大跨度鋼桁拱架的施工方法

2023-07-13 05:57:26

專利名稱：大跨度鋼桁拱架的施工方法
技術領域：
本發明屬於鋼筋混凝土拱橋施工技術領域，具體涉及一種鋼桁拱架的施工方法，適用於 大跨度鋼筋混凝土箱型拱橋施工。
背景技術：
在特定環境下修建大跨度鋼筋混凝土拱橋(所述大跨度是指跨度》40m)，就需要進行主 拱圈施工支架的施工。如在深山峽谷上，因施工場地狹小而無法進行預製吊裝施工，和橋跨 下方條件不允許而又無法搭設腳手架滿布式拱架時，就要考慮採用鋼桁拱架進行拱圈施工。
鋼桁拱架是由採用槽鋼、角鋼杆件、螺栓等材料加工製作成的一定長度的桁架節段經過 拼裝組合而成的鋼桁拱肋式拱架。它具有足夠的強度、剛度和整體穩定性，跨越能力大，拆 裝容易、運輸方便、利用效率高、節省木材等優點。因其具有較強的結構穩定性，可大大減 少支架的變形，從而使設計橋梁線型更趨完美。
目前，大跨度拱橋施工中常用的拱架形式有撐架式滿布拱架、拱式拱架(如採用貝雷桁 片等常備式構件組拼成的鋼桁拱架)。
撐架式拱架是用鋼管或常備式構件搭設落地臨時墩支撐，上部採用搭設滿堂鋼管拱盔的 支架形式。由於需要在地面澆築支架墩基礎，因而對橋跨下方地面環境要求較高，如在橋跨 下方為峽谷、河流等地貌或有永久性構築物時，搭設落地支架顯然不可行。即使在某些地面 條件較好而具備搭設鋼管支架時，也會因鋼管使用數量過大，搭設和拆除施工周期長，且支 架變形較大等諸多因素而不宜採用。因此，在大跨度拱橋施工中，撐架式鋼管支架的施工較 為局限，達不到施工要求和創造較大經濟效益的目的。
與落地撐架式拱架相比較，拱式拱架不受洪水、漂流物或永久性構築物的影響，適用性 較強。採用常備式構件(如貝雷桁片等)形成的鋼拱架是目前使用較廣泛且合理可靠的一種 拱式拱架，在某些大跨度鋼筋混凝土拱橋中取得了較好的施工效果。它是採用萬能式構件根 據施工要求組拼而成的桁架式拱架，在結構穩定性方面較好，和本案所述的鋼桁拱架也有相 似之處。但一般萬能式構件不能直接拼裝成拱形桁架，必須根據施工要求對其節點和聯結系 等進行特定的加工改造後才能拼裝成拱架。另外，由於一般萬能式構件的截面形式、構件尺 寸及節點構造等比較固定、單一，用它來布置構造拱架會受到很大的制約，且施工購買或租 賃後再進行精加工改造成拱架的費用較大。

發明內容
本發明的目的在於提供一種大跨度鋼桁拱架的施工方法，該施工方法不受橋位地形條件 和場地條件限制。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是大跨度鋼桁拱架的施工方法，其特徵在於它 包括如下步驟1) 根據鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形，對於主拱跨度不大於100m的鋼筋混凝土
拱橋，採用圓弧線作為鋼桁拱架的拱軸線的線形，並使鋼桁拱架的拱軸線的線形在空間上盡
可能地接近鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形；對於主拱跨度在lOOni以上的鋼筋混凝土 拱橋，用懸鏈線形或拋物線形作為鋼桁拱架的拱軸線的線形，並使鋼桁拱架的拱軸線的線形 在空間上儘可能地接近鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形；
在鋼桁拱架的總體布置構造上，將鋼桁拱架在橫向分成2-20條分離的平行的鋼桁拱肋， 鋼桁拱肋間採用角鋼杆作橫向連接；將鋼桁拱肋在縱向分成4-100個第一單元桁架節段和1 個第二單元桁架節段，第二單元桁架節段位於拱頂；第一單元桁架節段的一端設陰頭，第一 單元桁架節段的另一端設置陽頭，第一個第一單元桁架節段的陽頭插入第二個第一單元桁架 節段的陰頭中由螺栓連接；第二單元桁架節段的兩端都為陰頭；
在樣臺上按1 : 1大樣製作鋼桁拱肋的第一單元桁架節段和第二單元桁架節段，，並按第 一單元桁架節段和第二單元桁架節段所處位置進行編號；
2) 將第一主拱座的內側加寬形成鋼桁拱架的第一基座，將第二主拱座的內側加寬形成 鋼桁拱架的第二基座；第一基座、第二基座內分別預埋拱架連接鋼板；在第一主拱座上的第 一立柱的蓋梁上安裝第一扣索支架，在第二主拱座上的第二立柱的蓋梁上安裝第二扣索支 架，並準備扣索；安裝纜索吊裝設備；
3) 單元桁架節段安裝順序為先安裝上河一側的鋼桁拱肋，然後依次安裝至下河一側 的鋼桁拱肋；
