桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法

《桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法》涉及一种桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法。

钢桁腹PC桥梁的顶板和底板均为混凝土结构，腹板由中空钢管混凝土代替。传统的桥梁从材料上分为钢梁桥，钢筋混凝土桥梁，钢-混凝土桥梁。钢筋混凝土桥梁具有造价较低、耐久性好、耐火性好，维修费用少等优点，但存在结构自重大、抗裂性差、施工周期长、跨越能力有限等缺点。钢梁桥适用于城市交通复杂的桥梁及大跨度桥梁，施工快捷、安全方便。但是存在造价高、耐火性差、维护费用高等缺陷。钢-混凝土组合梁，具有充分发挥材料力学优点、耐疲劳、延性好、稳定性好、降低冲击系数等优势。钢-混组合梁桥跨中为正弯矩，混凝土受压，钢板受拉，充分发挥了材料力学优点；但支点截面负弯矩大，混凝土桥面板处于受拉区，容易开裂，影响结构安全。

在钢桁腹PC桥梁的大悬臂施工过程中，需利用顶推法架设连续梁，即采用预制一段，顶推一段的方法。一般通过长行程千斤顶进行多次顶推，即千斤顶重复顶推和回程的工序，这样不连续的顶推，耗时耗力，施工进程慢，多次重复起动易损坏四氟滑板，施工成本高。

图1为《桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法》桥梁磁悬浮顶推系统的较佳实施方式的结构示意图。

图2至图5为钢桁腹桥梁的悬臂施工过程的状态示意图。

图6为钢桁腹桥梁的悬臂建造方法的流程图。

2018年12月20日，《桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法》获得第二十届中国专利优秀奖。

下面将结合附图以及具体实施方式，对《桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法》做进一步描述：

请参见图1至图5，《桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法》涉及一种桥梁磁悬浮顶推系统，其较佳实施方式包括磁悬浮顶推主梁中空箱形结构和磁悬浮顶推平台。磁悬浮顶推平台包括顶推台座1、千斤顶2、两底面钢板5、两电磁铁30、两四氟滑板4、若干钢管混凝土滚轴3和顶推牵引锚垫板15。磁悬浮顶推主梁中空箱形结构包括钢桁腹桥梁框架和两永久磁铁29。

顶推台座1安装于桥台90的右末端上，千斤顶2安装于顶推台座1上，两底面钢板5分别预埋于桥台90顶面的左端和右端，每一底面钢板5上安装有一四氟滑板4，钢管混凝土滚轴3均匀排布于每一四氟滑板4上，桥台90的顶面开设两间隔排列的凹槽，两凹槽位于两底面钢板5之间，每一电磁铁30安装于对应的一凹槽内。两永久磁铁29均安装于钢桁腹桥梁框架的底面，钢桁腹桥梁框架位于钢管混凝土滚轴3上时，两永久磁铁29分别正对两电磁铁30。每一电磁铁30的线圈的一端通过开关S连接电源的负极，每一电磁铁30的线圈的另一端通过可变电阻P连接电源的正极。当开关S闭合时，每一电磁铁30和对应的永久磁铁29相对的末端的极性相同，例如均为南极或北极，以产生相斥的作用力顶推钢桁腹桥梁框架，从而使得钢桁腹桥梁框架悬浮于桥台90上方，减少摩擦力和阻力，降低施工成本。通过调节可变电阻P可调节每一电磁铁30和对应的永久磁铁29之间斥力的大小，从而调节钢桁腹桥梁框架相对桥台90的距离，可进行连续顶推作业，无需间断顶推，施工进程快，施工安全高效。断开开关S，电磁铁30不产生磁场力，停止顶推钢桁腹桥梁框架，安全性高，操作方便。

其中该钢桁腹桥梁框架包括两钢桁腹7、两顶面通长钢板8、两顶面通长加劲板9、两底面通长钢板11、顶面横向钢板24、顶面横向钢板加劲板25、底面横向钢板26、底面横向钢板加劲板27、两半圆型定位钢12、两压型钢板10。每一钢桁腹7分别安装于一顶面通长钢板8和一底面通长钢板11之间，两顶面通长加劲板9分别安装于两顶面通长钢板8上，两半圆型定位钢12分别安装于两底面通长钢板11的外侧，顶面横向钢板24安装于两顶面通长钢板8之间，顶面横向钢板加劲板25安装于顶面横向钢板24上，底面横向钢板26安装于两底面通长钢板11之间，底面横向钢板加劲板27安装于底面横向钢板26上。两压型钢板10分别安装于顶面横向钢板24和底面横向钢板26的底壁。

