專利名稱：頂推施工梁體無應力線形高精度實現的施工控制方法
技術領域：
本發明涉及橋梁梁體施工領域，具體為一種頂推施工梁體無應力線形高精度實現的施工控制方法。
背景技術：
梁體線形既影響橋梁的外觀質量、運營的舒適程度，又可能直接關系到橋梁整體受力狀況，是施工控制的關鍵目標之一 [1_3]。梁體線形可分為梁體無應力線形和梁體受力線形兩類。一旦梁體的無應力線形、所處的邊界條件和承受的外荷載確定，則梁體受力線形、受力狀態隨之確定。梁體無應力線形由無應力狀態下組成梁體全長各梁段線形(一般采用直線)及其拼接時相對位置所確定。
頂推施工橋梁的梁體拼接(或澆注，下同，略)均在頂推平臺上進行[4_6];拼接后即把已拼梁體向前頂推一定距離，并使已拼梁體末段梁處于尾端端面轉角便于測量確定、便于間接測量確定的狀態(如無應力狀態)或便于計算確定的狀態[7][8]。本發明將處于接拼其他梁段位置的已拼梁體末段梁稱為接拼梁或接拼梁段。如能通過合理設置接拼梁段支墊位置等措施，使接拼梁段彎曲變形對該梁段兩端面形心連線與尾端面夾角影響可忽略，則可認為其處于無應力狀態，其尾端端面轉角可通過梁體兩端頂面測點連線的傾角在頂推前后兩個無應力工況下的變化求得，而傾角變化則可通過測量兩工況該批次末段梁的兩端頂面測點的標高變化和間距得到。隨著高頂推平臺、大溫差、頂推平臺深軟土地基、短頂推平臺等情況的出現，以及多跨長梁線形控制精度的要求提高，頂推施工的梁體線形控制方法(即已拼梁體的無應力線形的求取和待拼梁段的就位標高確定)則須考慮接拼梁梁端軸線水平傾角(相位的轉角項)的偏差、組拼線形的偏差。而頂推梁體全長無應力線形實現的已有方法，基本上忽略了上述兩種偏差對待拼梁段就位標高確定的影響，個別的雖然考慮其影響[9]，但步驟和方法難于理解，且不便應用，需要發明新的方法。梁體頂推前進的方式從立面投影上主要可分為兩類一是弧形頂推M，即所有滑道頂(包括頂推平臺上滑道頂)標高、梁體無應力線形位于同一豎曲線半徑上，梁體頂推總體上可視為沿同一半徑的弧面運動；另一類是擬平移頂推，梁體無應力線形不在同一豎曲線半徑上，梁體頂推總體上可看作沿一水平面或斜平面移動，但可能需要適時調節滑道頂標高M。無論哪種頂推方式，當需要考慮接拼梁相位(此處指軸線水平傾角)及頂推平臺上梁體組拼無應力線形與各自理論值的偏差時，均可采用本文的相位換算法獲取已拼梁段的無應力線形和確定拼裝平臺上待拼梁段的立模標高。

發明內容
針對現有技術的缺陷，考慮接拼梁軸線水平傾角及平臺上梁體組拼線形與各自理論值偏差的頂推施工橋梁，本發明旨在提供一種頂推施工梁體無應力線形高精度實現的施工控制方法，該施工控制方法可以確定頂推梁體待拼梁段就位標高V/確定已拼梁體實際無應力線形及其與理論的偏差；形成已拼梁體實際無應力線形偏差調整策略的數學表達。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種頂推施工梁體無應力線形高精度實現的施工控制方法，其特點是，根據拼裝平臺的長度將所有梁段分為P個批次，P為正整數，每一批次包括Pi段梁，Pi為正整數，i =1,2,…，P，具體施工控制方法包括如下步驟I)確定第I批次梁體就位的即時相位；第I批次梁體就位的即時相位，其轉角項為零，其位移項為剛體豎移量Ay1aS2)計算第I批次梁體的就位高程
設第I批次梁段數為P1，對應梁段編號為1，2，…，N1，則N1 = P1，對應梁段控制點 編號為1，2，…，2Ni ;第I批次梁體的就位高程y；由下式確定y/ = yf + Ayfc式中，j =y表示豎坐標，即高程，上角標O表示為基準相位下的理論值，yf表示為基準相位下的理論高程，上角標c表示為即時相位下的就位值，y/表示為即時相位下的就位高程，表示第I批次梁體就位即時相位的豎移項；3)測量第I批次梁體焊后的高程，確定焊后即時相位Δα^，Ay1M;設第I批次梁段焊接完成后、頂推之前，各控制點即時相位下的測量標高為Afj，其中j = l，2，…，2N1;焊后即時相位(δ%μ +·0的轉角項和豎移項的計算公式為
