 液壓同步轉(zhuǎn)體技術(shù)

液壓同步轉(zhuǎn)體技術(shù)是指通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào), 精確控制油缸伸縮, 實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件同步轉(zhuǎn)體過程。其核心設(shè)備為計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 可以全自動(dòng)完成同步升降、實(shí)時(shí)精確控制和故障報(bào)警等多種功能。計(jì)算機(jī)控制液壓同步轉(zhuǎn)體系統(tǒng)由鋼絞線及轉(zhuǎn)體油缸集群(承重部件)、液壓泵站(驅(qū)動(dòng)部件)、傳感檢測(cè)及計(jì)算機(jī)控制(控制部件)和遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。主控計(jì)算機(jī)控制油缸進(jìn)行統(tǒng)一動(dòng)作, 從而保證各個(gè)轉(zhuǎn)體吊點(diǎn)位置同步: 通過設(shè)定主令轉(zhuǎn)體吊點(diǎn), 使得轉(zhuǎn)體吊點(diǎn)(跟隨吊點(diǎn))均以主令吊點(diǎn)的位置作為參考來進(jìn)行調(diào)節(jié)。這一過程依據(jù)油壓傳感器和距離傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

液壓同步轉(zhuǎn)體技術(shù)在本工程中的具體實(shí)施方法如下。

1.轉(zhuǎn)體油缸的布置

由于最大單索受力為399t, 本工程采用500t油缸8 臺(tái), 分布為前索4 臺(tái)、后索4 臺(tái)。

2.液壓泵站的布置

液壓泵站作為轉(zhuǎn)體油缸進(jìn)行轉(zhuǎn)體作業(yè)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備, 液壓泵站的選取需要滿足轉(zhuǎn)體油缸驅(qū)動(dòng)數(shù)量、轉(zhuǎn)體速度、轉(zhuǎn)體過程中同步調(diào)節(jié)性能、控制模式等要求。

根據(jù)本工程油缸的布置, 共準(zhǔn)備2 臺(tái)液壓泵站, 前拉索4 臺(tái)油缸布置1 臺(tái)泵站, 后拉索4 臺(tái)油缸布置1 臺(tái)泵站。

3.傳感器布置

液壓同步轉(zhuǎn)體需要用到前面所述的油缸壓力共8個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、油缸位置共8個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、門式剛架位置共2個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

在 YG1、YG2、YG3、YG4、YG5、YG6、YG7、YG8 測(cè)點(diǎn)處的一組油缸中, 選擇一個(gè)油缸安裝壓力傳感器。在YGWZ1、YGWZ2、YGWZ3、YGWZ4、YGWZ5、YGWZ6、YGWZ7、YGWZ8、MJWZ1、MJWZ2 測(cè)點(diǎn)處布置位置傳感器。在JD1測(cè)點(diǎn)處布置角度傳感器。在每個(gè)油缸的主缸上安裝1 只油缸行程傳感器, 上下錨具上各安裝2 只錨具傳感器。其中錨具傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)體油缸的錨具狀態(tài)(錨具“松”或錨具“緊”), 油缸行程傳感器用于實(shí)時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)體油缸的行程。

所有傳感器統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

表1 液壓同步轉(zhuǎn)體布置傳感器統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of sensors in integral vertical rotation of arch rib

4.實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的連接

當(dāng)完成傳感器的安裝和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的連接后, 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)即完成布置。實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的連接示意如圖9 所示。

圖9 實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的連接示意Fig.9 Early connection diagram of real time network control system

5.本工程同步轉(zhuǎn)體控制邏輯

完成上述各個(gè)模塊的布置和系統(tǒng)連接之后,需要通過一定的控制邏輯對(duì)轉(zhuǎn)體施工進(jìn)行同步精確控制, 具體控制邏輯示意如圖10。

圖10 轉(zhuǎn)體過程控制邏輯Fig.10 Control logic of vertical rotation

第一次轉(zhuǎn)體控制。即控制YG1、YG2、YG3、YG4 壓力, 通過后索對(duì)門式剛架進(jìn)行轉(zhuǎn)體, 使得前面4 道拉索拉緊, 使得門式剛架與前拉索形成三角形體系, 即拱肋離地之前的準(zhǔn)備狀態(tài)。此時(shí)通過MJWZ1、MJWZ2 測(cè)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)反饋, 通過計(jì)算機(jī)控制YG1、YG2、YG3、YG4 的大小與理論計(jì)算值接近, 同時(shí)對(duì)油缸壓力進(jìn)行微調(diào), 使得MJWZ1 和MJWZ2 的高程數(shù)據(jù)保持一致。若MJWZ1 高程數(shù)據(jù)大于MJWZ2 高程數(shù)據(jù), 則說明MJWZ1 轉(zhuǎn)體速度高于MJWZ2, 此時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大YG3、YG4 的油壓, 使MJWZ1 和MJWZ2 的高程數(shù)據(jù)同步, 反之亦然。

第二次轉(zhuǎn)體控制。此次轉(zhuǎn)體即為拱肋從離地到轉(zhuǎn)體到位的全過程, 此時(shí)的同步轉(zhuǎn)體施工有兩級(jí)控制。第一級(jí)控制為左側(cè)三腳形形態(tài)的同步控制, 即后拉索、橋面梁、剛架之間形成的三角形形態(tài); 第二級(jí)控制為右側(cè)三角形形態(tài)的同步控制, 即前拉索、拱肋及剛架之間的形態(tài)。第一級(jí)控制: 結(jié)合MJWZ1、MJWZ2 的位置數(shù)據(jù), 通過YG1、YG2、YG3、YG4 的對(duì)左側(cè)鋼絞線進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整, 進(jìn)而使得MJWZ1、MJWZ2 高程一致。第二級(jí)別控制: 即控制YG5、YG6、YG7、YG8調(diào)整前索長(zhǎng)度, 使得拱肋端部XX5 左右拱肋標(biāo)高一致, 即左右拱肋保持平衡。