磁悬浮顶推主梁中空箱形结构还包括预应力束6、混凝土顶板14和混凝土底板13，顶面横向钢板24和两顶面通长钢板8上方预埋有该预应力束6，混凝土顶板14浇筑于顶面横向钢板24和两顶面通长钢板8上，混凝土底板13浇筑于底面横向钢板26和两底面通长钢板11上。

顶推牵引锚垫板15安装于压型钢板10的中部，千斤顶2的拉索端头固定于顶推牵引锚垫板15上，以解决顶推端部下挠及支点负弯矩过大的问题，从而减小悬臂挠度。

请参见图6，《桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法》涉及一种两阶段悬臂建造方法，其包括以下步骤：

步骤S01：构建磁悬浮顶推平台。具体如下，在桥台90的右末端上安装顶推台座1，将千斤顶2安装于顶推台座1上，将两底面钢板5分别预埋于桥台90顶面的左端和右端，将每一四氟滑板4安装于对应的一底面钢板5上，将钢管混凝土滚轴3均匀排布于每一四氟滑板4上。在桥台90的顶面开设两间隔排列的凹槽，且两凹槽位于两底面钢板5之间，每一电磁铁30安装于对应的一凹槽内。每一电磁铁30的线圈的一端通过开关S连接电源的负极，每一电磁铁30的线圈的另一端通过可变电阻P连接电源的正极。

步骤S02：构建磁悬浮顶推主梁中空箱形结构。具体如下，将两永久磁铁29安装于钢桁腹桥梁框架的底面。其中，该钢桁腹桥梁框架包括两钢桁腹7、两顶面通长钢板8、两顶面通长加劲板9、两底面通长钢板11、顶面横向钢板24、顶面横向钢板加劲板25、底面横向钢板26、底面横向钢板加劲板27、两半圆型定位钢12、两压型钢板10。每一钢桁腹7分别安装于一顶面通长钢板8和一底面通长钢板11之间，两顶面通长加劲板9分别安装于两顶面通长钢板8上，两半圆型定位钢12分别安装于两底面通长钢板11的外侧，顶面横向钢板24安装于两顶面通长钢板8之间，顶面横向钢板加劲板25安装于顶面横向钢板24上，底面横向钢板26安装于两底面通长钢板11之间，底面横向钢板加劲板27安装于底面横向钢板26上。两压型钢板10分别安装于顶面横向钢板24和底面横向钢板26的底壁。

在顶面横向钢板24和两顶面通长钢板8上方预埋预应力束6，在顶面横向钢板24和两顶面通长钢板8上浇筑混凝土顶板14，在底面横向钢板26和两底面通长钢板11上浇筑混凝土底板13，以最终形成节段钢桁腹PC桥梁的主梁中空箱形结构。

步骤S03：将上述主梁中空箱形结构放置于磁悬浮顶推平台的钢管混凝土滚轴3上，闭合开关S，每一电磁铁30和对应的永久磁铁29相对的末端的极性相同，以产生相斥的作用力顶推钢桁腹桥梁框架，从而使得上述主梁中空箱形结构悬浮于磁悬浮顶推平台上方，可减少推拉时的摩擦力和阻力，降低施工成本。通过调节可变电阻P可调节每一电磁铁30和对应的永久磁铁29之间斥力的大小，从而调节钢桁腹桥梁框架相对桥台90的距离，可进行连续顶推作业，无需间断顶推，施工进程快，施工安全高效。

将千斤顶2的拉索端头固定于顶推牵引锚垫板15上。

步骤S04：张拉上述主梁中空箱形结构的预应力束6，以将上述主梁中空箱形结构顶推到位，再通过安装于桥墩80的卷扬机32牵引方向，直至牵引到位，并通过千斤顶2顶推该顶推牵引锚垫板15，以防止梁端下挠。

步骤S05：建造悬臂。具体如下，通过安装于桥墩80的千斤顶31抬升上述主梁中空箱形结构，再在桥台90上安装临时支座（图未示）。将悬臂横向间断钢板17的一端分别焊接于顶面通长钢板8的末端，将悬臂横向间断钢板加劲板28焊接于悬臂横向间断钢板17上，将悬臂通长钢板19焊接于悬臂横向间断钢板17的另一端，将悬臂通长钢板加劲板20安装于悬臂通长钢板19上，将悬臂斜撑定位钢板18安装于悬臂通长钢板19的底面，将斜撑钢管16的上端焊接于悬臂斜撑定位钢板18上，将斜撑钢管16的下端安装于半圆型定位钢板12上。将悬臂压型钢板21安装于悬臂横向间断钢板加劲板28上，并安装抗剪焊钉23，在悬臂压型钢板21和悬臂通长钢板19上浇筑悬臂混凝土顶板22。

