一种连续梁桥合龙施工方法与流程

本发明涉及梁桥工程领域，特别是涉及一种连续梁桥合龙施工方法。

背景技术：

梁桥是现今社会一种重要的建筑物，通过设置梁桥能实现空间的跨越。而在跨度较大地方，往往需要设置多个支座以支撑梁桥的桥体。这种连续跨过多个支座的梁桥称为连续梁桥。连续梁桥的施工一般采用悬臂施工法。悬臂施工时在支座设置工作平台并逐段悬臂浇筑或拼装梁段，直至桥跨结构合龙。

例如，请参阅图1，专利申请号为201920825158.0中公开了一种稳定性高的挂篮悬臂现浇型支撑装置，包括现浇构件1、固定钢板2、支撑杆3、桁架4、连接架5以及l型的稳定块6。所述固定钢板2安装在所述现浇构件1上，所述支撑杆3垂直固定于所述固定钢板2上，所述桁架4固定安装在所述支撑杆3上且一端悬空在所述现浇构件1外，所述连接架5一端与所述桁架4悬空的一端连接，另一端固接所述稳定块6，所述稳定块6通过螺栓固定在所述现浇构件1一侧。施工时，所述现浇构件1安装在梁桥的支座上，施工人员在所述稳定块6上进行挂篮施工并铺设桥体，同时相邻的支座上同样安装有与之相对的支撑装置，分别通过位于两相邻支座上的支撑装置进行浇灌铺设桥体，直至分别位于两相邻支座上的桥体接合，从而完成连续梁的合龙。

由此可见，现有技术中连续梁桥的悬臂施工法主要使用施工挂篮来进行的，因此在施工过程中，除了梁桥自身的重量外，挂篮和支撑等荷载影响合龙质量。而且在合龙施工的过程中，由于悬臂端受到日照、冷空气等外界因素及自重、混凝土收缩徐变、预应力等内部因素的影响，会产生相对高差，特别对于悬臂较长的连续梁桥，即便微小的因素变化，都会对合龙质量造成影响，因此合理地选取合龙方案并据此进行施工对结构受力及线性控制等均会产生显著的影响，进而影响梁桥的质量。此外合龙方案的选取还决定挂篮数量、配重等现场施工操作的难易程度，对施工进度、工期、成本均有影响。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种按需选取合龙方案的连续梁桥梁合龙施工方法，科学地选择合龙方案以满足减低成本、提高施工质量等要求。

本发明采取的技术方案如下：

一种连续梁桥合龙施工方法，包括如下步骤：

一种连续梁桥合龙施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤s10：设计梁桥并获取设计参数；

步骤s20：在所设计的梁桥上进行荷载模拟；

步骤s30：对已进行荷载模拟的梁桥设计合龙方案；

步骤s40：分别计算各合龙方案的模拟荷载参数；

步骤s50：判定各合龙方案中的模拟荷载参数是否超过所述设计参数的极限范围；若各个合龙方案的模拟荷载参数均超过所述极限范围，则返回步骤s10；若至少一个合龙方案的模拟荷载参数没有超过所述极限范围，则舍弃所述模拟荷载参数超过所述极限范围的合龙方案，保留所述模拟荷载参数不超过所述极限范围的合龙方案；

步骤s60：在保留的合龙方案中根据其模拟荷载参数选择合龙方案；

步骤s70根据所选择的合龙方案进行合龙施工。

与现有技术相比较，本发明的连续梁桥合龙施工方法能在不同的合龙方案中选取满足要求的合龙方案，在保证实现合龙的前提下，最大限度、科学地满足各种需求，减少不合理的施工，提高施工的效率。

进一步，所述模拟荷载参数包括桥体模拟位移量、桥梁模拟内应力、桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力；步骤s50中，若合龙方案中所述桥体模拟位移量、所述桥梁模拟内应力、所述桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力中任一项超过所述极限范围，则舍弃所述合龙方案，保留所述桥体模拟位移量、所述桥梁模拟内应力、所述桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力均不超过所述极限范围的合龙方案；若任意一个合龙方案中所述桥体模拟位移量、所述桥梁模拟内应力、所述桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力中任一项超过所述极限范围，则返回步骤s10。通过该方法实现在保证所选的方案能合龙的前提下，选取符合实际要求的合龙方案。

