大跨徑橋梁纜索吊系統(tǒng)安裝施工技術(shù)

摘要 為實(shí)現(xiàn)大跨徑拱橋拱肋的高精度安裝，文章針對斜拉扣掛施工過程中索力和拱肋位移計(jì)算困難、易受溫度及施工荷載影響的難題，研究建立了一種大跨徑拱橋線形及誤差反饋控制實(shí)用方法。研究表明，采用此技術(shù)后跨中合龍誤差僅2 mm，松索后線形與裸拱線形的誤差在45 mm以內(nèi)且更光滑平順。

關(guān)鍵詞 大跨徑；橋梁纜索；吊裝系統(tǒng)

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0117-03

0 引言

纜索吊裝斜拉扣掛法是目前大跨徑拱橋安裝的主要方法，該方法通過纜索勁性將骨架節(jié)段吊裝到指定位置，然后焊接拼裝并用斜拉索調(diào)整結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力。隨著鋼管混凝土拱橋跨徑的增大、拱肋吊裝節(jié)段數(shù)的增多，鋼拱肋的斜拉扣掛成拱過程面臨計(jì)算困難、大懸臂結(jié)構(gòu)頻繁調(diào)整、成拱狀態(tài)偏離等難題。

1 拱橋線形及誤差反饋控制技術(shù)

（1）提出了一種大跨徑拱橋線形及誤差反饋控制的實(shí)用方法。通過采用特定的可調(diào)參數(shù)表征各種參數(shù)誤差和環(huán)境干擾量，同時根據(jù)各拱肋節(jié)段實(shí)際安裝后的線形與理論值存在偏差，對可調(diào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了模型輸出無偏跟蹤的真實(shí)拱肋結(jié)構(gòu)，從根本上解決了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方法和技術(shù)無法對誤差進(jìn)行反饋修正控制，從而保障線形達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的技術(shù)缺陷。

（2）建立了不同溫度下的索力優(yōu)化模型。不同于以往的索力優(yōu)化問題，綜合考慮了大跨徑拱橋斜拉扣掛過程中拱肋線形、塔架偏位、索力均勻性及安全性，有效地克服了傳統(tǒng)施工監(jiān)控計(jì)算方法的缺陷，同時將吊裝施工過程的各個參數(shù)控制在允許范圍內(nèi)。

（3）首創(chuàng)了大跨徑拱橋誤差反饋的控制模型。將施工過程中的各種參數(shù)誤差和環(huán)境干擾進(jìn)行糾偏，使其在誤差可行域內(nèi)，不僅解決了斜拉扣掛成拱過程中各節(jié)段累計(jì)誤差容易導(dǎo)致成拱狀態(tài)偏離的問題，拱圈成拱乃至成橋狀態(tài)也都滿足要求，進(jìn)一步解決了大跨徑拱橋施工控制難題。

2 大跨徑拱橋吊桿索力優(yōu)化實(shí)用技術(shù)

2.1 技術(shù)創(chuàng)新性分析

（1）系統(tǒng)建立了大跨徑拱橋吊桿索力優(yōu)化實(shí)用調(diào)整方法，免去了有序的吊桿索力調(diào)整順序及工序，從根本上解決了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方法和技術(shù)需要遵循嚴(yán)格的張拉順序，若選取的吊桿張拉順序不合理，需要通過反復(fù)張拉調(diào)整以達(dá)到設(shè)計(jì)索力，導(dǎo)致施工工序繁多、精度難以保證的技術(shù)難題。

（2）首創(chuàng)了基于小矩陣的索力優(yōu)化原理。在實(shí)際橋梁吊裝施工中，引入加權(quán)矩陣對索力影響矩陣進(jìn)行簡化，用較少的索可以完成索力調(diào)整工作，克服了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方法需要對全橋吊桿索力進(jìn)行調(diào)整、施工工期較長等技術(shù)缺陷。

（3）針對索力迭代求解過程，在MATLAB中創(chuàng)新通過編寫相關(guān)程序，利用程序自帶編輯器數(shù)值分析功能，運(yùn)用循環(huán)法加載求解，免去了人工調(diào)索的煩瑣，實(shí)現(xiàn)了快速調(diào)索的技術(shù)突破。

2.2 技術(shù)應(yīng)用

主橋主跨為下承式鋼箱拱橋，橋梁跨徑組合為20 m+

120 m+20 m，全橋共設(shè)14對吊桿?，F(xiàn)場實(shí)測對比研究表明，采用該方法優(yōu)化后，單根索力最大相差在5%以內(nèi)，誤差均能滿足10%的規(guī)范要求。實(shí)踐證明，提出的方法可對拱橋吊桿張拉施工進(jìn)行精準(zhǔn)控制。大跨徑拱橋吊桿索力優(yōu)化實(shí)用方法的提出，既契合了工程建設(shè)需求，又具有顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。鑒于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方法和技術(shù)需要通過反復(fù)張拉調(diào)整以達(dá)到設(shè)計(jì)索力，導(dǎo)致施工工序繁多、施工工期較長、精度難以保證等技術(shù)缺陷，該文的創(chuàng)新方法計(jì)算簡便、實(shí)用性強(qiáng)，同時利用MATLAB編程，免去了人工調(diào)索的煩瑣，實(shí)現(xiàn)了快速調(diào)索的技術(shù)突破，可為同類大跨徑鋼管混凝土拱橋的施工控制和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

