山區懸索橋加勁梁的吊裝架設方法

2023-05-24 03:57:31 1

專利名稱：山區懸索橋加勁梁的吊裝架設方法
技術領域：
本發明涉及山區懸索橋加勁梁的吊裝架設方法。
背景技術：
隨著我國山區高速公路建設的大規模進行，跨越大山峽谷的山區懸索橋不斷湧現 出來[1~3]。由於運梁駁船不能達到梁段安裝位置的正下方，因而山區懸索橋加勁梁架設 無法採用以往跨越大江大河(含海灣)的懸索橋加勁梁架設的"跨纜吊機垂直或小範 圍蕩移吊裝方法[4]"。
山區懸索橋加勁梁架設目前主要纜索吊裝法、索軌移梁法、橋面吊機法[1]等。纜 索吊裝法採用增設的纜吊系統實現加勁梁的水平和垂直運輸，架設次序通常由跨中向 兩橋塔方向進行，該法對於大跨度(跨度超過800 1000m)的懸索橋而言，由於增加 的纜吊系統纜跨太大、費用太高，且增高索塔還需要一定費用而不經濟。橋面吊機法 則是用橋面運梁小車將梁運至已安裝的加勁梁的前端，利用橋面吊機吊裝就位進行安 裝，架設次序通常由兩橋塔向跨中進行，該法雖然節省了支承在主纜上的跨纜吊機， 但橋面吊機造價較高，且加勁梁由於支承橋面吊機而增大截面，控制了永久結構的設 計而較多地增加了永久結構的造價。軌索移梁法則是利用吊鞍(吊於吊索下端)、軌索 和運梁小車實現加勁梁的水平運輸，利用跨纜吊機實現加勁梁的垂直運輸(垂直運輸
距離較小)，架設次序通常由跨中向兩岸進行，該法不但要使用懸索橋常用的架梁設備
一跨纜吊機，而且增加了造價不低的軌索系統。

發明內容
本發明的目的是提供一種新型的經濟、安全的山區懸索橋加勁梁架設方法，解決 各種地形條件下山區懸索橋各不同位置梁段的經濟高效架設問題。
本發明提供的技術方案"山區懸索橋加勁梁的跨纜吊機帶偏角吊裝架設法"是一 種適應各種地形條件下，山區懸索橋各不同位置梁段架設方法的統稱,它包括"前端無 吊杆的正放斜起吊方法"、"前端有吊杆的正放斜起吊或正起吊方法"、"跨纜吊機協同 吊裝法"三個子方法；其中
(1)前端無吊杆的正放斜起吊方法運梁小車將梁段運到已安裝梁段的最前端， 旋轉90°使梁段處於正放位置，跨纜吊機置於起吊梁段就位後的對應索夾上，其起重 索順橋向傾斜吊起梁段，同時用儘量水平施力的巻揚機拖住梁段並緩慢放鬆，使梁段 平穩緩慢起吊至起重索處於鉛直狀態，解除巻揚機的水平施力的連接，將梁段精確定 位，並將其與已安裝梁段連接，然後張拉前一安裝梁段的吊杆，並放鬆跨纜吊機的起 重繩；(2) 前端有吊杆的正放斜起吊或正起吊方法運梁小車在橋下地面上運輸到相應 位置，旋轉90°使梁段處於正放位置，再按與前一種相同的方法正起吊或者斜起吊梁 段和就位，再將其與已安裝梁段連接，然後張拉該安裝梁段的吊杆，並放鬆跨纜吊機 的起重繩；
(3) 跨纜吊機協同吊裝法置於梁段起吊位置上方附近索夾的跨纜吊機與置於該 梁段就位位置正上方索夾的跨纜吊機共同吊住起吊梁段，在起吊梁段順橋向到達兩跨 纜吊機之間前，按正放斜起吊方法起吊，待順橋向達到第一個跨纜吊機下方後，解除 水平施力巻揚機的連接，接著下放起重繩，使得吊重在跨纜吊機以下有足夠距離，以 減少起重索的豎值偏角，避免吊機承擔過大的水平力，然後分別放、收兩臺跨纜吊機 的鋼絲繩，實現吊重由一個跨纜吊機正下方向另一個跨纜吊機正下方的移動。