进一步，选择合龙方案时，优先选择所述桥梁模拟内应力最小的合龙方案，其次选择所述桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力最小的合龙方案，最后选择所述桥体模拟位移量最小的合龙方案。在保证能合龙的前提下，优先选择施工成本最低的合龙方案。

进一步，设两岸与每个支座均分别为一连接点，通过对各连接点与相邻的连接点连接的顺序进行排列组合计算获取所述合龙方案。通过排列组合全面对合龙方案进行分析计算。

进一步，所述合龙方案包括第一合龙方案以及第二合龙方案；所述第一合龙方案为先完成边跨的合龙，后完成中跨的合龙；所述第二合龙方案为先完成中跨的合龙，后完成边跨的合龙。

进一步，还包括如下步骤：在合龙施工中检测桥体的实际荷载参数；所述实际荷载参数包括桥体实际位移量、桥梁实际内应力、桥梁实际上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力；若所述实际荷载参数在所述极限范围内，则继续合龙施工；若所述实际荷载参数中任一项超过极限范围，则停止施工，重新进行步骤20。通过监控保证实际施工能按设计要求进行，保证梁桥质量。

进一步，在合龙施工中检测桥体的实际荷载参数包括一个施工周期内进行一次检测，和/或桥体每铺设10米进行一次检测。进行定期或定量的质量监控。

进一步，所述设计参数包括梁桥结构尺寸、预应力大小和布置位置、支座布置数量和位置、梁桥运营荷载以及最大内应力。

进一步，所述梁桥结构尺寸包括桥体的最大变形量；在步骤s50中，若所述模拟荷载参数中的桥体模拟位移量超过所述最大形变量，则判定超过极限范围；若所述桥梁模拟内应力和所述桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力超过所述最大内应力，则判定超过极限范围。

进一步，通过有限元软件建立梁桥结构模型并进行荷载模拟、计算所述模拟荷载参数。使用有限元软件能提高分析计算的速度与准确性。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为现有技术中一种挂篮悬臂现浇型支撑装置的结构示意图；

图2为本发明中连续梁桥合龙施工方法的流程示意图；

图3为本发明实施例中连续梁桥的结构示意图；

图4为本发明实施例中有限元软件梁桥截面结构尺寸输入画面；

图5为本发明实施例中有限元软件梁桥钢筋位置以及尺寸输入画面；

图6为本发明实施例中有限元软件梁桥支座相关参数输入画面；

图7为本发明实施例中有限元软件钢束特性输入画面；

图8为本发明实施例中有限元软件钢束位置与形状输入画面；

图9为本发明实施例中第一合龙方案线性分析计算模型；

图10为本发明实施例中第一合龙方案线性分析计算变形曲线；

图11为本发明实施例中第二合龙方案线性分析计算模型；

图12为本发明实施例中第二合龙方案线性分析计算变形曲线；

图13为本发明实施例中第一合龙方案的桥梁模拟下缘内应力分布图；

图14为本发明实施例中第二合龙方案的桥梁模拟下缘内应力分布图。

具体实施方式

请参阅图2，本发明的连续梁桥合龙施工方法包括如下步骤：

步骤s10：设计梁桥并获取与梁桥相关的设计参数。

梁桥的设计参数包括设计梁桥结构尺寸、预应力大小和布置位置、支座布置数量和位置、梁桥运营荷载以及最大内应力。其中

所述梁桥结构尺寸包括构成梁桥横截面的尺寸、桥体总长度、混凝土强度、合龙温度、钢筋位置、钢筋类型以及桥体的最大形变量。

所述预应力布置位置为在合龙施工过程中对桥体预先施加压应力的大小与及在桥体上的位置。

所述支座布置数量和位置为所需支座的数量及其在桥体上的位置。

所述梁桥运营荷载为梁桥完工后的最大承重量。

所述最大内应力为梁桥所能承受最大内应力，包括桥体和两侧桥面所承受的内应力。

上述设计参数可根据教材《结构力学》、《混凝土结构设计规范》、《钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》、《桥涵设计通用规范》及桥梁设计专业相关规范计算获取。

步骤s20：在步骤s10中所设计的梁桥上设计合龙施工时的模拟荷载。

所述模拟荷载包括对桥体设置支架、施加挂篮等配重荷载，模拟施工现场中梁桥的荷载。

步骤s30：对已进行荷载模拟的梁桥设计合龙方案。

所述合龙方案为设两岸与每个支座均分别为一连接点，通过对各连接点与相邻的连接点连接的顺序进行排列组合计算获取。

在一个实施例中，设两岸为点a与点b，支座为两个，分别为支座1与支座2，连接点共4个，以点a为始点，点b为终点，依次为点a、支座1、支座2以及点b，其合龙方案包括：

