快速可展式预应力钢桥施工技术研究
夏志远'，董军²
（1.南京工业大学土本工程学院，江苏南京210009；2.南京工业大学新型钢结研究所，江苏南京211816）
[摘要】为保障灾后教提通路通畅，提升灾后教授能力，开发可快速成桥的新型应急桥梁成为目前军事与民用急需.快速可展式预应力锯桥以剪又式单元为可展基本单元，可实现快速展开成暨并投人使用.利用MIDAS/Civi 对24m跨快速可展式预应力钢桥施工技术进行研究，分析了吊点位置、桥面板铺装过程及拉索张拉过程中结构的性能，提出并优化各阶段施工方案.结果表明，吊点距岸边6m较优；桥面板铺装采用先对称后次铺装的方法实现的可能性最大：预应力施加过程需分级、分步，采用上80%一下80%一下100%一上100%的方案，索力变化最为平缓.
[关键讼】桥梁工程：钢桥；吊点：桥面板：铺装：张拉次序；地工技术
[中图分类号】U448 [文献标识码]A
[文章编号】1002-8498（2015）05-0082-05
Studyon the Construction Technology ofRapidlyDeployable PrestressedSteelBridge
Xia Zhiyuan' Dong Jun²
( 1. Collige of Casl Engisering Nanjiag Unisersity ef Technology Nanjing Jisngsu 210009 China;2. Intitute of Sel Stracares Nanjing Usissity of Techlogy Nanjing Jingsu211816 Chins)
Abstract;To ensure the unimpeded flow of the transportation after disasters and improve the ability ofsolving logistical problems associated with disaster-relief operations the design and development of newemergency bridges with rapid constructions meet the requirement of military and civil engineering. Theunit so it can be constructed quickly from the folding state to the expanded state. With finite element basic deployable element of the rapidly deployable prestressed steel bridge ( RDPSB ) is a scissor-forkposition of lifting point and the sequence of deck pavements and the initial tension. The projects of mainfrom theft shore.I te prsf dk pavmnts wrkes shuld pave th decks of th fist spa n construction periods are proposed and optimized. The results show that the best lifting point is 6m awaythe last span firstly then pave the decks from left to right one by one. The best sequence of initialtension is that firstly the value of the tep string rises to 80% of the designed value secondly do thesame procedure to the bottom string thirdly the value of the top string rises to I00% of the designedvalue fourthly the value of the botom string rises to 100% of the designed value.
Keywords:bridges; steel bridges;hoisting points;bridge deck;pavements;tension sequence;construction
高，现场组装时构件数量多、节点连接繁琐，施工速自然灾害会导致大面积道路瘫疾及桥梁损坏，度仍受到制约.针对这一不足，国内外学者提出
150
为保证救援道路通畅，提升灾害教援能力，开发可了一种新型可快速施工桥梁，即可展桥[6].通过快速施工成桥的新型应急桥梁成为目前军事
代表性的可展桥有美国威斯康星大学Joseph与民用急需.现有装配式桥梁构件分散化程度Patrick Hamus面向美国军方研究设计的纤维加强混凝土桥面板可展桥，浙江大学关富玲及其团队研制的以剪式较和套筒可展机构实现轴向展开的新 型可展军用桥，日本广岛大学有尾一郎设计的也
仍然存在不足，如混凝土桥面板的养护耗时，套筒展，同时结合预应力拉索，提高结构刚度，增大承载能力.其主要优点是构件集中，存储及运输方便， 施工快速且可重复使用.
采用剪式铰可展机构实现可展的可移动桥.但著下降，结构性能得到极大提高.