上述步骤S01和步骤S02不分先后顺序。

上述发明在钢桁腹桥梁的悬臂施工制造工序分为两个阶段，第一阶段预先构建磁悬浮顶推平台和磁悬浮顶推主梁中空箱形结构，再通过磁场斥力顶推磁悬浮顶推主梁中空箱形结构，以减少推拉牵引时的摩擦力和阻力，可进行连续顶推作业，无需间断顶推，施工进程快，施工安全高效，降低施工成本，顶推运行时噪音小，无需燃油，环保节能，操作简单。第二阶段再进行构建悬臂。整个施工过程安全快捷，施工成本低。

桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法专利目的

《桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法》的目的旨在于提供一种桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法，方便顶推，施工工期短，施工成本低，施工安全高效。

桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法技术方案

《桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法》采用如下技术方案：

一种桥梁磁悬浮顶推系统，其包括磁悬浮顶推主梁中空箱形结构和磁悬浮顶推平台；磁悬浮顶推平台包括顶推台座、两底面钢板、两电磁铁、两四氟滑板和若干钢管混凝土滚轴；磁悬浮顶推主梁中空箱形结构包括钢桁腹桥梁框架和两永久磁铁；

顶推台座安装于桥台的右末端上，两底面钢板分别预埋于桥台顶面的左端和右端，每一底面钢板上安装有一四氟滑板，钢管混凝土滚轴均匀排布于每一四氟滑板上，桥台的顶面开设两间隔排列的凹槽，两凹槽位于两底面钢板之间，每一电磁铁安装于对应的一凹槽内；两永久磁铁均安装于钢桁腹桥梁框架的底面，钢桁腹桥梁框架位于钢管混凝土滚轴上时，两永久磁铁分别正对两电磁铁；每一电磁铁的线圈的一端通过开关连接电源的负极，每一电磁铁的线圈的另一端通过可变电阻连接电源的正极；当开关S闭合时，每一电磁铁和对应的永久磁铁相对的末端的极性相同。

该钢桁腹桥梁框架包括两钢桁腹、两顶面通长钢板、两顶面通长加劲板、两底面通长钢板、顶面横向钢板、顶面横向钢板加劲板、底面横向钢板、底面横向钢板加劲板、两半圆型定位钢、两压型钢板；每一钢桁腹分别安装于一顶面通长钢板和一底面通长钢板之间，两顶面通长加劲板分别安装于两顶面通长钢板上，两半圆型定位钢分别安装于两底面通长钢板的外侧，顶面横向钢板安装于两顶面通长钢板之间，顶面横向钢板加劲板安装于顶面横向钢板上，底面横向钢板安装于两底面通长钢板之间，底面横向钢板加劲板安装于底面横向钢板上；两压型钢板分别安装于顶面横向钢板和底面横向钢板的底壁。

磁悬浮顶推主梁中空箱形结构还包括预应力束、混凝土顶板和混凝土底板，顶面横向钢板和两顶面通长钢板上方预埋有该预应力束，混凝土顶板浇筑于顶面横向钢板和两顶面通长钢板上，混凝土底板浇筑于底面横向钢板和两底面通长钢板上。

磁悬浮顶推平台还包括千斤顶和顶推牵引锚垫板，千斤顶安装于顶推台座上，顶推牵引锚垫板安装于压型钢板的中部，千斤顶的拉索端头固定于顶推牵引锚垫板上。

《桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法》还涉及以下技术方案：

一种两阶段悬臂建造方法，其包括以下步骤：

步骤A：构建磁悬浮顶推平台；

在桥台的右末端上安装顶推台座，将千斤顶安装于顶推台座上；将两底面钢板分别预埋于桥台顶面的左端和右端，将每一四氟滑板安装于对应的一底面钢板上，将钢管混凝土滚轴均匀排布于每一四氟滑板上；在桥台的顶面开设两间隔排列的凹槽，且两凹槽位于两底面钢板之间，每一电磁铁安装于对应的一凹槽内；每一电磁铁的线圈的一端通过开关连接电源的负极，每一电磁铁的线圈的另一端通过可变电阻连接电源的正极；

