桥梁的结构施工与力学论文

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1、结构施工与力学缆索吊装的最佳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）。最佳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

2、应力为控制目标，选择缆索吊装中的最佳吊点，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=0.207L（L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

3、口及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所示的基本体系，多余未知力X1即为构件中部的正弯矩M1，力法方程为δ11X1+Δ1P=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

4、均较小）．用图乘法计算主系数δ11和自由项Δ1P后，可求得。图18.1.2基本体系简化9若以为控制目标，则不必解超静定。由,直接解得：x=0.124L。为适应内力的变化，连续梁、伸臂梁以及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。变截面构件吊点的确定，即使是两点吊，也是一个超静定问题，这里，最优控制目标是使吊点截面及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），

5、取厚度B=1，容重γ=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，以避免逐次求弯矩极值，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0～0.5L或更小的给定区间内，取a初值并计算σ1，用0.618法逐次迭代，缩短区间；每取一个a值，就该以σ2=σ3为目标，用进退法寻找合适的b值，并

6、以∣σ1-σ3∣＜ε（ε9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佳吊点，应以合理的截面应力（若干吊点截面和构件薄弱及敏感截面）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6

7、15m（墩间净距41m）,桥面宽32m，分左右幅（单向桥面宽为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相同的人字扒杆，底座均锚固于墩中心（图18.2.1）。在受力上，起

8、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，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（45～75）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，扒杆的绑扎紧密，除了求长细比λ9时