每一鋼桁拱肋按照預製的第一單元桁架節段編號，左邊的第一個第一單元桁架節段的 陰頭與第一基座上預埋的拱架連接鋼板臨時焊接，左邊的第一個第一單元桁架節段的陽頭插 入左邊的第二個第一單元桁架節段的陰頭中由螺栓連接，右邊的第一個第一單元桁架節段的 陰頭與第二基座上預埋的拱架連接鋼板臨時焊接，右邊的第一個第一單元桁架節段的陽頭插
入右邊的第二個第一單元桁架節段的陰頭中由螺栓連接；依次類推，從第一基座、第二基座 向拱頂方向進行分段對稱安裝，最後在拱頂由第二單元桁架節段合攏；第一單元桁架節段和 第二單元桁架節段均採用纜索吊裝設備吊裝；
4) 根據鋼筋混凝土拱橋主拱圈的設計坐標的各截面點的拱腹坐標，測出與主拱圈的設 計坐標的各截面點的拱腹坐標平面位置相對應下鋼桁拱架的拱背坐標，計算出主拱圈的設計 坐標的各截面點的拱腹坐標與其相對應下鋼桁拱架的拱背坐標的高差值；採用方木、木楔等 材料調整鋼桁拱架的拱背高程至主拱圈的拱腹高程。
本發明的有益效果-
1、 該施工方法不受橋位地形條件和場地條件限制。在深山峽谷上，因地勢陡峭、施工 場地狹小而無法採用無支架纜索吊裝施工工藝進行預製吊裝施工，和在橋跨下方空間為道 路、河流、電站等特定環境，又無法搭設滿布式落地支撐拱架時，採用鋼桁拱架施工大跨度 拱圈可以取得較好的效果和較大的經濟效益；
2、 鋼桁拱架結構穩定性好，跨越能力大，變形量小，能很好地滿足大跨度鋼筋混凝土 拱圈的施工要求；3、採用單元桁架節段(可採用型鋼材料加工製作)利用陰頭、陽頭連接，安拆簡易、 運輸方便、利用效率高。


圖l是鋼桁拱架的結構示意圖2是圖1的俯視圖3是施工過程第一步示意圖4是施工過程第二步示意圖5是施工過程第三步示意圖6是施工過程第四步示意圖7是本發明鋼桁拱架的吊裝布置圖8是本發明第一階段加載計算模型圖9是本發明第二階段加載計算模型圖10是本發明第三階段加載計算模型圖11是本發明第四階段加載計算模型圖12是鋼桁拱架的第一單元桁架節段的結構示意圖13是圖12的左視圖14是圖12的俯視圖15是圖12的仰視圖16是鋼桁拱架的第二單元桁架節段的結構示意圖17是鋼桁拱架的第一單元桁架節段的下弦杆加雙槽鋼杆件的結構示意圖； 圖18是鋼桁拱架拆除第一階段的示意圖； 圖19是鋼桁拱架拆除第二階段的示意圖； 圖20是鋼桁拱架拆除第三階段的示意圖； 圖21是鋼桁拱架拆除第四階段的示意圖中1-第一主拱座，2-第二主拱座，3-第一基座，4-第二基座，5-鋼桁拱架，6-上河 一側的鋼桁拱肋，7-下河一側的鋼桁拱肋，8-第一單元桁架節段，9-第一立柱，10-第二立 柱，11-扣索，12-第二單元桁架節段，13-第一索塔，14-第二索塔，15-動輸天線，16-前上 弦杆，17-前下弦杆，18-陰頭對穿螺栓孔，19-陽頭，20-陽頭對穿螺栓孔，21-前第一腹杆， 22-前第二腹杆，23-前第三腹杆，24-前第四腹杆，25-前第五腹杆，26-上第一連接杆，27-後上弦杆，28-後第一腹杆，29-後下弦杆，30-下第一連接杆，31-上第二連接杆，32-上第 三連接杆，33-上第四連接杆，34-上第五連接杆，35-下第二連接杆，36-下第三連接杆，37-下第四連接杆，38-下第五連接杆，39-現澆混凝土拱箱，40-拱頂切割處，41-第一歪拉巻揚 機，42-第二歪拉巻揚機，43-雙槽鋼杆件，44-第一扣索支架，45-第二扣索支架。
具體實施例方式
如圖l、圖2所示，大跨度鋼桁拱架的施工方法，它包括如下步驟
1)根據鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形，選折合理的鋼桁拱架的拱軸線的線形，為減少鋼桁拱架與混凝土拱箱拱腹之間的支墊高度，並要求選定的鋼桁拱架的線形在空間上 必須儘可能地滿足於設計主拱圈的線形。對於主拱跨度不大於100m的鋼筋混凝土拱橋，考 慮到鋼桁拱架在工廠加工製作的方便，和易於工人對拱軸線的準確放樣，可採用圓弧線作為 鋼桁拱架的拱軸線的線形，使鋼桁拱架的拱軸線的線形接近鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計 線形。但對於主拱跨度在100m以上的鋼筋混凝土拱橋，因圓弧形拱軸線與恆載壓力線偏離 較大，將會使拱架各截面受力不均勻，此時可根據設計主拱圈的拱軸線方程選折較合理的拱 架拱軸線形。 一般情況下，可以採用懸鏈線形或拋物線形作為鋼桁拱架的拱軸線的線形，使 鋼桁拱架的拱軸線的線形接近鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形。選擇鋼桁拱架的拱軸線 的線形的基本原則就是要選擇即能滿足拱架自身受力要求，又符合設計拱圈線形要求的拱軸 線形；