(= O
_6] \,γ0Λ
V少12Ν%式中為第I批次梁段焊后即時相位的轉角項，為第I批次梁段焊后即時相位的豎移項，yf表示為基準相位下的理論高程；4)求解基準相位下第I批次梁體的焊后換算高程yf及其與理論高程yf的偏差；將第I批次梁體各控制點的焊后實測高程由其即時相位換算到基準相位，各控制點換算標聞為yf = hfj - — (xj — %) ■ ta η(Δα°^) = hf j — h.yl'A, (j = 1,2,…/ZN1)式中yf為基準相位下控制點j的焊后實際高程，Xj為控制點j的里程坐標。第I批次梁體在基準相位下控制點j的實際高程yf與在基準相位下控制點j的理論聞程的偏差δ y」為Ayj = yf - yf其中，j= l，2，-,2N105)測量第i=2批次梁體頂推平臺就位前的第(i-Ι)批次梁體末段梁兩端控制點高程，確定第i=2批次梁體就位的即時相位；設第(i-Ι)，此步驟i = 2，批次梁段末段梁的編號為Np1，頂推到接拼梁狀態時兩控制點的實測標高為苴中j = 2H2NH ;以接拼梁后端控制點為轉心，該控制點編號為2Nh，則第i =乙批次體就位的即時相位ΔαΡ + LyY ■ i的豎移項Δ#’轉角項Δα -按下式計算
(Ay 'c = hl2Ni_t - Jz2V1j Aa0,C = tan-l
I 1X2N|_1-X(2N|_1-1)式中力基準相位下控制點j的實際高程，j = 2Nrl, 2N1； i = 2，則yj^ = j _ ^ _ (Xj _ x±j ■ tu Ti^Aoc1 丨)=h^j _ ' (J = 1,2, ···,2iVi)6)確定第i = 2批次梁體的就位高程y/;設第i=2批次梁段數為Pi,對應梁段編號為Nh+1 Ni，則Ni = UPi,對應梁段控制點編號為2U1 2Ni;如果這些控制點直接以其在基準相位下達到理想無應力線形 的標高為目標，則其在即時相位下的就位高程yf為:y/ = yf + Ay(0,c + (Xj - X2i^1) ■ tan(Aa°,c) (j = IN^1 ++ IPi)式中Xj為各控制點j的里程坐標，Xj xf，其中 j = 2Νη+1 2Ni_1+2Pi如果考慮接拼梁標高在基準相位下的實際值與理論值的偏差的修正不在一個梁段完成，則控制點2U1 ZNi-^Pi的就位標高為y- = yf + Ay°'c + (xj -x h ) ■ tan(Aaf'c) + (I — J ；) ·Δ>^ ，其中j = 2Nh+1 2Νη+2Ρρ β』為各控制點j = 2Ν^+1 ^N1_1+2Pi的就位標高對接拼梁標高偏差的修正系數，取值為O I，—,為控制點2Νη在基準相位下的實際高程yf與基準相位下控制點j的理論高程yf之差；7)測量第i = 2批次梁體的焊后高程確定焊后即時相位Δα°·Α·,設拼接的當前批次i = 2的各梁段和緊前批次的末段梁各控制點的焊后高程為</·其中緊前批次即i-Ι批次，j = 2Νη_1，2Νη，…，2隊；以末段梁的尾端控制點2Νη為轉心，焊后即時相位Ay°'A, Δα”的計算公式為
^yf'A — ~j_ tan— (ftfewt_1~y2wi_1)-(/iu2Aft_1-i)-y(2wi_ ))
