桥梁钢管拱肋施工控制方法技术

本发明专利技术公开一种桥梁钢管拱肋施工控制方法，包括：（1）建立拱肋节段三维模型并且对拱肋节段依次编号；（2）在吊装拱肋节段前，对拱肋节段进行温度测量，并且在所述拱肋节段吊装完成后对拱肋节段的实际位置进行测量，记录拱肋节段安装时间间隔；（3）在拱肋节段三维模型中，通过拱肋节段稳态温度场表达式计算安装后的拱肋节段变形情况，并根据施工地点的气象水文数据预测拱肋节段变形最小时间段；（4）通过合龙口调整装置调整合龙口位置尺寸并在预期时间内完成拱肋节段合龙施工作业。本发明专利技术通过对拱肋节段光照下变形跟踪以及估算预测合龙的最佳时间，为合龙施工提供有效支撑，确保合龙顺利进行及合龙后质量。

【技术实现步骤摘要】
桥梁钢管拱肋施工控制方法
本专利技术属于桥梁施工
，具体涉及了一种桥梁钢管拱肋施工控制方法。
技术介绍
目前桥梁越来越多，对于大跨度拱桥，大多采用两岸对称悬拼至拱顶合龙的方式施工。拱顶合龙一般是在合龙前先观察几天拱桥的变形情况，从而选择合适的合龙口尺寸及合龙温度时间，这在一定程度上减少了合龙时拱肋应力状态、温度变化等因素对结构影响，但观察数据样本小数据存在不确定，应力变化、温度影响变化等没有建立合适监测控制的方法工艺，其最终施工效果往往与设计目标偏离较大。公开号为CN111021224A的专利技术专利申请公开一种斜拉扣挂悬拼安装的钢管拱桥拱顶强迫合龙施工方法，通过连续数天观测温度及合龙口尺寸的变化情况，确定在温度相对稳定的时间段内进行合龙；并通过现场监测的结构应力状态，结合软件模拟计算结果和设计要求，综合研究确定在既定温度下的合龙口尺寸。首先在大悬臂状态通过扣挂体系调整合龙前的整体线形，然后采用合龙口精调装置进行强制精确调节合龙口尺寸，并采用临时锁定装置及时锁定部分合龙口，之后进行未锁定部分合龙短钢管的安装及焊接，最后拆除临时锁定装置并进行剩余部分合龙短钢管的安装。该技术方案通过简易装置及现场操作，可实现强迫合龙，保证了合龙后的拱桥应力状态与设计目标吻合，不仅能够保证合龙成桥线形，而且降低了传统合龙工艺导致的内部残余应力对结构影响，有利于提高桥梁的长期使用寿命。然而，上述技术方案仅是提出了施工的简单步骤，在实际施工作业过程中，还需要技术员做大量的数据监测、模拟计算等大量工作，对施工队伍提出较高的要求。<br>
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种消除日照温度影响的桥梁钢管拱肋施工控制方法。本专利技术通过对拱肋节段光照下变形跟踪以及估算预测合龙的最佳时间，为合龙施工提供有效支撑，确保合龙顺利进行及合龙后质量。本专利技术采用了以下技术方案：一种桥梁钢管拱肋施工控制方法，包括：(1)建立拱肋节段三维模型并且对拱肋节段依次编号；(2)在吊装拱肋节段前，对拱肋节段进行温度测量，并且在所述拱肋节段吊装完成后对拱肋节段的实际位置进行测量，记录拱肋节段安装时间间隔；(3)在拱肋节段三维模型中，通过拱肋节段稳态温度场表达式计算安装后的拱肋节段变形情况，并根据施工地点的气象水文数据预测拱肋节段变形最小时间段；(4)根据变形数据获取得到合龙的预期时间和合龙口位置尺寸，然后通过合龙口调整装置调整合龙口位置尺寸并在预期时间内完成拱肋节段合龙施工作业。本专利技术进一步说明，所述的拱肋节段稳态温度场表达式为钢管拱肋表面在日照下的稳态温度场表达式，具体为：其中：在上述式子中：R为钢管拱肋的外半径；θ为钢管拱肋截面外径上的任意两点间的圆心角；ub(θ)为正对阳光面钢管拱壁表面温度；uc(θ)为背对阳光面钢管拱壁表面温度；为一个代数，具体指代为一个代数，具体指代ua为气温值；Jn为钢管拱肋截面外径上光照直射点n的光照强度；β为空气对流热交换系数；ξ为太阳辐射吸收系数；λ为一个代数，具体指代k(x,y,z)为x,y,z为方向的热传导系数，钢材取48W/(m.℃)；c为微元体的定压热容，钢材取0.475kJ/(kg.℃)；ρ为微元体的密度，钢材取7850kJ/m3。本专利技术进一步说明，所述的拱肋节段稳态温度场表达式是利用傅里叶定律推导光照条件下未灌浆的拱肋截面表面温度分布解析式，具体为：1)阳光相对于钢管截面水平线角度的影响，忽略阳光的方位角，在仅考虑阳光高度角的情况下设钢管拱截面圆心与日心连线交钢管拱外径于n点，钢管拱截面外径上的任一点m与n点间的圆心角为θ，则两点受到的光照强度间的关系式为Jm＝Jncosθ；2)在dt的时间内，在圆心角为dθ内的拱壁吸收的热量：其中，R为钢管拱的外半径；在光线的照射下，钢结构会产生由外到内的不均匀升温，使结构产生弯曲；依照傅里叶定律，钢管在光照下存在以下关系：令当物体内的热量为稳态时有式中：JT为截面法向的热流密度[kj/(M.h.