结构自锁方便但解锁繁琐，已开发的桥梁结构承受结构高度1.8m，桥面宽3m，桥面板跨度2m，宽度 经参数优化分析，全桥跨度24m，节间跨度2m，重载（车辆荷载）能力较差，签于这些不足，本文提1m，3m宽上弦平面只布置2块桥面板，中间部分中出快速可展式预应力钢桥，仍以剪式铰实现桥梁可空.面板采用厚度10mm的带加劲肋正交异性板；剪叉杆采用箱形截面，300mm×100mm×12mm×12mm：拉索均采用公称直径20mm的钢芯钢丝绳， 钢丝绳公称抗拉强度1870MPa，最小破断力269kN，质量155kg/100m，弹性模量为9.81×10MPa*；上、下两部分拉索，上索初拉力采用147kN，下索初拉力取49kN；横隔采用45mm×3mm，最上层横隔作为横梁取为1110×100x6×8； 斜撑截面450mmx6mm.钢材采用Q345.弹性模量2.06×10MPa.两端采用固定饮支座.建模时，剪叉杆由梁单元模拟，索由非线性索单元模拟.该桥设定为临时桥梁，挑跨比限制为1/100.使用过程中只支持单向行驶，每次只限1辆车通行， 每一侧车轮对应作用在同侧的桥面板上，车行速度≤20km/h(1)
目前针对这一类快速施工桥梁的施工技术研究并不多，但可结合现有桥梁施工工法与快速可展式预应力钢桥自身可展的特点，形成一套适合的施理论分析确定的步骤进行，以控制相应阶段的内力 工方法.为达到设计状态，实际施工过程还需按照及结构变形.面吊点的位置选取、桥面板铺装的顺序以及预应力拉索张拉的顺序都对整个结构在施工过程中有着重要影响.本文考虑结构的几何非线性，利用MIDAS/Civil研究并给出合理的吊点位 置、桥面板铺装及拉索张拉方案，为后续快速可展式预应力钢桥实际施工提供参考.
1.2主要施工阶段
1快速可展式预应力钢桥组成及主要施工阶段
快速可展式预应力钢桥利用剪叉式单元实现9.9t，近似10t，起重设备竖向起重量为12.5t即可 通过计算，不计桥面板自重，其余构件总重为展开和折叠，单元与单元间利用铰轴实现连接，铰（大约是其起重量的80%），即对设备要求不高.结
1.1结构组成及参数
轴位于结构顶面、中部平面以及底面3个水平面内，合结构自展，可采用整体吊装并拖拉的方法.每一棍剪式校杆件结构平面内预应力索布置在底部及中部饺轴平面，上部平面由桥面板构成，桥面板取代上弦既直接承受桥面横向荷载又代替上弦 承受轴向力，下弦由底部拉索代替，如图1所示.为到位后，将一端支座安装就位.维系两棍之间的联系，增加结构整体抗扭能力，同时提供桥面板支撑，整个桥梁结构还需有横隔、斜撑及横梁.
整个可展钢桥主要分为5个施工阶段.
1）准备阶段
将折叠态可展桥运至现场，通过起重设备起吊
2）展开阶段
选择合适的吊点，平衡自重，同时另一岸采用牵引拖拉，使结构自由展开，待其到达对岸后，将另一端支座安装就位.
3）桥面板铺装阶段
撤除吊点处吊索，按顺序铺装桥面板.
4）预应力施加阶段
按合理张拉顺序，对上、下索施加预应力.
5）位形调整阶段.
通过监控主要节点位移及索中索力，调整索中预应力，使结构达到预先设计状态，完成施工.
Fig.1Model sketch 图1模型筒图
与展开阶段类似，在收拢回收阶段，施工顺序可按展开过程的逆过程实施，即释放拉索预应力阶
状态结构展开，桥面板铺装完毕；②预应力状态运输，实现重复利用.展开阶段如图2所示.衡态；③受荷状态恒载及活载作用下结构的平衡态.预应力的施加使结构产生反拱，受力后位移显取，如图3所示，完全展开后，右端未安装完支座时，
作为自平衡结构，该结构有3个工作状态：①零段、卸除桥面板阶段、收拢阶段，最后将各构件装车
对拉索施加预应力，在自重及预应力作用下的平2吊点位置分析
可展钢桥展开过程中，吊点的位置需严格选
探讨此过程中上下索索力、剪叉杆最大拉压应力以及上、下弦跨中位移的变化.全桥12小跨编号从1 至12，如图4所示，方案1铺装顺序为1-12-2-11-3-10-4-9-5-8-6-7 方案2铺装顺序为1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12，方案3铺装顺序为1-12-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11.各方案对比结果如图5所示.
