桥梁施工平衡提升技术探析

摘要：本文主要是对桥梁施工的平衡提升技术进行说明和分析，平衡提升技术是桥梁施工当中的新方法，其显著的优势就在于使用的过程简单、工期较短且能够将成本控制在较低的水平，因此在实际当中有推广使用的意义和必要性。平衡提升技术的核心在于将桥梁的主梁竖向制作，并旋转至指定位置。
关键词：桥梁施工，平衡提升法，主梁

一、背景介绍

本文所介绍的桥梁施工平衡提升技术主要是指在进行桥梁施工建设的时候首先在竖直方向上进行混凝土拱肋的制作，制作完成以后再将拱肋整体旋转至指定位置之上，这样一种新式桥梁施工技术的优势就在于能够在施工过程当中减少支架的利用，在很大程度上简化施工工艺、降低施工成本并缩短施工周期，从施工成本和施工进度上来讲都是非常有利的。

二、平衡提升法

在桥梁施工过程当中，与桥墩保持平衡状态的主梁施工过程相对而言比较容易完成，但是在后续将其旋转至指定位置处则还需要采取必要的辅助措施，具体来说，就是采用部分辅助构件来承担竖转过程当中的作用力。下文中将对其进行具体的说明和分析。

2.1 压力平衡提升

压杆的平衡提升如下图所示，其中压杆、主梁以及桥墩之间共同构成一个静定结构，且其形状随着压杆本身的移动而不断发生变化。在此过程当中，△ABC也是处于动态变化过程当中的，α的变化区间为0°到60°，β的变化区间为0°到150°，γ角的变化区间为0到90°；且结构内各个杆件的受力状况都是可以通过平衡条件来进行求解和计算的。

图

一、压杆平衡提升示意图

由图可见，存在与主梁之上的恒定载荷是作用于绞点B的压杆和绞点C的桥墩的，并检测定A、B两个支点承担压杆自重。根据绞点B竖直方向和水平方向上作用力的平衡我们就可以推导出压杆上的压力和主梁上的拉力。


在此基础上更近一步的结合A点竖直方向上力的平衡就可以得到所需要求的提升力L：

2.2 拉杆平衡提升

在桥梁施工过程当中拉杆提升法可以由图二来进行表示：拉杆、主梁以及桥墩共同构成静定结构，并结合提升主梁的端点来共同形成桥梁，在这样一种状况下，拉杆和主梁所承受的内力就均能够通过平衡方程求得。在这其中需要注意的一点就是拉杆的自重远小于主梁，因此在进行计算时完全可以忽略。由此，我们就可以得到拉杆的内力T和主梁的内力C分别如下所示：


而提升力则通过D点竖向的平衡方程求得为：

图

二、拉力平衡提升示意图

三、现场试验分析

在桥梁施工之前必须进行必要的现场试验，这主要是希望能够对新桥梁施工方法的可行性予以确定，在此过程当中具体涉及到两个方面的试验，一是压杆提升法的试验，二是拉杆提升法的试验，且两个试验当中所采用的压杆、主梁以及桥墩等均选择使用钢筋混凝土。压杆提升试验当中的桥梁主跨为150m，拉杆提升试验当中的桥梁主跨为170m，现场试验按照1：10的比例来进行。

3.1 压杆桥试验

图三当中给出了压杆桥的结构示意图，从图中我们就可以看到，悬臂主梁在没侧的长度为6.96m，采用宽0.64m、高0.4m的实体截面，额定重量为44.5kN，而压杆长度则为4.45m，采用宽0.3m、高0.3m的实体截面，四个螺栓将桥墩与基础牢固连接。