℃)]；R为钢管拱的外半径；T为物体的瞬态温度℃；为物体相对方向温度梯度；k(x,y,z)为x,y,z为方向的热传导系数，钢材取48W/(m.℃)；c为微元体的定压热容，钢材取0.475kJ/(kg.℃)；ρ为微元体的密度，钢材取7850kJ/m3；pv为内热源强度；3)在以北京时间为标准记录的24小时中，太阳辐射在同一时段的强度和方向会随地球上的四季变化而变化；按照经验解析式，太阳的最大辐射强度Jn的表示如式(7)～(16)所示：I0＝1367×[1+0.033cosN](kW/m2)(7)δ＝23.45°sin[284+N](8)td＝0.165sin2θN-0.025sinθN-0.123cosθN(10)θN＝360°×(N-81)/364(11)τ＝(12-t)×15°(12)sinθh＝sinδsinω+cosτcosωcosδ(13)cosθl＝(sinωcosτcosδ-cosωsinδ)/cosθh(14)Jn＝I0cosγ(16)式中，I0为太阳常数，N为日序数，δ为太阳倾角，t为真太阳时，td为时差，tb为北京时间，θh为太阳高度角，θl为太阳方位角，ω为建筑所在地理纬度，γ为太阳入射角，σ为拱肋截面高度角，μ为拱肋截面方位角；4)当钢管处于热平衡状态即钢管上各点的温度都处于稳态时，根据光照条件，可以解算出三个边界条件解析式分别为：q(θ)＝β[u(θ)-ua](19)式中，β表示空气对流热交换系数，根据经验解析式其中ΔT为物体表面与空气温度差，v为风速；ua表示气温；根据稳态热平衡条件可以得到解析式：加入代数进行换算，换算表为：依照式(17)～式(20)，可以推导钢管表面的稳态温度：钢管拱表面的换算整体温度通过以下解析式计算：钢管拱肋的最大温度差为：Δu＝ub(0)-uc(π)(24)以上的解析式都是假定钢管拱肋在光照条件下瞬间达到稳态作为前提条件。本专利技术的优点：本专利技术在拱肋节段吊装及施工过程中对拱肋节段在光照下变形情况进行模拟跟踪，具体是根据建立的稳态温度场表达式结合有限元软件计算模拟得到拱肋节段的变形情况，并依据气象数据预测后续数日的变形情况，估算预测合龙的最佳时间，为合龙施工提供有效支撑，确保合龙顺利进行及合龙后质量。附图说明图1是本专利技术工程实例中四肢桁架钢管拱桥梁立面图。图2是本专利技术工程实例中拱肋6#段左下弦管两侧24小时温度监测结果曲线图。图3是本专利技术工程实例中拱肋左上弦管各段24小时温度监测结果曲线图。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥梁钢管拱肋施工控制方法，其特征在于，包括：/n(1)建立拱肋节段三维模型并且对拱肋节段依次编号；/n(2)在吊装拱肋节段前，对拱肋节段进行温度测量，并且在所述拱肋节段吊装完成后对拱肋节段的实际位置进行测量，记录拱肋节段安装时间间隔；/n(3)在拱肋节段三维模型中，通过拱肋节段稳态温度场表达式计算安装后的拱肋节段变形情况，并根据施工地点的气象水文数据预测拱肋节段变形最小时间段；/n(4)根据变形数据获取得到合龙的预期时间和合龙口位置尺寸，然后通过合龙口调整装置调整合龙口位置尺寸并在预期时间内完成拱肋节段合龙施工作业。/n

【技术特征摘要】
1.一种桥梁钢管拱肋施工控制方法，其特征在于，包括：
(1)建立拱肋节段三维模型并且对拱肋节段依次编号；
(2)在吊装拱肋节段前，对拱肋节段进行温度测量，并且在所述拱肋节段吊装完成后对拱肋节段的实际位置进行测量，记录拱肋节段安装时间间隔；
(3)在拱肋节段三维模型中，通过拱肋节段稳态温度场表达式计算安装后的拱肋节段变形情况，并根据施工地点的气象水文数据预测拱肋节段变形最小时间段；
(4)根据变形数据获取得到合龙的预期时间和合龙口位置尺寸，然后通过合龙口调整装置调整合龙口位置尺寸并在预期时间内完成拱肋节段合龙施工作业。


2.根据权利要求1所述的桥梁钢管拱肋施工控制方法，其特征在于：所述的拱肋节段稳态温度场表达式为钢管拱肋表面在日照下的稳态温...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，廖辉，郝天之，邓年春，胡显辉，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45