在鋼桁拱架的總體布置構造上，可根據主拱跨徑和橋寬將鋼桁拱架在橫向分成2-20條 分離的平行的鋼桁拱肋(本實施例採用8條，相互間距為0.53米，如圖2所示)，鋼桁拱肋 間採用角鋼杆作橫向連接；考慮製作和安裝的方便，以及運輸設備和吊裝能力等條件，將鋼 桁拱肋以拱頂為中心線在縱向等分成4-100個單元桁架節段，拱頂一節段為第二單元桁架節 段，其餘均為第一單元桁架節段(本實施例第一單元桁架節段為19個，第二單元桁架節段 為1個，如圖1所示)；第一單元桁架節段的一端設陰頭，第一單元桁架節段的另一端設置
陽頭；第一個第一單元桁架節段的陽頭插入第二個第一單元桁架節段的陰頭中由螺栓連接； 第二單元桁架節段的兩端都為陰頭；
在樣臺上按1 : 1大樣製作鋼桁拱肋的第一單元桁架節段和第二單元桁架節段，並按第 一單元桁架節段和第二單元桁架節段所處位置進行編號；在製作加工完兩個節段單元桁架節
段的構件後進行試拼一下，檢查製作尺寸與設計尺寸是否符合；
2) 將第一主拱座1的內側加寬形成鋼桁拱架的第一基座3，將第二主拱座2的內側加寬 形成鋼桁拱架的第二基座4;第一基座3、第二基座4內分別預埋拱架連接鋼板；在第一主 拱座1上的第一立柱9的蓋梁上安裝第一扣索支架44，在第二主拱座2上的第二立柱10的 蓋梁上安裝第二扣索支架45，並準備扣索11;安裝纜索吊裝設備(如圖7中的第一索塔13、 第二索塔14、動輸天線15);
3) 單元桁架節段安裝順序為先安裝上河一側的鋼桁拱肋6，然後依次安裝至下河一側
的鋼桁拱肋7;
每一鋼桁拱肋按照預製的第一單元桁架節段編號，左邊的第一個第一單元桁架節段的
陰頭與第一基座3上預埋的拱架連接鋼板臨時焊接，左邊的第一個第一單元桁架節段的陽頭
插入左邊的第二個第一單元桁架節段的陰頭中由螺栓連接，右邊的第一個第一單元桁架節段
的陰頭與第二基座4上預埋的拱架連接鋼板臨時焊接，右邊的第一個第一單元桁架節段的陽 頭插入右邊的第二個第一單元桁架節段的陰頭中由螺栓連接；依次類推，從第一基座3、第 二基座4 (即兩岸拱腳)向拱頂方向進行分段對稱安裝，最後在拱頂由第二單元桁架節段合
攏；第一單元桁架節段和第二單元桁架節段均採用纜索吊裝設備吊裝；第一單元桁架節段、
第二單元桁架節段分別由扣索11吊掛(通過第一立柱9、第二立柱10，以及其上的扣索支架)；
4)根據鋼筋混凝土拱橋主拱圈的設計坐標的各截面點的拱腹坐標，測出與主拱圈的設 計坐標的各截面點的拱腹坐標平面位置相對應下鋼桁拱架的拱背坐標，計算出主拱圈的設計 坐標的各截面點的拱腹坐標與其相對應下鋼桁拱架的拱背坐標的高差值；採用方木、木楔等 材料調整鋼桁拱架的拱背高程至主拱圈的拱腹高程。
步驟3)的鋼桁拱肋安裝過程中，在1/8L、 1/4L、 3/4L、 7/8L和1/2L截面處設置預臺 值；1/8L (7/8L)、 1/4L (3/4L)、 1/2L截面處的預臺值分別為2cm、 3 4cm、 6cm (L為鋼桁 拱架的淨跨徑)。
如圖12、圖13、圖14、圖15所示，第一單元桁架節段，它包括前架、後架、上連接架、 下連接架，前架包括前上弦杆16、前下弦杆17、陽頭19、前第一腹杆21、前第二腹杆22、 前第三腹杆23、前第四腹杆24、前第五腹杆25;前上弦杆16、前下弦杆17分別由雙槽鋼 組焊而成，形成閉合的箱型截面，前上弦杆16、前下弦杆17的兩端分別為斜狀(使鋼桁拱 架形成拱軸線的線形)；前上弦杆16、前下弦杆17的左端部內均為箱型孔構成陰頭，前上弦 杆16、前下弦杆17的左端部設陰頭對穿螺栓孔18，前上弦杆16、前下弦杆17的右端由鋼 板焊接封閉，鋼板上焊接箱型榫頭形成陽頭(本實施例箱型榫頭採用比弦杆構件小兩個規格 的雙槽鋼組焊而成)，箱型榫頭上設有陽頭對穿螺栓孔20，箱型榫頭的大小小於或等於箱型 孔(即陽頭能插入陰頭中，然後由螺栓連接)；前上弦杆16的左端部與前下弦杆17的左端 部之間由前第一腹杆21焊接連接，前上弦杆16的中部與前下弦杆17的中部之間由前第三 腹杆23焊接連接，前上弦杆16的右端部與前下弦杆17的右端部之間由前第五腹杆25焊接 連接，前第二腹杆22的下端與前下弦杆17的左端部焊接，前第二腹杆22的上端與前上弦 杆16的中部焊接，前第四腹杆24的下端與前下弦杆17的右端部焊接，前第四腹杆24的上 端與前上弦杆16的中部焊接；
