台风区大跨度钢桁架拱桥施工控制关键技术研究

发布时间：2019-08-07 14:45

【摘要】：由于钢桁架拱桥具有较强的竖向刚度和横向刚度，从而成为台风区跨越大江大河的常用桥型。随着我国桥梁向更长、更大、更柔的方向发展，安全质量问题越发突出，特别是在台风区建设大跨度钢桁架拱桥，需要考虑的不确定因素较多。为了使成桥状态与设计要求更加吻合，本文以在台风区建设的厦深铁路榕江特大桥为研究背景，对台风区建设大跨度钢桁架拱桥施工控制成套关键技术进行了研究。主要完成了以下研究工作：（1）基于运筹学理论的施工方案对比研究总体施工方案的优劣对施工安全质量的控制成败起着关键性作用，针对目前采用专家讨论会评选施工方案具有较强的经验性和主观性特征，尝试将运筹学决策理论应用于台风区大跨度钢桁架拱桥施工方案比选，选定施工过程中最为关心的安全、质量、工期、技术和成本等5个子目标，对拟采用的3个方案进行统筹建模计算，最终得出的方案与召开专家讨论会的选定结果相符，且大桥按照该方案施工，已顺利完工并投入使用，从而在一定程度上验证了该方法的可靠性。（2）抗风稳定性控制措施设置研究首先采用针对榕江特大桥结构风洞试验的三分力系数和风压时程成果，对施工阶段进行了风振响应分析，分析结果发现：在台风作用下，主梁最大拉应力较在施工临时主要荷载（大吨位悬拼吊机）大，且在风荷载和自重作用下，主梁最大拉应力超出钢材受力允许范围；长吊杆的涡激共振和驰振起振风速均小于相应检验风速，为保证大桥顺利安全架设，对主梁和拱肋施工分别采取了如下控制措施：在主梁施工阶段，创造性地在大跨度连续钢桁梁悬拼架设过程中对局部若干薄弱杆件采取如下临时加强设施：对薄弱斜腹杆，直接在板外附加一T形截面杆件进行临时加强；对较薄弱的下弦杆，直接附加一H形截面杆件进行临时加强，加强杆件和被加强杆件共用螺栓连接副，从而形成组合截面，加强杆件与主桁结构协同工作性能较好；在拱肋施工阶段，创新性地通过采用钢丝绳将两片拱肋与上弦杆交叉连接起来，有效地提高了吊杆和拱圈在施工过程中抗风稳定性。（3）施工过程特殊节点应力控制研究首先对比计算分析了特殊节点在设计运营最不利工况状态和施工阶段最不利状态的区别，结果发现杆端内力相差很大，其中受力上弦杆两端在施工阶段较运营阶段分别增大了58.6%（靠支座端）和73.1%（靠跨中端），故对于大跨度钢桁梁桥，除在设计阶段需要验证特殊节点受力的合理性外，还需考虑施工阶段的受力状态。在此基础上，参照缩比模型试验验证计算模型的成果，建立施工阶段节点计算模型并对节点进行局部受力分析，结果发现最不利工况下，存在局部受力超出钢材允许应力现象，然后结合架设工艺和结构特征，提出先合拢弦杆后再拼桥面板法施工，实现了安全合理架设。然后以大桥实测数据验证了有限元计算模型及等效加载方式的可靠性。（4）高强螺栓连接施工质量控制研究着重对在自然暴露下的2组拼接板的摩擦面进行了试验研究分析，试验结果得出，抗滑移系数降低较多，分别从出厂实测滑移系数0.83和0.74降低至0.47和0.47，最终只略微高于规范要求的安装前不小于0.45。然后对影响施工质量的扭矩系数控制进行了研究，鉴于连接接头的头尾排传力比占整个接头的绝大部分，提出在终拧后对螺栓检测时，建议采取如下方案：头尾两排螺栓按100%检查，而中间排数的螺栓按规范10%抽查，从而确保头尾两排螺栓的施拧质量。（5）大跨度钢桁梁拼装线形控制技术研究首先推导了钢桁梁悬臂法架设的拼装线形，然后对架设前的准备阶段和拼装过程中及合拢阶段的误差控制进行了系统研究。架设前的准备阶段，对临时支墩的标高设置推导了经验公式，且依据现场条件，对水中临时墩的承载力试验提出了锚桩压重联合反力装置，保证了众多临时墩合理设置；拼装阶段，着重对在架设过程中发现的钢梁受温度、风和施工荷载的影响变位进行了分析并提出了相应控制措施；合拢阶段，对双跨不对称合拢，系统研究了合拢方案及三向调整措施，最终架设线形和理论线形吻合得较好，验证了本章线形控制方法的适用性和合理性。
【图文】：

台风区大跨度钢桁架拱桥施工控制关键技术研究,刘智芳;2014年

图 1-1 国家快速铁路规划网图 1-2 “十二五”铁路规划网年来，随着我国钢铁制造技术的提高，16 锰钒氮桥梁钢(16MnVNq)、14(15MnVNq)和 15 锰钒氮桥梁钢(15MnVNq)[2]相继在钢桥中得到应用，，Q4D 和 Q345qD 钢[3]已逐渐成为大桥主体结构材料，同时，相应的焊接技术

台风区大跨度钢桁架拱桥施工控制关键技术研究,刘智芳;2014年

2图 1-2 “十二五”铁路规划网年来，随着我国钢铁制造技术的提高，16 锰钒氮桥梁钢(16MnVNq)、14(15MnVNq)和 15 锰钒氮桥梁钢(15MnVNq)[2]相继在钢桥中得到应用，Q4D 和 Q345qD 钢[3]已逐渐成为大桥主体结构材料，同时，相应的焊接技术厚板焊接[4]及不等厚板焊接技术不断成熟，使得钢桥成为大跨度铁路桥梁[5]，与钢桁架悬索桥[6-8]和钢斜拉桥[9-13]相比，钢桁架拱桥具有较好的横向度，且其稳定性能[14-17]和抗震性能[18-21]均较后两种桥型更好，更能满足铁[22]和抵抗自然灾害的标准高等要求，特别是对于客运专线桥梁结构要求有向刚度[23-25]和动力性能[26-29]等要求，且钢桁架拱桥具有外形雄伟壮观[30]，于风速或地震烈度较大的地区更能充分发挥其性能。近些年来，钢桁架拱和结构型式均得到较好地发展，部分具有技术代表性的桥梁如：九江长江大
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U445.4

【参考文献】