V1X2N^-1)8)求解基準相位下第i = 2批次梁體的焊后換算高程；第i = 2批次梁體在基準相位下的焊后換算高程，即在基準相位下控制點j的實際高程yf力:yf = hfj — Ayf,A — (χ』—X2Jv^1) ■ tan(^Aaf'A)，其中j = 2Νη+1，2Νη+2，...，2隊。則第i批次梁體在基準相位下控制點j的實際高程yf與在基準相位下控制點j的理論聞程yj*的偏差AyjS :Ayj = yf - yf ,其中 j = 2Νη+1，2Nh+2，...，2隊。9)重復步驟5) 8)，直到第P批次的所有梁段在頂推平臺上拼裝完畢。進一步地，在測量第i批次梁體焊后高程之后，測量第i批次末端梁兩控制點高程之前，頂推梁體一段距離，該距離為第i+Ι批次各段梁體的總長度，其中i = 1，2，…，p-1。本發明中，i表示某批次的標號，如第I批次，則i=l，第2批次，則i=2，i取整數，且最大數值為P。在本領域中，橋梁梁體成橋線形及其各梁段端點標高一般由設計圖紙通過橋面縱坡給出。根據該標高和梁體施工從開始至成橋該點累計撓度計算值(對頂推梁體為具有理論無應力線形的梁體在成橋支承處一次落架的計算撓度值)，即可確定梁體(豎面的)理論無應力線形各點標高，即各點的理論高程=該點的成橋高程+該點的計算累計撓度的反向值。在無應力線形各梁段端點理論標高確定后，即可根據幾何關系確定相應狀態各梁段兩端附近控制點的理論標高。如圖I所示，設組成頂推梁體的梁段數為n，梁段編號順序與頂推前進方向相反，從前至后依次為1，2，…，n，梁段長度為LiQ = 1，2，…，η);每個梁段沿縱向設置兩個測點(梁段位置控制點)，分別位于梁段前端和梁段后端附近的頂面，共 計2η個，控制點編號順序與頂推前進方向相反，從前至后依次為1，2，···，2η ;梁段前方控制點距該梁段前端距離為Li.Ji = 1,2,…，η)，梁段后方控制點距該梁段后端距離為Lu(i=1,2,…，η)。則梁體線形可由(η+1)個梁段(軸線)端點依次連接的折線來描述，代表梁體位置的各折線則由上述的2η控制點坐桐(xL yf)(i = I, 2.…，2r0(通定，如圖I所示。以梁段I前端為X軸原點，以高程零點為y軸原點，則各控制點坐標為
廠( -1)/2
工 Lj + L(f+1)/2,/ > (j — 1,3, ··· ,2n — I)X^ J=1 i/2(I)
'y Lj — Li/2,e , (i = 2,4, · · · ,2n)
、 J=Iyf = H0 (i = I, 2’ …Zn)(2)式(I)中，梁段水平投影長度采用了梁段長度。該式表達簡潔，能滿足工程精度要求。因為，一般情況下，梁段水平傾角很小(坡度一般〈3%)，水平傾角余弦值非常接近I丨z、坡度對應的水平傾角余弦值為O. 99955);另外，梁段間焊縫寬度可適當調整。式(2)中，H '為梁體控制點i的理論標高。式(I) (2)描述了頂推梁體的理論無應力線形。在確定頂推施工橋梁梁體理論無應力線形后，為確保頂推梁體無應力線形高精度的實現，現對本發明的操作步驟作進一步的描述I)構建相關概念在平面坐標系中，有一構形Stl，經剛體轉動和移動達到新位置S1 (新位置的構形亦用S1表示)(見圖2)，本發明稱構形Stl具有了新相位。達到的位置不同，具有的相位亦不同，兩者具有對應關系。構形Stl達到新位置S1的相位可以用(a+b · ij+c · i2)表不，其中a是Stl繞其任一點A (點A稱為轉心)剛體轉動的角度(逆時針為正)，b、c分別是Stl再隨轉心移動的平移量和豎移量(與坐標軸方向相同為正)。顯然，轉心可以任意選取，但轉心選取不同，b、c將有所不同，但對同一位置S1的相位是相同的，只是表達不是唯一的。因此，S0達到新位置S1的相位應包含轉心及a、b、c等信息，在轉心選定后，相位可用復數(a+b · L+c · i2)表示。若a、b、c均為零，即構形Stl處于本來位置的相位為Stl的基準相位，若僅a為0，則S0達到新位置S1的相位為零轉角相位。