方案a1：第一步：支座1与支座2合龙；第二步：支座1与点a合龙、同时支座2与点b合龙。

方案a2：第一步：支座1与点a合龙、同时支座2与点b合龙；第二步：支座1与支座2合龙。

在另一个实施例中，设两岸为点a’与点b’，支座为三个，分别为支座1’、支座2’以及支座3’，连接点共5个，以点a’为始点，点b’为终点，依次为点a’、支座1’、支座2’、支座3’以及点b’，其合龙方案包括：

方案b1：第一步：支座1’与支座2’合龙；第二步：支座2’与支座3’合龙；第三步：支座1’与点a’合龙、同时支座3’与点b’合龙。

方案b2：第一步：支座2’与支座3’合龙；第二步：支座1’与支座2’合龙；第三步：支座1’与点a’合龙、同时支座3’与点b’合龙。

方案b3：第一步：支座1’与点a’合龙、同时支座3’与点b’合龙；第二步：支座1’与支座2’合龙；第三步：支座2’与支座3’合龙。

方案b4：第一步：支座1’与点a’合龙、同时支座3’与点b’合龙；第二步：支座2’与支座3’合龙；第三步：支座1’与支座2’合龙。

方案b5：第一步：支座2’与支座3’合龙、同时支座2’与支座1’合龙；第二步：支座1’与点a’合龙、同时支座3’与点b’合龙。

步骤s40：计算加载有模拟荷载的桥梁在各个合龙方案中的各模拟荷载参数。

所述模拟荷载参数包括桥体模拟位移量、桥梁模拟内应力以及桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力。其中

所述桥体模拟位移量为桥体在荷载条件下产生弯曲变形的情况下，与没有加载模拟荷载的桥体形状相比，在垂直方向上，其向下偏移的最大距离。

所述桥梁模拟内应力为桥体在加载荷载时所受到的内应力。

所述桥梁模拟上缘内应力为桥体在加载荷载时，远离支座一侧的上桥面所受到的内应力。

所述桥梁模拟下缘内应力为桥体在加载荷载时，靠近支座一侧的下桥面所受到的内应力。

所述桥体模拟位移量、所述桥梁模拟内应力以及所述桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力的计算可根据《结构力学》、《混凝土结构设计规范》、《钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》、《桥涵设计通用规范》教材以及桥梁设计专业相关规范中所记载的力学公式结合计算。

步骤s50：判定各个合龙方案中的各模拟荷载参数是否超过所述设计参数极限范围；若各个合龙方案中的各模拟荷载参数均超过极限范围，则返回步骤s10重新设计梁桥；若部分合龙方案中某个模拟荷载参数超过极限范围，则舍弃某个模拟荷载参数超过极限范围的合龙方案，保留全部模拟荷载参数在极限范围的合龙方案。

其中所述模拟荷载参数中的桥体模拟位移量与步骤s10中所获取的最大形变量相比较，若超过所述最大形变量，则判定超过极限范围。所述桥梁模拟内应力和所述桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力与步骤s10中所获取的最大内应力相比较，若超过所述最大内应力，则判定超过极限范围。只有在所述桥体模拟位移量、所述桥梁模拟内应力和所述桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力均没有超过极限范围时，该合龙方案才能保留。若所有合龙方案的模拟荷载参数均超过极限范围，则说设计的梁桥存在结构缺陷，因此返回步骤s10重新设计梁桥。

步骤s60：在保留的合龙方案中根据所述模拟荷载参数、所述桥梁模拟内应力和所述桥梁模拟上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力的大小进行比选。