梁段所在位置的主纜與梁頂相對高差或者吊索長度A大於等於[W ( —般在主塔至 1/4跨附近)的梁段，如果其橋面以下地面不便布置拼裝平臺和運梁軌道，則其安裝 採用"前端無吊杆的正放斜起吊方法"，如果橋面以下地面方便布置拼裝平臺和運梁軌 道，則其安裝採用"前端有吊杆的正放斜起吊或正起吊方法"；而主纜相對加勁梁頂面 距離或者吊索長度A小於[/z](—般在兩1/4跨附近之間的跨中區段)的梁段則採用"跨 纜吊機協同吊裝法"；按公式(1)計算 = (A/ + ^).^ + /z1+W0.5(w) (1)
式中A/為梁段長度或者順橋向兩相鄰吊杆水平距離；P—吊物重量，5為運梁 小車所能達到的其上的待吊梁段重心到己拼梁段吊杆的順橋向最小安全距離， 一般取
L5m 3m，由施工者根據自身施工把握精度而定，把握精度高，可取小值；&為梁高；
/^為運梁小車高；/^為吊具的動滑輪到梁頂的最小距離， 一般可取梁段長度的1/3
1/2，根據施工單位具有的吊具鋼絲繩的長度和大小種類，通過簡單的已知力學原理計 算確定。
在實施前端無吊杆的正放斜起吊方法時，為便於小車行走，已安裝梁段之間一般 為剛接；為避免已安裝梁段應力超標，個別梁段之間設鉸，設鉸位置和階段通過計算 確定。為了避免吊裝梁段與已安裝最前端梁段的吊杆發生碰撞，該吊杆在吊裝梁段吊 起前不安裝，吊起並移位後安裝。
在實施前端有吊杆的正放斜起吊或正起吊方法時，無需水平施力的巻揚機。 在實施跨纜吊機協同吊裝法，實現吊重水平運輸過程中，需控制吊重與兩跨纜吊
機的高差不小於某值，以確保吊機承擔的水平力/z小於其承載水平力的能力[//]， [//]
為吊機在起吊最大重量iL^的梁段時所能承擔的水平力，該水平力用通用的有限元方
5法對吊機驗算確定。//的計算公式如下
// =——^—— (2)
式中屍一吊物重量，^為協同吊裝的第一臺跨纜吊機吊物時起重繩的豎直偏角，^為協同吊裝的另一臺跨纜吊機吊物時起重繩的豎直偏角，而"。"2可根據幾何關係由吊物所在位置與兩跨纜吊機所在位置的高差和水平距離得出。
由於起吊點與就位位置的水平距離隨梁段的不同而不同，在起重繩長和豎.白:偏角受限等條件下，梁段的轉移次數亦不同(梁段從一個固定位置的跨纜吊機的正下方轉
移到另一個固定位置的跨纜吊機的正下方的過程稱為一次轉移)，可以是1次或者2次(經分析，不同跨徑的山區懸索橋各梁段均可控制在2次以內)。因此，跨纜吊機協同
吊裝法又分為跨纜吊機協同吊裝一次轉移法和跨纜吊機協同吊裝二次轉移法。顯然，跨纜吊機協同吊裝一次轉移法僅需要兩臺跨纜吊機，跨纜吊機協同吊裝二次轉移法則可使用兩臺或者三臺跨纜吊機，但採用三臺跨纜吊機架設效率高得多，避免了跨纜吊機空載的反覆行走，故對有較多梁段需採用二次轉移法架設的懸索橋，推薦採用三臺跨纜吊機實現二次轉移。鑑於懸索橋跨中兩側加勁梁梁段的安裝容許有較大的不對稱性，因此，全橋最多僅需三臺跨纜吊機。
由於三種方法中的兩種或者全部將在同一座山區懸索橋的加勁梁架設中應用(只是應用的梁段不同)，主要設備均為跨纜吊機，且架設控制重點之一均是起重索受力後的豎直偏角應控制在一定限值範圍內，故同一座山區懸索橋加勁梁架設先後運用上述三種(或者兩種)方法。
實施本發明提供的山區懸索橋加勁梁的吊裝架設法所使用的設備均為現有設備。也就是說通過利用現有技術中的已知設備可以實現本發明提供的山區懸索橋加勁梁的吊裝架設法。
本方法全面和經濟高效地解決了各種地形條件下山區懸索橋各不同位置梁段的架