對在頂推平臺上拼接梁段不斷接長梁體的頂推施工橋梁，如果將梁體理論無應力線形繞空間上任一點A轉動一個角度，并隨該點A再平移一定距離，得到形狀未變，但方位和位置改變了的梁體理論無應力線形，并據此進行梁體拼接(或立模澆注)，梁體經多次頂推及最后落梁就位后，可確保成橋線形及其對應的無應力線形符合設計要求。考慮到頂推平臺上梁體的傾角很小，其對梁段就位的里程影響很小，可忽略其影響，梁段的里程根據梁長可方便進行控制。為了描述和分析問題的方便，將梁體無應力線形的相位，用(a+b*i)表示，其中a為轉動角度(規定逆時針轉動為正，順時針轉動為負)，b為豎向移動量；將剛體轉動和豎向移位之前(或者為O)梁體理論無應力線形的相位稱為為基準相位或者零相位；將剛體轉動值為O (豎向移位為O)的相位稱為零轉角相位(零豎移相位)。
為便于分析和控制，在首批次拼裝(澆注)梁體的實際無應力線形上選擇代表性兩點(如點B和點C)，在后續的線形評價與計算分析中，總是可以通過梁體實際無應力線形的剛體轉動和平移，使這兩點在橋梁坐標系中的位置不變(與理論無應力線形相應點重合)，以此適時計算逐漸加長的梁體實際無應力線形與其理想無應力線形線在各點的高程偏差，并適時確定待拼梁段高程。上述兩點(點B和點C)稱為實際無應力線形的就位基準點，其連線稱為實際無應力線形的就位基準線。在構建上述概念之后，頂推梁體無應力線形高精度實現的施工控制方法見一下2) 10)步(見圖3)。2)確定第I批次梁體就位的即時相位頂推平臺上第一批次待拼梁體的各點就位高程(簡稱指令高程)，可直接采用梁體理論無應力線形的各點高程或者采用僅進行其剛體平移后的各點高程。第一批次梁體就位的即時相位，其轉角項為零，其位移項為所述的剛體豎移量。3)確定第I批次梁體的就位高程設第I批次梁段數為P1，對應梁段編號為1，2，…，N1 (N1 = P1),對應梁段控制點編號為I，2,…,2PVyf 二 yf + Ay°-C, O = 1,2 …O)式中，字母y表示豎坐標(高程)，上角標O表示為基準相位下的理論值，上角標c表示為(即時相位下的)就位值，Ay1M表示第一次梁體就位即時相位的豎移項，本文選用控制點I (理論上可選用第I批次梁體的任一控制點)的就位標高與理論標高之差表征。4)測量第I批次梁體焊后高程，并確定焊后的即時相位設第I批次梁段焊接完成后、頂推之前(簡稱焊后，下同，略)，各控制點(即時相位下)的測量標高為Kj O'= 1,2,…,2隊)。通過剛體平移(轉動為零)使基準相位下的實際無應力線形與理想無應力線形高程偏差平均最小，以確定梁體實際無應力的就位基準線和第I批次梁段焊后的即時相位。該焊后即時相位O的轉角項和豎移項的計算公式為
( Aa°'A = OAv0-4 OU⑷
V2Nt
式中為第I批次梁段焊后即時相位的轉角項；為第I批次梁段焊后即時相位的豎移項。5)求解基準相位下第I批次梁體各控制點的換算高程及其與理論的偏差將第I批次梁體各控制點的焊后實測高程由其即時相位換算到基準相位，各控制點換算標聞為yj^ = hfj — — (Xj' — Xi) ■ tu= hfj —(J = 1,2, ···,2N^) (5)式中y/為基準相位下控制點j的焊后實際高程，Xj為控制點j的里程坐標。第I批次梁體各控制點j的實際高程與理論值的偏差Λ &為 Ayj = yf - yf (j = 1,2,…JN1)(6)6)測量第二批次梁體頂推平臺上就位前的第一批次梁體末段梁高程，確定第二批次梁體就位的即時相位設第(i-Ι)(此處i = 2)批次梁段末段梁的編號為Ng，頂推到接拼梁狀態時兩控制點的實測標高為hf.j (J = IN1^ -以接拼梁后端控制點(編號為2U為轉心，第i批次梁體就位的即時相位(Aafe + Lyfc · i)的豎移項和轉角項可下式計算