图2展开阶段Fig.2Extended process
整个结构的悬臂段最大.若采用如图3所示斜拉吊 具，吊点距离左岸越近，为了与重力保持力矩平衡，分力F越大，编头位移也大：吊点距离左岸越远（不超过跨中），水平分力及绳索的需求量越大.所以选取一个距离左岸较近且自重作用下构件应力及结构位移又能够满足要求的吊点十分重要.如图3 中，吊点编号为1，2，3，4，5.分析自重作用下右端位移及剪叉杆最大拉压应力如表1所示.
图4桥面板铺装方案
Fig.4The three schemes of deck pavement
图3吊点编号Flg.3 Lifting point numbering
表1不同吊点分析结果
Table 1Analysis results of diferent liting points吊点 最大 最大 端头编号 1 拉应力/MPa 366. 27 压应力/MP 367.06 位移/mm 697.522 295. 15 296.79 -513.303 4 176.52 231.90 233.96 178.14 -361.71 238.175 129. 11 130.25 140.38
图5不同铺装方案对比结果Fig.5 The pared results of differentpavement projects
由表1可知，随吊点远离左岸，端头位移和剪叉杆的最大拉压应力均在不断减小，吊点编号为1的方案，最大拉压应力超出了允许值310MPa，该方案 不可实施；距离左岸最近且能够满足施工要求的吊点编号为2，吊点距离左岸6m，剪叉杆件最大拉压应力小于允许值310MPa，端头位移513.30mm，为了展开后右端支座顺利安装，需确保位移为0，可预513.30mm，具体数值可以依照现场施工情况确定. 先在吊点处利用绳索将吊点位置向上抬高
由图5可知，无论是索力值、应力值还是位移值，方案1均最小，方案3次之，方案2较差.方案1桥面板均运至另一岸，然后方可实现两岸施工同时 与方案3相比，方案1的难点在于要把后半6跨的进行，这样显然不太合理，而方案3只需运送最后一跨的桥面板至对岸，相比之下，实施的可能性更大.
4预应力施加方案
人员因素的影响，实现多索同步张拉较为困难，此 多索结构预应力索张拉时，由于受到设备以及时，分步、分级的张拉方法更易实现.分步是考虑到上、下两根索预应力张拉的先后顺序不同，可能会影响自重作用下结构的受力；分级则是考虑通过
3桥面板铺装方案
桥面板的铺装主要研究其铺装的次序.全桥共有12小跨桥面板，铺装顺序按照先两端后中间或从一端依次铺至另一端或二者结合确定3种方案.
1)方案1
2）方案2
3）方案3
4）方案4
5）方案5
6)方案6
每级的预应力施加，结构最后能达到设计状态.分级考虑3级，根据分析获得的初拉力设计值，第1级初拉力施加到设计值的80%，第2级施加至设计值，第3级则是根据预应力施加监测结果进行微调，以达到设计状态[.分析时，着重考虑前两级的施加.
根据分步、分级的不同，提出6种施加方案.
上索初拉力施加至设计值80%一继续施加至100%一下索初拉力施加至设计值80%-继续施加 至100%（上80%-上100%-下80%-下100%）.
下索初拉力施加至设计值80%一继续施加至100%一上索初拉力施加至设计值80%一继续施加（%001%08%001%08）%001
上索初拉力施加至设计值80%一下索初拉力施加至设计值80%一上索继续施加至100%-下索下100%）. 继续施加至100%（上80%-下80%-上100%-
上索初拉力施加至设计值80%一下索初拉力施加至设计值80%一下索继续施加至100%一上索上100%）. 继续施加至100%（上80%-下80%-下100%一
下索初拉力施加至设计值80%一上索初拉力施加至设计值80%一下索继续施加至100%-上索继续施加至100%（下80%-上80%-下100%-上100%）.