2.3 拱肋線型控制技術(shù)

拱肋的線型控制即拱軸線形狀的控制, 本次施工過程中對(duì)于拱肋線型的控制可以分為三個(gè)階段, 第一階段是構(gòu)件加工階段, 第二階段是轉(zhuǎn)體施工階段, 第三階段是拱肋合龍之后。

1.構(gòu)件加工階段線型控制

構(gòu)件加工階段線型控制利用預(yù)拱的方法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG/TD64—2015)第4.2.4 條規(guī)定, 對(duì)鋼梁和鋼拱設(shè)置預(yù)拱度, 預(yù)拱度大小為結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值加1/2車道荷載頻遇值產(chǎn)生的撓度值, 頻遇值系數(shù)為1.0。按照規(guī)范要求計(jì)算可以得出預(yù)拱數(shù)值大小,在構(gòu)件加工的時(shí)候考慮預(yù)拱的具體值, 本工程預(yù)拱數(shù)值及預(yù)拱示意見圖11。

圖11 鋼拱加工階段預(yù)拱數(shù)值Fig.11 Pre arch value of steel arch in processing stage

2.轉(zhuǎn)體施工階段線型控制

轉(zhuǎn)體施工階段, 拱肋作平面內(nèi)的轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng),從拱肋端部脫離胎架至拱肋轉(zhuǎn)體到位, 拱軸線的豎直位置不斷發(fā)生改變。在豎轉(zhuǎn)過程中, 只要控制轉(zhuǎn)體拉索油缸的拉力在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi), 拱肋結(jié)構(gòu)安全即可得到保證。當(dāng)拱肋轉(zhuǎn)體到位時(shí), 調(diào)節(jié)YG5-YG9(如圖4 所示)內(nèi)力, 使得XX3、XX4(如圖6 所示)的水平及豎向位移接近拱肋預(yù)拱后的數(shù)值, 即通過拉索索力消除拱肋自重變形, 即為卸載前的初始變形, 為后期合龍做準(zhǔn)備。

3.拱肋合龍后線型控制

轉(zhuǎn)體到位后, 對(duì)拱肋進(jìn)行合龍。底部轉(zhuǎn)鉸的焊接對(duì)位, 可在底部拱肋端口周邊臨時(shí)焊接一些楔形導(dǎo)向, 上部拱肋沿導(dǎo)向滑入底部拱肋斷口,使上下拱肋截面準(zhǔn)確對(duì)位。待合龍焊接完畢后,對(duì)油缸進(jìn)行分級(jí)卸載。根據(jù)對(duì)稱原則, 對(duì)拱肋的卸載采用同步卸載, 即等比例縮小YG1、YG2、YG3、YG4、YG5、YG6、YG7、YG8。

本工程合龍后的卸載考慮五級(jí)卸載, 分別為標(biāo)準(zhǔn)組合前后索力差值T的0%、20%、40%、60%、80%。假設(shè)T1-0為YG1 初始索力,T1-30為YG1 轉(zhuǎn)體到位索力, 那么T1=T1-30-T1-0。依次類推T2=T2-30-T2-0為YG2 的前后索力差值。卸載完畢后, 拱肋的變形即為由自重引起的結(jié)構(gòu)變形, 使得結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力不受轉(zhuǎn)體外力影響。

3 結(jié)論

本文以某空間異形鋼拱橋?yàn)槔? 對(duì)鋼拱橋轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究, 提出了鋼拱肋轉(zhuǎn)體施工的面臨的三大技術(shù)問題: 感知實(shí)時(shí)拱肋受力狀態(tài)和姿態(tài)并實(shí)時(shí)預(yù)警、實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)體、控制拱肋線型。針對(duì)這三大問題提出了針對(duì)性的解決措施: 采用監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)、液壓同步轉(zhuǎn)體技術(shù)、拱肋線性控制技術(shù)。研究了監(jiān)測(cè)預(yù)警目的和內(nèi)容, 并針對(duì)本工程制定了詳細(xì)的監(jiān)測(cè)預(yù)警方案。研究了計(jì)算機(jī)控制的液壓同步轉(zhuǎn)體技術(shù)的特點(diǎn)、系統(tǒng)組成、同步轉(zhuǎn)體控制原理及動(dòng)作過程等基礎(chǔ)內(nèi)容, 并針對(duì)本工程制定了詳盡的布置方案、連接方案和同步控制邏輯。根據(jù)本工程特點(diǎn), 提出了從構(gòu)件加工階段、轉(zhuǎn)體施工階段、拱肋合龍之后這三個(gè)階段的拱肋線型控制方法。

采用轉(zhuǎn)體方法, 較傳統(tǒng)施工方法相比, 預(yù)估可節(jié)約工期至少30%, 節(jié)約造價(jià)20% ～50%,更重要的是能夠解決傳統(tǒng)施工方法無法解決的實(shí)際問題, 對(duì)于起吊高度超過30m 的鋼拱橋施工具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。