後架包括後上弦杆27、後下弦杆29、陽頭、後第一腹杆28、後第二腹杆、後第三腹杆、 後第四腹杆、後第五腹杆；後上弦杆27、後下弦杆29分別由雙槽鋼組焊而成，形成閉合的 箱型截面；後上弦杆27、後下弦杆29的兩端分別為斜狀(使鋼桁拱架形成拱軸線的線形)， 後上弦杆27、後下弦杆29的左端部內均為箱型孔構成陰頭，後上弦杆27、後下弦杆29的 左端部設陰頭對穿螺栓孔，後上弦杆27、後下弦杆29的右端由鋼板焊接封閉，鋼板上焊接 箱型榫頭形成陽頭(本實施例箱型榫頭採用比弦杆構件小兩個規格的雙槽鋼組焊而成)，箱 型榫頭上設有陽頭對穿螺栓孔，箱型榫頭的大小小於或等於箱型孔(即陽頭能插入陰頭中， 然後由螺栓連接)；後上弦杆27的左端部與後下弦杆29的左端部之間由後第一腹杆28焊接 連接，後上弦杆27的中部與後下弦杆29的中部之間由後第三腹杆焊接連接，後上弦杆27 的右端部與後下弦杆29的右端部之間由後第五腹杆焊接連接，後第二腹杆的下端與後下弦 杆29的左端部焊接，後第二腹杆的上端與後上弦杆27的中部焊接，後第四腹杆的下端與後 下弦杆29的右端部焊接，後第四腹杆的上端與後上弦杆27的中部焊接；
上連接架由上第一連接杆26、上第二連接杆31、上第三連接杆32、上第四連接杆33、 上第五連接杆34組成，前上弦杆16的左端部與後上弦杆27的左端部由上第一連接杆26焊接連接，前上弦杆16的中部與後上弦杆27的中部由上第三連接杆32焊接連接，前上弦杆 16的右端部與後上弦杆27的右端部由上第五連接杆34焊接連接，上第二連接杆31的一端 與前上弦杆16的左端部焊接，上第二連接杆31的另一端與後上弦杆27的中部焊接，上第 四連接杆33的一端與前上弦杆16的右端部焊接，上第四連接杆33的另一端與後上弦杆27 的中部焊接；
下連接架由下第一連接杆30、下第二連接杆35、下第三連接杆36、下第四連接杆37、 下第五連接杆38組成；前下弦杆17的左端部與後下弦杆29的左端部由下第一連接杆30焊 接連接，前下弦杆17的中部與後下弦杆29的中部由下第三連接杆36焊接連接，前下弦杆 17的右端部與後下弦杆29的右端部由下第五連接杆38焊接連接，下第二連接杆35的一端 與後下弦杆29的左端部焊接，下第二連接杆35的另一端與前下弦杆17的中部焊接，下第 四連接杆37的一端與後下弦杆29的右端部焊接，下第四連接杆37的另一端與前下弦杆17 的中部焊接。
根據拱架結構實際受力驗算，在靠近第一基座3、第二基座4的一定長度範圍內(本實 例為第1-3個)的第一單元桁架節段的前下弦杆、後下弦杆處分別並列加焊一組雙槽鋼杆件 43 (或稱下弦加強杆，也採用陰頭、陽頭結構，可將該節段定義成第三單元桁架節段，如圖 17所示)，使下弦杆截面增大，以抵抗施工階段在拱腳處產生的不利效應；
如圖16所示，第二單元桁架節段與第一單元桁架節段的結構基本相同，不同之處在於 第二單元桁架節段的兩端都為陰頭。
鋼桁拱架施工的思路
根據鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形，選折合理的鋼桁拱架的拱軸線的線形，為減 少鋼桁拱架與混凝土拱箱拱腹之間的支墊高度，並要求選定的鋼桁拱架的線形在空間上必須 儘可能地滿足於設計主拱圈的線形。對於主拱跨度不大於100m的鋼筋混凝土拱橋，考慮到 鋼桁拱架在工廠加工製作的方便，和易於工人對拱軸線的準確放樣，可採用圓弧線作為鋼桁 拱架的拱軸線的線形，使鋼桁拱架的拱軸線的線形接近鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線 形。但對於主拱跨度在100m以上的大跨拱橋，因圓弧形拱軸線與恆載壓力線偏離較大，將 會使拱架各截面受力不均勻，此時可根據設計主拱圈的拱軸線方程選折較合理的拱架拱軸線 形。 一般情況下，可以採用懸鏈線形或拋物線形作為鋼桁拱架的拱軸線的線形，^^鋼桁拱架 的拱軸線的線形接近鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形。選擇鋼桁拱架的拱軸線的線形的 基本原則就是要選擇即能滿足拱架自身受力要求，又符合設計拱圈線形要求的拱軸線形；