設問題。與纜索吊裝法、軌索移梁法相比，雖然增加了4臺造價相對很低的施加水平力的巻揚機，但它有效地利用了永久荷載控制設計的主纜，節省了支承水平運梁的纜索或者軌索系統，總的費用將大大降低(對特大跨度懸索橋尤其如此)；與橋面吊機法相比，跨纜吊機的造價與橋面吊機相當，但支承跨纜吊機的主纜由永久荷載控制設計，不因支承跨纜吊機而額外增加造價，而支承橋面吊機的加勁梁，則將因支承橋面吊機而額外增大截面，控制了部分永久結構設計，大幅度增加了永久結構的造價，橋面吊機法總的費用將大大增加。據不完全確切的估算，對於跨度1000米以上的懸索橋，將因橋位地形、設計跨度、吊杆設計間距等的不同，該方法的施工費用(含由於施工方法不同所增加的永久結構費用)將比已有的其他方法的施工費用節省20% 60%。


圖1 (a ) —一 (f )是前端無吊索的正放斜起吊法的示意圖，其中(a)沿軌道運送側放的梁段，(b)將側放的梁段轉正，(c)斜起吊正放的梁段(前端無吊杆)，(d )跨纜吊機收鋼絲繩，巻揚機放鋼絲繩，(e )跨纜吊機將待拼梁段吊到預定位置，並安裝後端吊索，(f )拼裝梁段，松跨纜吊機吊點並前移；
圖2. 1 ( a ) —一 ( e )是前端有吊杆的正放斜起吊方法的示意圖，其中(a )沿軌道運送側放的梁段，(b)將側放的梁段轉正，(c)斜起吊正放的梁段(前端有吊杆)，(d)將鋼桁梁吊到預定位置並拼裝，(e)跨纜吊機松吊點並前移；
圖2. 2 (a) —_ (e)是前端有吊杆的正放正起吊方法的示意圖，其中(a)沿軌道運送側放的梁段，(b)將側放的梁段轉正，(c)正起吊正放的梁段(前端有吊杆)，(d)將鋼桁梁吊到預定位置並拼裝，(e)跨纜吊機松吊點並前移；
圖3 ( a ) — — (j)是跨纜吊機協同吊裝法的示意圖，其中(a)沿軌道運送側放的梁段，(b)將側放的梁段轉正，(c) 1#跨纜吊機正放斜起吊鋼桁梁，(d)放鬆巻揚機鋼絲繩使lft跨纜吊機鋼桁梁豎直吊住鋼桁梁，(e) 2ft跨纜吊機吊具與待拼鋼桁梁連接，(f) lft、2#跨纜吊機協同作業使待拼鋼桁梁向2tt吊機方向移動，(g)鋼桁梁在2#跨纜吊機正下方時鬆掉1#跨纜吊機吊具，3tt跨纜吊機吊具與鋼桁梁連接，(h) 2tt、 3#跨纜吊機協同作業使待拼鋼桁梁向3H吊機方向移動，(i)鋼桁梁在3tt跨纜吊機正下方時鬆掉2H跨纜吊機吊具，(j) 3tt跨纜吊機將鋼桁梁吊到預定位置與吊索連接並放鬆吊點。
圖1 圖3中各標號的意義如下
A 1#跨纜吊機 B 2#跨纜吊機 C 3#跨纜吊機 D運梁方向
1、側放的待吊梁段 2、正放的待吊梁段3、待拼梁段 4、運梁車軌道
5、巻揚機 6、鋼絲繩
圖4是本發明提供的一個實施例的示意圖。
具體實施方式
為-
本發明說明書及其附圖中已經對本發明的實施過程進行了詳細描述，因此在此部分中不再作重複描述。本實施例中，具體說明如何選擇本發明技術方案中的各子方案。
如圖4所示，某山區單跨簡支鋼桁架懸索橋，橫跨某峽谷，谷頂寬約400m，谷底寬約50m，谷頂與谷底高差約300m左右，為典型的山區懸索橋，橋位處地形剖面及橋型布置見圖0。主纜跨徑布置為(200+850+190) m，主纜矢跨比為1/10，兩根主纜橫向間距為28m。全橋採用69對吊索，吊索標準間距為12m，端吊索至索塔的距離為17m。鋼桁梁全長848m，桁高6.5m，桁寬28.0m，節間長度6. Om， 一個標準節段長度12. Om，由兩個節間組成，在每個節間處設一道主橫桁架。在橋塔下橫梁處設豎向支座及橫向抗風支座，跨中設柔性中央扣。索塔採用門式框架結構，兩岸錨錠均採用重力式錨錠。兩岸引橋均為30mT梁，該特大橋總的橋型布置為9X30mT梁+ 850m單跨鋼桁架懸索橋+ 2X30mT梁，橋梁全長1188.20m。