步骤B：构建磁悬浮顶推主梁中空箱形结构；

将两永久磁铁安装于钢桁腹桥梁框架的底面，两永久磁铁之间的位置与两电磁铁之间位置相匹配对应；

步骤C：将上述主梁中空箱形结构放置于磁悬浮顶推平台的钢管混凝土滚轴上，闭合开关，每一电磁铁和对应的永久磁铁相对的末端的极性相同，以产生相斥的作用力顶推钢桁腹桥梁框架；将千斤顶的拉索端头固定于顶推牵引锚垫板上；

步骤D：张拉上述主梁中空箱形结构的预应力束，通过安装于桥墩的卷扬机牵引方向，以将上述主梁中空箱形结构牵拉到位；通过千斤顶顶推该顶推牵引锚垫板；

步骤E：建造悬臂；

通过安装于桥墩的千斤顶抬升上述主梁中空箱形结构，再在桥台上安装临时支座；将悬臂横向间断钢板的一端分别焊接于顶面通长钢板的末端，将悬臂横向间断钢板加劲板焊接于悬臂横向间断钢板上，将悬臂通长钢板焊接于悬臂横向间断钢板的另一端，将悬臂通长钢板加劲板安装于悬臂通长钢板上，将悬臂斜撑定位钢板安装于悬臂通长钢板的底面，将斜撑钢管的上端焊接于悬臂斜撑定位钢板上，将斜撑钢管的下端安装于半圆型定位钢板上；将悬臂压型钢板安装于悬臂横向间断钢板加劲板上，并安装抗剪焊钉，在悬臂压型钢板和悬臂通长钢板上浇筑悬臂混凝土顶板。

步骤B中的钢桁腹桥梁框架包括两钢桁腹、两顶面通长钢板、两顶面通长加劲板、两底面通长钢板、顶面横向钢板、顶面横向钢板加劲板、底面横向钢板、底面横向钢板加劲板、两半圆型定位钢、两压型钢板；每一钢桁腹分别安装于一顶面通长钢板和一底面通长钢板之间，两顶面通长加劲板分别安装于两顶面通长钢板上，两半圆型定位钢分别安装于两底面通长钢板的外侧，顶面横向钢板安装于两顶面通长钢板之间，顶面横向钢板加劲板安装于顶面横向钢板上，底面横向钢板安装于两底面通长钢板之间，底面横向钢板加劲板安装于底面横向钢板上；两压型钢板分别安装于顶面横向钢板和底面横向钢板的底壁。

步骤B还包括以下子步骤：

在顶面横向钢板和两顶面通长钢上方预埋预应力束；在顶面横向钢板和两顶面通长钢板上浇筑混凝土顶板，在底面横向钢板和两底面通长钢板上浇筑混凝土底板。

桥梁磁悬浮顶推系统及两阶段悬臂建造方法有益效果

上述发明在钢桁腹桥梁的悬臂施工制造工序分为两个阶段，第一阶段预先构建磁悬浮顶推平台和磁悬浮顶推主梁中空箱形结构，再通过磁场斥力顶推磁悬浮顶推主梁中空箱形结构，改变了以往第一阶段就顶推整个桥梁段的做法，减小顶推荷载的同时，通过磁悬浮结构降低接触面的压力，极大的减少推拉牵引时的摩擦力和阻力，可进行连续顶推作业，无需间断顶推，施工进程快，施工安全高效，降低施工成本，顶推运行时噪音小，无需燃油，环保节能，操作简单。第二阶段再进行构建悬臂。整个施工过程安全快捷，施工成本低。

1.一种桥梁磁悬浮顶推系统，其特征在于：其包括磁悬浮顶推主梁中空箱形结构和磁悬浮顶推平台；磁悬浮顶推平台包括顶推台座、两底面钢板、两电磁铁、两四氟滑板和若干钢管混凝土滚轴；磁悬浮顶推主梁中空箱形结构包括钢桁腹桥梁框架和两永久磁铁；顶推台座安装于桥台的右末端上，两底面钢板分别预埋于桥台顶面的左端和右端，每一底面钢板上安装有一四氟滑板，钢管混凝土滚轴均匀排布于每一四氟滑板上，桥台的顶面开设两间隔排列的凹槽，两凹槽位于两底面钢板之间，每一电磁铁安装于对应的一凹槽内；两永久磁铁均安装于钢桁腹桥梁框架的底面，钢桁腹桥梁框架位于钢管混凝土滚轴上时，两永久磁铁分别正对两电磁铁；每一电磁铁的线圈的一端通过开关连接电源的负极，每一电磁铁的线圈的另一端通过可变电阻连接电源的正极；当开关S闭合时，每一电磁铁和对应的永久磁铁相对的末端的极性相同。