2)在鋼桁拱架的總體布置構造上，考慮到施工的經濟性，可根據主拱跨徑和橋寬將鋼 桁拱架在橫向分成2-20條分離的平行的鋼桁拱肋(本實施例採用8條，相互間距為0. 53米， 如圖2所示)，鋼桁拱肋間採用角鋼杆作橫向連接；考慮製作和安裝的方便，以及運輸設備 和吊裝能力等條件，將鋼桁拱肋以拱頂為中心線在縱向等分成4-100個單元桁架節段，拱頂 一節段為第二單元桁架節段，其餘均為第一單元桁架節段(本實施例第一單元桁架節段為19 個，第二單元桁架節段為1個，如圖1所示)；第一單元桁架節段的一端設陰頭，第一單元 桁架節段的另一端設置陽頭；第一個第一單元桁架節段的陽頭插入第二個第一單元桁架節段的陰頭中由螺栓連接；第二單元桁架節段的兩端都為陰頭；拱架在橫向的分肋數目要根據拱 肋的寬度和間距，並通過驗算拱架的強度和穩定性來確定。鋼拱肋在縱向的分節數目關係到 拱肋單元節段的加工長度，而單元拱肋的長度要考慮到製作和安裝的方便，以及運輸設備和
吊裝能力等條件。
3) 拱肋單元桁架主弦杆構件上下弦取值及拱節間拼裝角度的計算。假定拱肋的分節數 目為N，拱肋截面高度為H。設拱肋(計入預拱度後)上弦杆的上、下弦所在曲線的弧長分 別為L、 L2，設下弦杆的上、下弦所在曲線的弧長分別為L3、 L4。又設拱肋單元桁架的上弦 杆構件的上、下弦值分別為Si、 S2，設桁架下弦杆構件的上、下弦值分別為Xb X2。計算出 U、 U，亦即拱肋拱背和拱腹的弧長值，則可確定拱肋桁架上弦杆構件的上弦值S:二1VN，和 桁架下弦杆構件的下弦值X產U/N。然後計算出tan—1[ (S廣X2) /2H]，亦即tarf1[ (L廣U) /2NH]所得的角度值即為桁架上、下弦杆構件兩端下料加工的切割角度，也即桁架節段間的 拼裝角度，設該角度為e 。又假定桁架主弦杆構件的截面高度為h，則可得拱肋桁架上弦杆 構件的下弦值S2-S廣2樸Han e ,和桁架下弦杆構件的上弦值X產X2+2樸承tan 9 。由上述 分析還可得出如下關係式，U〉L^"〉U S,S2〉S,S4， S「S產X「X2， "一1^>^一14; 從理論上分析可知，對任意拱軸線形的拱架，其弦杆所在的曲線都有L一L2^L3—U，且有 U—L2〉U—U則有IVN—U/N^IVN—U/N,即S廣L2/N#L3/N—X2，又因S廣S產X廣X2成 立，則必定有S2二L2/N和Xi^L3/N不能同時成立。因此，在進行拱肋單元桁架上、下弦杆取 值計算時必須先計算出桁架上弦杆的上弦值S,和下弦杆的下弦值X2，再計算出桁架節段間的 拼裝角度0，也即拱架弦杆端部的下料切割角度。另外，由式0-tan—1 (L—L》/2NH]可 知，當N增大，或當H增大時，角度e隨之減小；
4) 依據鋼結構設計規範進行桁架構件的截面設計；考慮到鋼桁拱架的杆件受到的內力 較大和便於節段間的連接，鋼桁拱架的單元桁架節段的上、下弦杆的截面形式採用箱型截面。 即鋼桁拱架的單元桁架節段的上、下弦杆採用雙槽鋼組焊，形成閉合的箱型截面。鋼桁拱架 的腹杆和各聯結系選用角鋼杆件。計算拱架的恆載和活載，求出鋼桁拱架的各杆件的內力， 根據所求得的內力驗算預先選定的構件截面的應力；
5) 根據計算，在鋼桁拱肋的拱腳處一定範圍內(如本實施例拱腳處第1-3個第一單元 桁架節段)的第一單元桁架節段需要進行加強，即在加強節段的單元桁架節段的下弦杆處並 列加焊一組雙槽鋼杆件，使下弦杆截面增加一倍，以抵抗施工階段在拱腳處產生的不利效應；
6) 利用鋼桁拱架的單元桁架節段的上、下弦杆為閉合的箱型截面這一有利條件，考慮 將鋼桁拱架的上、下弦杆的兩端設置為陰頭和陽頭，形成拱肋單元桁架的節點；即保留單元 桁架節段的弦杆的一端箱型截面，作為單元桁架節段的陰頭；將單元桁架節段的弦杆的另一 端箱型截面用鋼板焊接封閉，然後採用比主弦杆構件小兩個規格的雙槽鋼組焊成10cm長的 箱型榫頭與弦杆端部封頭鋼板對焊，即可形成桁架的陽頭。為使桁架間通過陰陽頭連接後更 加緊固，還要在箱型榫頭的中部和陰頭一端弦杆的端部加工出對穿螺栓孔；兩第一單元桁架 節段之間連接後，用螺栓固定。鋼拱肋僅拱頂一節桁架兩端無榫頭(即第二單元桁架節段)， 即弦杆兩端均為陰頭，其餘各節桁架均為一端有陰頭和一端有陽頭；7) 鋼桁拱架的基座是由設計主拱圈的主拱座加寬而得，加寬厚度根據拱架截面尺寸而 定，高度以滿足鋼桁拱架高程為準。鋼桁拱架的基座要布置鋼筋和預埋拱架連接鋼板，其鋼 筋與主拱座相同，預埋鋼板位置與鋼桁拱肋對應。鋼桁拱肋安裝成型後，拱腳段與基座預埋 鋼板臨時焊接固定。
8) 鋼桁拱架的各構件均在專業鋼結構工廠加工製作，依據設計繪製的第一單元桁架節 段和第二單元桁架節段製作加工圖紙採用數控設備切割下料，在樣臺上按圖紙設計計算的尺
寸i:l大樣製作。在製作加工完兩個節段單元桁架節段的構件後進行試拼一下，檢査製作
尺寸與設計尺寸是否符合，若誤差不大再進行大規模製作加工；
9) 單元桁架節段安裝順序為先安裝上河一側的鋼桁拱肋，然後依次安裝至下河一側