其中，在各保留合龙方案中，所述桥体模拟位移量影响完工桥体的线性变形量进而影响桥体的整体外观，因此所述桥体模拟位移量最小的合龙方案其梁桥的整体外观最佳；所述桥梁模拟内应力影响配重材料、施工时间和设备要求，因此所述桥梁模拟内应力最小的合龙方案其施工成本最低；所述桥梁模拟上和/或下缘内应力影响桥梁裂纹产生，因此所述桥梁模拟上和/或下缘内应力最小的合龙方案其桥体质量最高。优选地，按桥梁内应力>桥梁上和/或下缘内应力>桥体位移量的优先度选取合龙方案，即优先选择所述桥梁模拟内应力最小的合龙方案，若所述桥梁模拟内应力相同则选择所述桥梁上和/或下缘内应力最小的合龙方案，若所述桥梁模拟内应力以及所述桥梁上和/或下缘内应力均相同，则选择所述桥体位移量最小的合龙方案，通过上述优先度选取合龙方案，能在质量和外观处于合理的范围内，最大程度控制施工成本。

步骤s70：按所选取的合龙方案进行施工。

施工内容包括按照步骤s20的模拟荷载在现场施加荷载，以及根据步骤s40中计算获取的桥体模拟位移量对桥体的预拱度进行调整，保证桥体平整。其中现场施加荷载包括根据模拟减少现场挂篮配重或增加支架对桥体进行支撑，从而达到减少额外配重的目的，提高工作效率。

步骤s80：在合龙施工过程中，检测桥体的实际荷载参数并判定是否需要重新设计配重荷载。

检测桥体的实际荷载参数并与所述模拟荷载参数相比较，若所述实际荷载参数在极限范围内，则继续合龙施工；若所述实际荷载参数中任一项超出极限范围，则返回步骤s20重新设计配重荷载。所述实际荷载参数包括桥体实际位移量、桥梁实际内应力、桥梁实际上缘内应力和/或桥梁模拟下缘内应力。

检测桥体的实际荷载参数可通过定期、定量或两者相结合的方式进行。例如，划分多个施工周期，并在每完成一个施工周期后进行一次桥体实际位移量、桥梁实际内应力以及桥梁实际上和/或下缘内应力检测以实现定期检测；又或是桥体每完成一定距离的浇灌后进行一次的桥体实际位移量、桥梁实际内应力以及桥梁实际上下缘内应力检测以实现定量检测，使得桥体在图纸设计公差范围内进行合龙。此外，对于所述桥体实际位移量、所述桥梁实际内应力以及所述桥梁实际上和/或下缘内应力可通过水平仪、桥梁应力检测仪等工具采用现有技术中常用手段实现，此处不做详细论述。

此外，在步骤s10还包括通过有限元软件建立有限元梁桥结构模型，例如在midas、rbcce中输入设计参数获取有限元梁桥结构模型。在步骤s20还包括对有限元软件中的梁桥结构模型进行荷载的模拟。在步骤s40中通过有限元软件计算所述模拟荷载参数，从而简化计算过程，提高比选速度以及精确性。

实施例：

以银西高铁咸阳渭河特大桥的合龙施工为例进行计算分析，该大桥总跨度为220米，根据上述连续梁桥合龙施工方法通过有限元软件midas进行以下步骤：

步骤s10：请参阅图3，大桥的设计参数包括设置两个支座，且桥梁结构尺寸为两边跨60米，中跨100米，单侧悬臂长2.9m，悬臂端部厚25cm，悬臂根部厚65cm,且混凝土强度等级为c50，自重26kn/m³，弹性模量为195gpa，抗拉强度标准值为1860mpa。在有限元软件midas中输入建立有限元的梁桥结构模型，并在有限元软件midas中输入所述设计参数的内容。具体地，请参阅图4，在有限元软件midas中输入尺寸h1、hl2到hl5、hr1到hr5、bl1到bl4-2、br1到br4-2以获取构成梁桥横截面的尺寸；请参阅图5，在有限元软件midas中输入选择钢筋位置；请参阅图6，在有限元软件midas中在所述梁桥结构模型上设置支座数量与位置；请参阅图7，在有限元软件midas中输入钢束类型及其力学参数；请参阅图8，在有限元软件midas中输入钢束形状与位置，并由有限元软件midas计算梁桥的设计参数。

步骤s20：在有限元软件midas中对所述梁桥结构模型进行荷载设计，包括设置支架或吊架、以及在桥体不同位置设置不同配重的挂篮以进行荷载模拟。

步骤s30：设定第一合龙方案与第二合龙方案。其中

所述第一合龙方案为先边跨合龙，后中跨合龙，具体为：首先两支座上的桥体通过支架分别向两岸铺设直到与两岸连接，张拉边跨的预应力并拆除边跨支架；然后两支座上的桥体通过挂篮向桥中铺设直到中跨合龙，张拉中跨的预应力并拆除挂篮的吊架，从而完成整个桥体的合龙施工。