图

三、压杆桥结构示意图

在施工进行过程当中，为更好的加快施工速度以缩短桥梁工程建设的实际周期，往往就将桥墩的下部设计成为开口截面，而在上部进行提升设备安放装置的安装。在提升施工进行的过程当中，最为关键的部位就是节点处的转轴，节点A、B均按实际的比例进行缩放，结构断面均为曲面并以线接触的方式进行滚动，这样就可以在接触的过程当中实现力的传递；但节点C则设计为用眼孔螺栓承受拉力，这样做主要是因为C点如果按照实际的比例进行缩放的话是很难适应于试验过程的需求的。
试验进行过程当中，压杆的顶端A和顶端B均旋转60°角，与柱形截面相连接的主梁节点则转动90°角，在此过程当中就需要对节点B的曲率半径进行调整以保证其尽可能的与节点A的变化相协调，具体来说，压杆两端的曲率半径均为0.15的时候就要保证与梁体相连的压杆圆柱曲率半径为0.1m，并在此基础之上采取必要的措施来保证滚动面的精确尺寸，尤其是其中一些曲面钢板和混凝土结合位置处的制作。
在上述工作良好完成以后就需要进行构件的组装，主梁、桥墩以及压杆等都利用吊机来进行装配，将4个液压千斤顶都通过螺纹钢筋设置在墩顶以实现与压杆下端A点的连接，千斤顶在进油以后就能够实现对A点的提升作用使其提升至指定位置处，且在整个提升过程当中节点A与节点B都保持良好的线接触。我们在进行压杆的设计时，实际上是认为梁体全部的重量都按有压杆承受来考虑的，因此在压杆的受力确定以后，梁体内的实际作用力就可以通过上文中给出的公式计算得来，当整个施工完成桥梁达到指定位置以后，压杆以及主梁的全部重量就是由提升力来承受的。

3.2 拉杆桥试验

在进行拉杆桥试验时所使用的桥墩与上述压杆桥试验当中的保持一致，图四中所表示的是拉杆桥最终的成桥状况，在进行试验的过程当中，首先需要将两侧的主梁进行良好的组合和装配，然后再进行拉杆的安装，并将主梁由竖直的状态旋转至水平状

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态上去，这也就是需要主梁整体转动90°，由于整个转动过程都是在圆柱面上进行的，因此并不产生不良的摩擦。

图

四、拉杆桥最终的成桥状态

四、一座足尺桥设计方案实例分析

本例主要是建立在压杆桥现场试验的基础之上，拟建一座主跨152m的峡谷桥，试验按照10:1的比例来进行，为一定程度简化，在试验过程当中将桥的顶板、底板以及腹板都设计成为统一的0.3m，压杆、主梁以及桥墩的建设都采用自爬式模板来进行浇筑。现场试验过程当中混凝土的应力值相对比较下，因此梁体内不存在后张预应力，主梁在进行提升的全过程当中都只收到压力的作用。现场试验采用的主要辅助设备就是张拉杆件和千斤顶，千斤顶的应用主要是因为本文当中涉及到的提升重量达到27000kN，以此必须采用专门的液压千斤顶来完成提升工作。在此过程当中一个相当有趣的现象就是尽管试验当中采用的尺寸以及压力都和实际状况有着较大的区别，但是其实际的接触应力则基本上没有太大的出入。
提升工作可以聘请专业的单位来进行，主梁在进行提升时所涉及到的压应力值都比较小，而拉应力则需要通过后张预应力的施加来予以抵消。事实上，在以往的桥梁施工过程当中，带拉杆和带压杆的桥梁建设都是有先例的，但是在这样一些桥梁的建设过程当中都是先进行主梁的建设然后再进行拉杆或者是压杆的安装的，只有平衡提升法能够将这样两项工作同时进行，从而在缩短施工周期的同时减少成本的投入。
结语：通过上文的说明和分析我们可看出，平衡提升法和常规的桥梁设计施工方法最大的区别就在与平衡提升法当中主梁是在竖直方向上修建完成以后再通过旋转到达指定水平位置的，因此在进行主梁的施工时完全可以参照桥墩采用自爬升模板的方式来进行，这对于施工工艺的简化以及施工周期的缩短都是有着较为显著的好处的。在这其中，考虑到拉杆以及压杆兼做中间支点并辅助主梁的施工，且和悬臂法施工相比之下，由于其主梁断面尺寸的减小也就能够使得钢筋等材料用量的减少，这就意味着平衡提升法对于施工成本的节约也是有着一定影响的。经过长期的工程实践和不断的摸索总结，我们认为，平衡提升法在一些桥墩比较高且主跨比较大的桥梁当中有着较好的应用效果。
参考文献：
辛斌，周璞.桥梁施工平衡提升法[J].世界桥梁，2009（3）
周峰，武斌.浅析后张法预应力桥梁施工工艺[J].城市建设理论研究，2012（3）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。