的鋼桁拱肋；
每一鋼桁拱肋按照預製的第一單元桁架節段編號，第一個第一單元桁架節段的陽頭插
入第二個第一單元桁架節段的陰頭中由螺栓連接；依次類推，從第一基座、第二基座(即兩
岸拱腳)向拱頂方向進行分段對稱安裝，最後在拱頂由第二單元桁架節段合攏(如圖3、圖 4、圖5、圖6所示)；第一單元桁架節段和第二單元桁架節段採用纜索吊裝設備吊裝(如圖 7所示)。
10) 鋼桁拱肋安裝過程中，需在1/8L、 1/禮、3/4L、 7/8L和拱頂(1/2U截面處設置 預臺值，以抵消拱架在安裝合攏後的沉降變形。1/8L (7/8L)、 1/4L (3/4L)、 1/2L截面處的 預臺值分別為2cm、 3 4cm、 6cm (L為鋼桁拱架的淨跨徑)。
11) 根據鋼筋混凝土拱橋主拱圈的設計坐標的各截面點的拱腹坐標，測出與主拱圈的設 計坐標的各截面點的拱腹坐標平面位置相對應下鋼桁拱架的拱背坐標，計算出主拱圈的設計 坐標的各截面點的拱腹坐標與其相對應下鋼桁拱架的拱背坐標的高差值；採用方木、木楔等 材料調整鋼桁拱架的拱背高程至主拱圈的拱腹高程；
12) 完成拱箱底模鋪設，在拱箱底模上布設若干數量的配重水袋，模擬拱箱澆築加載程 序，按進水流量計時向水袋內注水配重，分級、分段(分段如圖8、圖9、圖10、圖ll所示) 對拱架進行加載預壓；鋼桁拱架的預壓加載量分為相應段混凝土重量(包括拱箱的底模板、 側模板、頂板底模及底模支墊)的50%—100%—110%—120%，每級荷載施加完畢後停留30分 鍾，觀測鋼桁拱架的拱腳、1/8L、 1/4L、 3/4L、 7/8L和拱頂(1/2L)截面處的變形情況，全 部加載完成後不可立即卸載，需等24h 72h後，再逐級卸載、逐級測量並詳細記錄，卸載 順序與加載時的順序相反；
分7節4個階段對拱架進行加載預壓，如圖8、圖9、圖IO、圖11所示(圖中的12.45 的單位是KN/m，表示鋼桁拱架所受的外部荷載值)。
13) 鋼桁拱架的預壓加載過程中，實測出各等級荷載下的鋼桁拱架的變形值，加載前各 監測點位的標高值與卸荷完畢後標高的差值即為鋼桁拱架的非彈性變形量，滿載時各點位的 標高值與卸荷完畢後標高的差值即為鋼桁拱架的彈性變形量。由於在試壓過程中已基本消除 了鋼桁拱架的非彈性變形，施工中只需按鋼桁拱架的回縮量即彈性變形值作為預臺值重新進 行模板標高的調整，直至滿足設計要求(由於鋼桁拱架的彈性變形較小，為避免再次進行底模高程的調整，實際施工時可將底模標高適當抬高1 2cm);
14) 施工拱箱時，在現澆混凝土拱箱39的底板和頂板上預留對穿吊帶孔，吊帶孔位置 與拱架吊裝時吊點位置一致，鋼桁拱架卸落時，即為吊繩穿越孔；
15) 鋼桁拱架拆除前，需首先進行拱箱底模的拆除。由於鋼桁拱架的高程是採用方木和 木楔等材料支墊至主拱圈拱腹線高程的，因此只要拆除拱架和拱箱之間的方木支墊，即可使
拱架與拱箱脫離。拱箱底模拆除時，必須從拱頂向拱腳方向對稱進行，並監測拱腳、1/8L、 1/4L、 3/4L、 7/8L和拱頂(1/2L)處各觀測點的變化情況；
16) 拱架與拱箱完全脫離後，在各吊點預留孔處用手拉葫蘆帶l根千斤繩(根據吊點受 力大小選用手拉葫蘆和鋼絲繩)將預拆除的鋼桁拱肋臨時固定於混凝土拱箱上，然後將鋼桁 拱肋在拱頂處(拱頂切割處40)切割開，分成左右兩個半幅，考慮到拆除段的長度和重量， 再將每半幅再分成若干拆卸節段。將起吊索和歪拉索系在預拆除的拆卸節段上，然後切割掉 該節段與相鄰鋼桁拱肋之間的橫向聯繫，並鬆掉該節段上的手拉葫蘆，使拆卸節段與鋼桁拱 肋完全脫離，最後操作起吊巻揚機和歪拉巻揚機(第一歪拉巻揚機41、第二歪拉巻揚機42)， 將拆卸節段卸落至地面指定位置(如圖18、圖19、圖20、圖21所示)。重複此方法拆除該 鋼桁拱肋的餘下的節段，之後再用同樣的方法拆除第二條鋼桁拱肋。
構配件材料質量要求
鋼桁拱架所選用的型鋼必須有材質證明，並經過專門試驗檢驗合格後，才能進場加工制 作。每批鋼材都必須按規範要求認真加以檢測，確保其具有良好的力學性能。 鋼桁拱架製作加工要求
1、 鋼拱桁架是由若干單元桁架節段經拼裝組合而成的，其製作精度直接影響著拱架的 安裝質量和受力性能，因此單元桁架節段的各杆件必須按加工尺寸精密製作。加工製作時， 主要從下料和放樣兩個方面加以嚴格把關。要求各杆件採用數控切割機精密下料，在放樣臺 上按l:l大樣製作，並要求在製作過程中進行試拼裝，以便發現和減小製作過程中的誤差。 施工誤差控制在土2mm以內。