該橋鋼桁加勁梁的架設採用本方法，對於該橋，A/=12m， 5=2m， /z^6.5m， //^1.6m,/z^4m， P=120t，跨纜吊機採用廣州黃埔大橋鋼箱梁架設用的巻揚機式跨纜吊機，經有限元分析和結構驗算，該跨纜吊機[//]=901:。按公式(l)得[/ 卜30.76m。設計圖提供的吊索長度中，14號吊索長度為35.2m， 15號吊索長度為32.4m， 16號吊索長度為29. 8m，因此確定左岸15tt吊索與右岸15tt吊索之間的梁段採用"跨纜吊機協同吊裝法"；由於左岸4tt 15tt吊索之間的梁段下地勢較平坦，所以將該梁段範圍內地面稍微整平並設置運梁車軌道，其上的4H 15tt吊索之間的梁段則採用"前端有吊杆的正放正起吊方法"，其左側的主塔 4ft吊索之間的梁段則採用"前端有吊杆的正放斜起吊方法"；又由於右岸主塔 15tt吊索之間的梁段下面地形崎嶇，不便於設置運梁車軌道，須在邊跨橋面設置運梁車軌道，所以右岸主塔 15H吊索之間的梁段採用"前端無吊杆的正放斜起吊方法"。為了便於小車在桁架頂面上行走，除右側第8、第9號吊杆間梁段在第9號吊杆張拉後改為鉸接外，其餘行走運梁小車的梁段之間在對應梁段吊裝就位後即開始保持剛接；其他非行走運梁小車的梁段則在全部梁段架設完成後實現剛接(之前均鉸接)。上述方案施工過程的數值計算與試驗表明，按該方案進行鋼桁加勁梁架設，施工過程中各構件的變形、應力及內力均滿足設計及規範要求(施工中吊杆的安全係數大於2.3，加勁梁的應力小於162MPa，橋面附加縱坡在8%以內)。
參考文獻劉高，彭運動，周平，等.壩陵河大橋鋼桁加勁梁施工架設方案研究[J]公路交通科技.26(5) :80-85。王碧波，易倫雄.鎮勝公路北盤江大橋鋼桁梁架設方案研究[J]橋梁建設.2009.3:48-50。李德欽，包建武，鮮正洪，莊值政.900 m大跨徑纜索吊驗算及荷載試驗[J]公路與汽運，2009. 1:131-134。薛光雄，金倉，沈良成，先正權.鋼箱梁懸索橋陸上、淺灘區梁段安裝雙吊機蕩移施工方法中華人民共和國，CN1710208 [P]. 2005-12-21。
權利要求
1、山區懸索橋加勁梁的吊裝架設法，包括「前端無吊杆的正放斜起吊方法」、「前端有吊杆的正放斜起吊或正起吊方法」、「跨纜吊機協同吊裝法」三個子方法；其中(1)前端無吊杆的正放斜起吊方法運梁小車將梁段運到已安裝梁段的最前端，旋轉90°使梁段處於正放位置，跨纜吊機置於起吊梁段就位後的對應索夾上，其起重索順橋向傾斜吊起梁段，同時用儘量水平施力的卷揚機拖住梁段並緩慢放鬆，使梁段平穩緩慢起吊至起重索處於鉛直狀態，解除卷揚機的水平施力的連接，將梁段精確定位，並將其與已安裝梁段連接，然後張拉前一安裝梁段的吊杆，並放鬆跨纜吊機的起重繩；(2)前端有吊杆的正放斜起吊或正起吊方法運梁小車在橋下地面上運輸到相應位置，旋轉90°使梁段處於正放位置，再按與前一種相同的方法正起吊或者斜起吊梁段和就位，再將其與已安裝梁段連接，然後張拉該安裝梁段的吊杆，並放鬆跨纜吊機