3 纜索吊裝系統(tǒng)H形鋼塔架及其異位拼裝施工方法

3.1 技術(shù)創(chuàng)新性分析

（1）研發(fā)了一種標(biāo)準(zhǔn)化H形鋼塔架結(jié)構(gòu)及連接構(gòu)造，該結(jié)構(gòu)可作為纜索吊裝和斜拉扣掛的塔架系統(tǒng)，首次應(yīng)用于拱橋纜索吊裝施工，解決了塔架應(yīng)用于纜索吊裝的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等問題。

（2）首創(chuàng)塔架立柱異位拼裝施工方法，使整個塔架立柱法蘭連接面依次異位，有效提升了塔架在同一水平截面的剪切抵抗能力。

（3）研發(fā)了一種標(biāo)準(zhǔn)H形鋼塔架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及施工方法，解決了塔架安裝精度問題，有效提高了施工效率，并保證了結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量。

（4）提出了“場地內(nèi)成片組裝+高空分片安裝”的安裝方法，利用塔架內(nèi)爬升平臺及塔吊設(shè)備配合人工輔助，可實(shí)現(xiàn)塔架的快速裝拆施工。

3.2 技術(shù)應(yīng)用

無論從H形塔架設(shè)計(jì)、制作和安裝，還是從纜索吊裝系統(tǒng)的試吊、拱肋和格子梁吊裝施工效果上，均取得了良好的效果。相較于傳統(tǒng)塔架，該塔架大幅降低了整體制造和加工成本，提高了施工效率；同時可以減小塔架單元件型號，安裝過程中可減少吊裝重量，減小塔吊型號，減少租賃成本并提高施工效率，節(jié)約施工成本，滿足現(xiàn)場施工要求和綠色施工“環(huán)境保護(hù)”的要求，達(dá)到綠色施工示范工程的實(shí)施效益?！爸骺酆弦弧崩|索吊裝系統(tǒng)塔架為自主研發(fā)的新型H形鋼塔架，具有加工效率快、成本低、便于運(yùn)輸儲存、周轉(zhuǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，相較于圓管塔架，節(jié)省20%的整體用鋼量，節(jié)約材料成本約220萬元，節(jié)約人工成本約20萬元以上；優(yōu)化后的塔架更適合小型塔吊安裝，可每月節(jié)省塔吊租賃費(fèi)約30萬元以上，H形鋼塔架使用時間按12個月計(jì)算，共節(jié)省費(fèi)用600萬元以上。

4 纜索吊系統(tǒng)安裝遠(yuǎn)程操控和智能監(jiān)控一體化系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)纜索吊機(jī)的遠(yuǎn)程集中控制和全過程監(jiān)測。遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)主要包括雙系統(tǒng)操控、集中控制功能、遠(yuǎn)程操作、單動聯(lián)動模式、預(yù)警功能、操作人員身份識別、數(shù)據(jù)查詢與導(dǎo)出、云端界面顯示等；智能監(jiān)控系統(tǒng)主要包括索力及起重重量監(jiān)測、塔架偏位監(jiān)測、風(fēng)速監(jiān)測、卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測、起升高度與運(yùn)行行程監(jiān)測、視頻監(jiān)控等。大跨徑拱橋纜索吊系統(tǒng)安裝施工工藝流程圖如圖1所示：

5 工程實(shí)例

某項(xiàng)目采用EPC模式，設(shè)計(jì)單位具體負(fù)責(zé)承擔(dān)該標(biāo)段施工圖勘察設(shè)計(jì)、工程施工至工程竣工驗(yàn)收全過程管理。施工單位承擔(dān)該標(biāo)段工程施工的全部工作及質(zhì)保工作。在施工過程中充分發(fā)揮設(shè)計(jì)方主導(dǎo)作用，結(jié)合施工方實(shí)施方案，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、采購、施工各個階段的合理交叉與協(xié)調(diào)，使得三者高效銜接，提高項(xiàng)目的運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)省投資、縮短工期的目標(biāo)，見表1所示。施工工序流程圖如圖2所示：

6 結(jié)束語

綜上所述，纜索吊裝斜拉扣掛法是目前大跨拱橋安裝的主要方法，在實(shí)際施工中，拱橋線形及誤差反饋控制技術(shù)、大跨徑拱橋吊桿索力優(yōu)化實(shí)用技術(shù)、纜索吊裝系統(tǒng)H型鋼塔架及其異位拼裝施工方法、纜索吊系統(tǒng)安裝遠(yuǎn)程操控和智能監(jiān)控一體化系統(tǒng)的應(yīng)用取得了良好的效果，吊裝施工過程各參數(shù)同時控制在允許范圍內(nèi)，有效地克服傳統(tǒng)施工監(jiān)控計(jì)算方法的缺陷。

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