2、 從事拱架加工製作的所有焊接人員必須嚴格按要求持證上崗，並記錄工號，同時在 其製作的單元桁架節段上進行編號，以便査證和控制其施工質量。焊接過程中，安排專人檢
查施工質量，隨時根據試拼裝的效果對焊接人員提出校正指令。
3、 焊接材料必須符合要求，有出廠合格證。加工過程中，要求對每批加工構件的焊縫 按規範要求進行試驗檢測，確保焊接質量。
4、 加工完半幅鋼桁拱肋數量的單元桁架節段後，找一處平整寬敞的場地，用全站儀按1 : 1放大樣進行實地拼裝，以便對製作工藝和各個細部的加工質量進行檢驗。
權利要求
1.大跨度鋼桁拱架的施工方法，其特徵在於它包括如下步驟1)根據鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形，對於主拱跨度不大於100m的鋼筋混凝土拱橋，採用圓弧線作為鋼桁拱架的拱軸線的線形，並使鋼桁拱架的拱軸線的線形在空間上接近鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形；對於主拱跨度在100m以上的鋼筋混凝土拱橋，用懸鏈線形或拋物線形作為鋼桁拱架的拱軸線的線形，並使鋼桁拱架的拱軸線的線形在空間上接近鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形；在鋼桁拱架的總體布置構造上，將鋼桁拱架在橫向分成2-20條分離的平行的鋼桁拱肋，鋼桁拱肋間採用角鋼杆作橫向連接；將鋼桁拱肋在縱向分成4-100個第一單元桁架節段和1個第二單元桁架節段，第二單元桁架節段位於拱頂；第一單元桁架節段的一端設陰頭，第一單元桁架節段的另一端設置陽頭，第一個第一單元桁架節段的陽頭插入第二個第一單元桁架節段的陰頭中由螺栓連接；第二單元桁架節段的兩端都為陰頭；在樣臺上按1∶1大樣製作鋼桁拱肋的第一單元桁架節段和第二單元桁架節段，並按第一單元桁架節段和第二單元桁架節段所處位置進行編號；2)將第一主拱座的內側加寬形成鋼桁拱架的第一基座，將第二主拱座的內側加寬形成鋼桁拱架的第二基座；第一基座、第二基座內分別預埋拱架連接鋼板；在第一主拱座上的第一立柱的蓋梁上安裝第一扣索支架，在第二主拱座上的第二立柱的蓋梁上安裝第二扣索支架，並準備扣索；安裝纜索吊裝設備；3)單元桁架節段安裝順序為先安裝上河一側的鋼桁拱肋，然後依次安裝至下河一側的鋼桁拱肋；每一鋼桁拱肋按照預製的第一單元桁架節段編號，左邊的第一個第一單元桁架節段的陰頭與第一基座上預埋的拱架連接鋼板臨時焊接，左邊的第一個第一單元桁架節段的陽頭插入左邊的第二個第一單元桁架節段的陰頭中由螺栓連接，右邊的第一個第一單元桁架節段的陰頭與第二基座上預埋的拱架連接鋼板臨時焊接，右邊的第一個第一單元桁架節段的陽頭插入右邊的第二個第一單元桁架節段的陰頭中由螺栓連接；依次類推，從第一基座、第二基座向拱頂方向進行分段對稱安裝，最後在拱頂由第二單元桁架節段合攏；第一單元桁架節段和第二單元桁架節段均採用纜索吊裝設備吊裝；4)根據鋼筋混凝土拱橋主拱圈的設計坐標的各截面點的拱腹坐標，測出與主拱圈的設計坐標的各截面點的拱腹坐標平面位置相對應下鋼桁拱架的拱背坐標，計算出主拱圈的設計坐標的各截面點的拱腹坐標與其相對應下鋼桁拱架的拱背坐標的高差值；採用方木、木楔材料調整鋼桁拱架的拱背高程至主拱圈的拱腹高程。
2. 根據權利要求1所述的大跨度鋼桁拱架的施工方法，其特徵在於步驟3)的鋼桁拱 肋安裝過程中，在1/8L、 1/4L、 3/4L、 7/8L和1/2L截面處設置預臺值;1/8L、 1/4L、 1/2L 截面處的預臺值分別為2cm、 3 4cm、 6cm， 7/8L、 3/4L截面處的預臺值分別為2cm、 3 4cm， L為鋼桁拱架的淨跨徑。
3.根據權利要求1所述的大跨度鋼桁拱架的施工方法，其特徵在於第一單元桁架節 段，它包括前架、後架、上連接架、下連接架，前架包括前上弦杆(16)、前下弦杆(17)、 陽頭(19)、前第一腹杆(21)、前第二腹杆(22)、前第三腹杆(23)、前第四腹杆(24)、 前第五腹杆(25);前上弦杆(16)、前下弦杆(17)分別由雙槽鋼組焊而成，形成閉合的箱 型截面，前上弦杆(16)、前下弦杆(17)的兩端分別為斜狀；前上弦杆(16)、前下弦杆(17) 的左端部內均為箱型孔構成陰頭，前上弦杆(16)、前下弦杆(17)的左端部設陰頭對穿螺 栓孔(18)，前上弦杆(16)、前下弦杆(17)的右端由鋼板焊接封閉，鋼板上焊接箱型榫頭 形成陽頭，箱型榫頭上設有陽頭對穿螺栓孔(20)，箱型榫頭的大小小於或等於箱型孔；前 