的起重繩；(3)跨纜吊機協同吊裝法置於梁段起吊位置上方附近索夾的跨纜吊機與置於該梁段就位位置正上方索夾的跨纜吊機共同吊住起吊梁段，在起吊梁段順橋向到達兩跨纜吊機之間前，按正放斜起吊方法起吊，待順橋向達到第一個跨纜吊機下方後，解除水平施力卷揚機的連接，接著下放起重繩，使得吊重在跨纜吊機以下有足夠距離，以減少起重索的豎值偏角，避免吊機承擔過大的水平力，然後分別放、收兩臺跨纜吊機的鋼絲繩，實現吊重由一個跨纜吊機正下方向另一個跨纜吊機正下方的移動。
2、 根據權利要求l所述的山區懸索橋加勁梁的吊裝架設法，其特徵在於l)當橋 位地形和梁段所在位置主纜與梁頂相對高差或者吊索長度//大於等於[W的梁段，如果 其橋面以下地面不便布置拼裝平臺和運梁軌道，則其安裝採用"前端無吊杆的正放斜 起吊方法"，如果橋面以下地面方便布置拼裝平臺和運梁軌道，則其安裝採用"前端有 吊杆的正放斜起吊或正起吊方法"；2)當主纜相對加勁梁頂面距離或者吊索長度/7小 於[/2](—般在兩l/4跨附近之間的跨中區段)的梁段則採用"跨纜吊機協同吊裝法";[W按公式(1)計算[々〗=(△/ + 。.， + / !+W 0.5(777) (1)式中A/為梁段長度或者順橋向兩相鄰吊杆水平距離；屍一吊物重量，^為運梁小車 所能達到的其上的待吊梁段重心到已拼梁段吊杆的順橋向最小安全距離， 一般取 1.5m 3m,由施工者根據自身施工把握精度而定，把握精度高，可取小值；&為梁高;^為運梁小車高；/23為吊具的動滑輪到梁頂的最小距離， 一般可取梁段長度的1/3 1/2，根據施工單位具有的吊具鋼絲繩的長度和大小種類，通過簡單的已知力學原理計 算確定。
3、 根據權利要求l所述的山區懸索橋加勁梁的吊裝架設法，其特徵在於在實施跨 纜吊機協同吊裝法，實現吊重水平運輸過程中，需控制吊重與兩跨纜吊機的高差不小 於某值，以確保吊機承擔的水平力/z小於其承載水平力的能力[//]， [//]為吊機在起吊最大重量屍_的梁段時所能承擔的水平力，該水平力用通用的有限元方法對吊機驗算確定。//的計算公式如下formula see original document page 32)式中吊物重量，",為協同吊裝的第一臺跨纜吊機吊物時起重繩的豎直偏角，a2為協同吊裝的另一臺跨纜吊機吊物時起重繩的豎直偏角，而A、 "2可根據幾何關係由 吊物所在位置與兩跨纜吊機所在位置的高差和水平距離得出。
4、 根據權利要求l所述的山區懸索橋加勁梁的吊裝架設法，其特徵在於所說的跨 纜吊機協同吊裝法中採用三臺跨纜吊機。
全文摘要
本發明涉及山區懸索橋加勁梁的吊裝架設方法。本發明提供的技術方案「山區懸索橋加勁梁的跨纜吊機帶偏角吊裝架設法」是一種適應各種地形條件下，山區懸索橋各不同位置梁段架設方法的統稱，它包括「前端無吊杆的正放斜起吊方法」、「前端有吊杆的正放斜起吊或正起吊方法」、「跨纜吊機協同吊裝法」三個子方法。本方法能經濟高效地解決了各種地形條件下山區懸索橋各不同位置梁段的架設問題。
文檔編號E01D21/00GK101666068SQ20091004444
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月28日 優先權日2009年9月28日
發明者華 劉, 張玉平, 曹水東, 李傳習, 柯紅軍, 董創文, 趙朝陽, 彤 郭 申請人:長沙理工大學