所述第二合龙方案为先中跨合龙，后边跨合龙，具体为：首先两支座上的桥体通过挂篮向桥中铺设直到中跨合龙，张拉中跨的预应力并拆除挂篮的吊架；然后两支座上的桥体通过支架分别向两岸铺设直到与两岸连接，张拉边跨的预应力并拆除边跨支架，从而完成整个桥体的合龙施工。

步骤s40：按使用25m³的混凝土，单支挂篮及人员重量为70t，两端同时施加配重，考虑挂篮影响，配重施加情况经有限元软件分析，分别计算所述第一合龙方案与第二合龙方案中的梁桥结构模型在荷载模拟条件下的桥体模拟位移量、桥梁模拟内应力以及桥梁模拟下缘内应力。

对于所述第一合龙方案，

边跨合龙配重：

中跨合龙配重：

请结合参阅图9与图10，经过计算模型得到所述第一合龙方案的桥体模拟位移量为23.971mm，位于中跨合龙段悬臂处；因配重影响最大上拱值为2mm，位于梁端向跨中40.4m处。

所述桥梁模拟下缘内应力请参阅图13，最大桥梁模拟下缘内应力为10.3mpa。

对于所述第二合龙方案，

中跨合龙配重：

边跨合龙配重：

请结合参阅图11与图12，经过计算模型得到所述第二合龙方案的桥体模拟位移量为27.738mm，位于边跨合龙段悬臂处；因配重影响最大上拱值为4.1mm，位于中跨的跨中处。

所述桥梁模拟下缘内应力请参阅图14，最大桥梁模拟下缘内应力为7.6mpa。

步骤s50：通过有限元软件分析所述桥体模拟位移量、所述桥梁模拟内应力以及所述桥梁模拟下缘内应力是否超出极限范围。经有限元软件midas分析，本实施例中所述桥体模拟位移量、所述桥梁模拟内应力以及所述桥梁模拟上下缘内应力均在极限范围之内。

步骤s60：比选所述第一合龙方案与所述第二合龙方案。

由步骤s40中的计算所得可知，

a、所述第一合龙方案的边跨较所述第二合龙方案的边跨配重多350kn，中跨配重一致。由于所述第一合龙方案的中跨配重在全桥合拢后才卸重，所述第二合龙方案的中跨配重在中跨合拢后即可卸重，因此所述第二合龙方案设置较少的配重即可实现合龙，能实现节省材料。

b、所述第一合龙方案的下缘最大应力较所述第二合龙方案的下缘最大应力大，因此使用所述第一合龙方案的情况下，桥体合龙后容易出现裂纹，施工安全性较差。

c、所述第一合龙方案的桥体位移量较所述第二合龙方案的桥体位移量小，即变形较小，对完成后的桥体线性影响较小，外观较好。

在本实施例中，施工成本需要严格控制，因此在所述第一合龙方案与所述第二合龙方案均能实现合龙的前提下，选择所述第二合龙方案进行施工以减低施工成本。

步骤s70：按照所述第二合龙方案进行施工，并按照步骤s20中所述第二合龙方案荷载模拟设置荷载，根据所述第二合龙方案的模拟桥体位移量对桥体的预拱度进行调整，以减少桥体的位移。

步骤s80：桥体每铺设10米检测一次实际荷载参数，包括桥体实际位移量、桥梁实际内应力以及桥梁实际下缘内应力并与设计参数相比较，若所述实际荷载参数在设计参数的公差范围内，则继续施工；若所述实际荷载参数超过设计参数的公差范围，则将所述实际荷载参数输入到有限软件中并执行重新执行步骤s20以调整配重荷载，直至桥体按照设计参数完成合龙施工。

相比于现有技术，本发明的连续梁桥合龙施工方法和传统施工方法比较，通过分析在施工过程中按照需求选择合理地选择合龙方案，在保证实现合龙的前提下，最大满足了实际的需要。并且合龙施工过程中定期、定量地进行检测，及时地对实际中的参数进行调整，以满足工程质量、提高工作效率，缩短施工时间。通过该连续梁桥合龙施工方法能综合选择既满足结构受力要求，又能增强经济效益、方便施工组织生产的合龙方案。此外结合使用有限元软件进行分析运算，提高比选的准确度与效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

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