(^yfc — ^itZN — yfwi-ij ^0c _^1-Iry- ))(7)式中yf (j = 2NL_t — 1,2^-0為基準相位下控制點j的實際高程。當i=2時，
yf已由公式(5)求出。7)確定第二批次梁體就位即時相位下待拼梁段的就位高程設第i批次(此處i = 2)梁段數為Pi,對應梁段編號為Ul Ni (顯然=Ni =UPi),對應梁段控制點編號為2U1 2隊。若這些控制點直接以其在基準相位下達到理想無應力線形的標高為目標，則其就位高程y/(在即時相位下，下略)為y/ = yf + Lyfc + {Xj - x2N._J ■ tan(Aaf-c) (j = 2Nt_x + I 21^ + IPi) (8)式中χ」為各控制點j的里程坐標。Xj 5 XjP , (j = 2+ 1~2#￡_! + 2Pi)(9)若考慮接拼梁標高偏差(在基準相位下的實際值與理論值的偏差)的修正不在一個梁段完成(見圖4)，則控制點2U1 ZNi-^Pi的就位標高為yf = yf + Ckyfc + (xj - X2Ni-J ■ tan(Aaf'c) + (I - β)■ Ay2jv^1(j = 2Ni_1+l 2NH+2P) (10)式中β j為各控制點j (j = 2Ν^+1 ZNyZPi)的就位標高對接拼梁標高偏差的修正系數，取值為O I,如取#22^+1 = O，谷2聽_1+2 = 0.5= 0-5,βζΝ -^+ζ = 1.0, ..JhNi- +2Ρ = 控制點2Νη在基準相位下的實際高程與理論
聞程之差。8)測量第2批次梁體焊后高程，并確定焊后的即時相位設拼接的當前批次i (此處i = 2)各梁段和緊前批次(i-Ι)末段梁各控制點的焊后高程為=I,,…^N1)。以末段梁的尾端控制點(2D為轉心，焊后即
時相位的計算公式為
權利要求
1.一種頂推施工梁體無應力線形高精度實現的施工控制方法，其特征在于，根據拼裝平臺的長度將所有梁段分為P個批次，P為正整數，每一批次包括Pi段梁，Pi為正整數，i =1,2,…，P，具體施工控制方法包括如下步驟 1)確定第I批次梁體就位的即時相位； 第I批次梁體就位的即時相位，其轉角項為零，其位移項為剛體豎移量Ay1M; 2)計算第I批次梁體的就位高程y/; 設第I批次梁段數為P1，對應梁段編號為1，2，…，N1，則N1 = P1，對應梁段控制點編號為1，2，…，;第I批次梁體的就位高程<由下式確定
2.根據權利要求I所述的頂推施工梁體無應力線形高精度實現的施工控制方法，其特征在于，在測量第i批次梁體焊后高程之后，測量第i批次末端梁兩控制點高程之前，頂推梁體一段距離，該距離為第i+Ι批次各段梁體的總長度，其中i = 1,2, -,P-I0
全文摘要
本發明公開了一種頂推施工梁體無應力線形高精度實現的施工控制方法。所述施工控制方法包括如下步驟為1)確定第1批次梁體就位的即時相位；2)確定第1批次梁體的就位高程；3)確定第1批次梁體焊后即時相位；4)求解第1批次梁體的焊后換算高程；5)確定第2批次梁體就位的即時相位；6)確定第2批次梁體的就位高程；7)確定第2批次梁體焊后即時相位；8)求解第2批次梁體的焊后換算高程；9)重復步驟5)~8)至所有梁段在頂推平臺上拼裝完畢。本發明可方便地確定即時相位下的待拼梁段就位高程，獲得基準相位下已拼梁體的實際無應力線形及其與理論的偏差，從而確保頂推施工梁體無應力線形的高精度實現。
文檔編號E01D21/06GK102877421SQ201210343870
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者李傳習, 董創文, 李堯, 張玉平, 柯紅軍, 王琛, 彭亮 申請人:長沙理工大學