下索初拉力施加至设计值80%一上索初拉力施加至设计值80%一上索继续施加至100%一下索继续施加至100%（下80%-上80%-上100%-下 100%).
由于最大拉应力与最大压应力绝对值近似，上弦与下弦跨中位移接近，如图6所示，只做出了各方案最大压应力与下弦位移在施加过程的变化，应力数值控制在-60--40MPa，位移控制在-60~10mm，均可接受，所以方案比对的重点在于索力值的变化情况（见表2）.
由表2可知，变化过程中下索索力值较上索小，施加完毕后的最大索力值在上索，且达到149.81kN，方案2，5，6上索索力在前期变化过于激烈，量级从十至百，面方案1，3，4的上索索力变化相
图6各预应力施加方案应力及位移Fig. 6 Stress and displacement of differentprestress projects
Table 2 Cable tenslon values of different 表2各预应力施加方案索力值
prestress projects kN方案编号 下索索力 上索索力1 31.14 24.34 135.69 161.6651.81 46. 69 152.00 149.8181.64 20.192 86.94 58.70 123. 75 17.7951.81 135.69 149. 813 31.14 53.36 126. 0746.69 51.81 152.00 149.8153.36 31.14 135.69 126.074- 58.70 123.7551.81 81.64 149.81 20.1953.36 126. 0758.70 51.81 123.75 149.8181.64 53.36 20.19 126.076 46.69 152.0051.81 149.81
对比较平缓，方案1及3上索索力在变化中，有的数值超过149.81kN.综上所述，方案4上索索力变化最好，变化过程中，索力由小及大，且变化趋势缓 和.即上索初拉力先施加至设计值80%一下索初拉力施加至设计值80%一继续施加下索初拉力至100%一再施加上索初拉力至100%，最后进人第3级预拉力微调，达到设计状态.
微调过程要进行实时监测，主要包括关键点位移和上、下索索力，即位移和索力双控，最终以控制位移值为主，但以施加的初拉力不超过设计值15%为宜.预应力施加完毕，应立即校对测量，若发现异常，需暂停施工，查明原因并采取相应措施后 再继续施工.
5结语
参考文献：
（上接第23页）
5结语
万方数据
以24m跨快速可展式预应力钢桥为研究对象，通过对吊点位置、桥面板铺装及索初拉力施加3个施工阶段的分析，得出以下结论.
面端头位移较大为513.30mm，为了展开后右端支 1）吊点距岸边6m较优.此时，应力满足要求，座顺利安装，需确保位移为0，可预先在吊点处利用绳索将吊点位置向上拾高513.30mm，具体数值可以依照现场施工情况确定.
桥面板，后按照从一端向另一端依次推进式铺装的 2）桥面板铺装方案采用先对称安装端头两跨方法.该方案施工过程中结构各项反应值较好且实现的可能性大.
3）预应力施加过程需分级、分步，采用施加上索初拉力至设计值80%一施加下索初拉力至设计100%的方案较好，完成后，用微调的方法将结构调 值80%一下索继续施加至100%一上索继续施加至整至设计状态.该方案中索力变化平缓，无急剧的数值突变.
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图4塔式起重机基础应力云图Fig.4 Stress contour of tower crane foundation
通过位移和应力分析可以看出，上、下相邻斜撑布置方向不同或上下、左右相邻斜撑布置方向均不同时，塔式起重机基础的承载能力较好.
1074-1085.
参考文献：
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的布置方式对塔式起重机基础的侧向刚度影响较 通过分析可以看出，当其他条件一致时，斜撑大，在4种布置方式中，上、下相邻斜撑方向不同，左、右斜撑方向相同时，结构产生的位移最小，即侧向刚度最大.斜撑的布置方式对塔式起重机基础的强度影响也较大，当上下、左右相邻斜撑布置方布置方式对钢结构的承载能力影响较大，在塔式起 向均不同时，构件的应力最小.由此可见，支撑的重机拼装前要对基础进行设计，充分发挥支撑的作用，提高塔式起重机基础的承载能力.
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