上弦杆(16)的左端部與前下弦杆(17)的左端部之間由前第一腹杆(21)焊接連接，前上 弦杆(16)的中部與前下弦杆(17)的中部之間由前第三腹杆(23)焊接連接，前上弦杆(16) 的右端部與前下弦杆(17)的右端部之間由前第五腹杆(25)焊接連接，前第二腹杆(22) 的下端與前下弦杆(17)的左端部焊接，前第二腹杆(22)的上端與前上弦杆(16)的中部 焊接，前第四腹杆(24)的下端與前下弦杆(17)的右端部焊接，前第四腹杆(24)的上端 與前上弦杆(16)的中部焊接；後架包括後上弦杆(27)、後下弦杆(29)、陽頭、後第一腹杆(28)、後第二腹杆、後 第三腹杆、後第四腹杆、後第五腹杆；後上弦杆(27)、後下弦杆(29)分別由雙槽鋼組焊 而成，形成閉合的箱型截面後上弦杆(27)、後下弦杆(29)的兩端分別為斜狀，後上弦 杆(27)、後下弦杆(29)的左端部內均為箱型孔構成陰頭，後上弦杆(27)、後下弦杆(29) 的左端部設陰頭對穿螺栓孔，後上弦杆(27)、後下弦杆(29)的右端由鋼板焊接封閉，鋼 板上焊接箱型榫頭形成陽頭，箱型榫頭上設有陽頭對穿螺栓孔，箱型榫頭的大小小於或等於 箱型孔；後上弦杆(27)的左端部與後下弦杆(29)的左端部之間由後第一腹杆(28)焊接 連接，後上弦杆(27)的中部與後下弦杆(29)的中部之間由後第三腹杆焊接連接，後上弦 杆(27)的右端部與後下弦杆(29)的右端部之間由後第五腹杆焊接連接，後第二腹杆的下 端與後下弦杆(29)的左端部焊接，後第二腹杆的上端與後上弦杆(27)的中部焊接，後第 四腹杆的下端與後下弦杆(29)的右端部焊接，後第四腹杆的上端與後上弦杆(27)的中部 焊接；上連接架由上第一連接杆(26)、上第二連接杆(31)、上第三連接杆(32)、上第四連 接杆(33)、上第五連接杆(34)組成，前上弦杆(16)的左端部與後上弦杆(27)的左端 部由上第一連接杆(26)焊接連接，前上弦杆(16)的中部與後上弦杆(27)的中部由上第 三連接杆(32)焊接連接，前上弦杆(16)的右端部與後上弦杆(27)的右端部由上第五連 接杆(34)焊接連接，上第二連接杆(31)的一端與前上弦杆(16)的左端部焊接，上第二 連接杆(31)的另一端與後上弦杆(27)的中部焊接，上第四連接杆(33)的一端與前上弦 杆(16)的右端部焊接，上第四連接杆(33)的另一端與後上弦杆(27)的中部焊接；下連接架由下第一連接杆(30)、下第二連接杆(35)、下第三連接杆(36)、下第四連 接杆(37)、下第五連接杆(38)組成；前下弦杆(17)的左端部與後下弦杆(29)的左端 部由下第一連接杆(30)焊接連接，前下弦杆(17)的中部與後下弦杆(29)的中部由下第三連接杆(36)焊接連接，前下弦杆(17)的右端部與後下弦杆(29)的右端部由下第五連 接杆(38)焊接連接，下第二連接杆(35)的一端與後下弦杆(29)的左端部焊接，下第二 連接杆(35)的另一端與前下弦杆(17)的中部焊接，下第四連接杆(37)的一端與後下弦 杆(29)的右端部焊接，下第四連接杆(37)的另一端與前下弦杆(17)的中部焊接。
4.根據權利要求1所述的大跨度鋼桁拱架的施工方法，其特徵在於靠近第一基座(3、) 第二基座(4)的第1-3個第一單元桁架節段的前下弦杆、後下弦杆處並列加焊一組雙槽鋼 杆件。
全文摘要
本發明涉及一種大跨度鋼桁拱架的施工方法。大跨度鋼桁拱架的施工方法，其特徵在於它包括如下步驟1)根據鋼筋混凝土拱橋的主拱圈的設計線形，對於主拱跨度不大於100m的鋼筋混凝土拱橋，採用圓弧線作為鋼桁拱架的拱軸線的線形；對於主拱跨度在100m以上的鋼筋混凝土拱橋，用懸鏈線形或拋物線形作為鋼桁拱架的拱軸線的線形；在樣臺上按1∶1大樣製作鋼桁拱肋的第一單元桁架節段和第二單元桁架節段；2)將第一主拱座的內側加寬形成鋼桁拱架的第一基座，將第二主拱座的內側加寬形成鋼桁拱架的第二基座；3)單元桁架節段安裝順序為先安裝上河一側的鋼桁拱肋，然後依次安裝至下河一側的鋼桁拱肋；4)調整鋼桁拱架的拱背高程至主拱圈的拱腹高程。該施工方法不受橋位地形條件和場地條件限制，安拆簡易。
文檔編號E01D4/00GK101581074SQ20091006263
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月9日 優先權日2009年6月9日
發明者吳宗慶, 尹傳斌, 輝 李, 王春蘭, 建 陳 申請人:中國第一冶金建設有限責任公司