2.如权利要求1所述的桥梁磁悬浮顶推系统，其特征在于：该钢桁腹桥梁框架包括两钢桁腹、两顶面通长钢板、两顶面通长加劲板、两底面通长钢板、顶面横向钢板、顶面横向钢板加劲板、底面横向钢板、底面横向钢板加劲板、两半圆型定位钢、两压型钢板；每一钢桁腹分别安装于一顶面通长钢板和一底面通长钢板之间，两顶面通长加劲板分别安装于两顶面通长钢板上，两半圆型定位钢分别安装于两底面通长钢板的外侧，顶面横向钢板安装于两顶面通长钢板之间，顶面横向钢板加劲板安装于顶面横向钢板上，底面横向钢板安装于两底面通长钢板之间，底面横向钢板加劲板安装于底面横向钢板上；两压型钢板分别安装于顶面横向钢板和底面横向钢板的底壁。

3.如权利要求2所述的桥梁磁悬浮顶推系统，其特征在于：磁悬浮顶推主梁中空箱形结构还包括预应力束、混凝土顶板和混凝土底板，顶面横向钢板和两顶面通长钢板上方预埋有该预应力束，混凝土顶板浇筑于顶面横向钢板和两顶面通长钢板上，混凝土底板浇筑于底面横向钢板和两底面通长钢板上。

4.如权利要求2所述的桥梁磁悬浮顶推系统，其特征在于：磁悬浮顶推平台还包括千斤顶和顶推牵引锚垫板，千斤顶安装于顶推台座上，顶推牵引锚垫板安装于压型钢板的中部，千斤顶的拉索端头固定于顶推牵引锚垫板上。

5.一种两阶段悬臂建造方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤A：构建磁悬浮顶推平台；在桥台的右末端上安装顶推台座，将千斤顶安装于顶推台座上；将两底面钢板分别预埋于桥台顶面的左端和右端，将每一四氟滑板安装于对应的一底面钢板上，将钢管混凝土滚轴均匀排布于每一四氟滑板上；在桥台的顶面开设两间隔排列的凹槽，且两凹槽位于两底面钢板之间，每一电磁铁安装于对应的一凹槽内；每一电磁铁的线圈的一端通过开关连接电源的负极，每一电磁铁的线圈的另一端通过可变电阻连接电源的正极；步骤B：构建磁悬浮顶推主梁中空箱形结构；将两永久磁铁安装于钢桁腹桥梁框架的底面，两永久磁铁之间的位置与两电磁铁之间位置相匹配对应；步骤C：将上述主梁中空箱形结构放置于磁悬浮顶推平台的钢管混凝土滚轴上，闭合开关，每一电磁铁和对应的永久磁铁相对的末端的极性相同，以产生相斥的作用力顶推钢桁腹桥梁框架；将千斤顶的拉索端头固定于顶推牵引锚垫板上；步骤D：张拉上述主梁中空箱形结构的预应力束，通过安装于桥墩的卷扬机牵引方向，以将上述主梁中空箱形结构牵拉到位；通过千斤顶顶推该顶推牵引锚垫板；步骤E：建造悬臂；通过安装于桥墩的千斤顶抬升上述主梁中空箱形结构，再在桥台上安装临时支座；将悬臂横向间断钢板的一端分别焊接于顶面通长钢板的末端，将悬臂横向间断钢板加劲板焊接于悬臂横向间断钢板上，将悬臂通长钢板焊接于悬臂横向间断钢板的另一端，将悬臂通长钢板加劲板安装于悬臂通长钢板上，将悬臂斜撑定位钢板安装于悬臂通长钢板的底面，将斜撑钢管的上端焊接于悬臂斜撑定位钢板上，将斜撑钢管的下端安装于半圆型定位钢板上；将悬臂压型钢板安装于悬臂横向间断钢板加劲板上，并安装抗剪焊钉，在悬臂压型钢板和悬臂通长钢板上浇筑悬臂混凝土顶板。

6.如权利要求5所述的两阶段悬臂建造方法，其特征在于：步骤B中的钢桁腹桥梁框架包括两钢桁腹、两顶面通长钢板、两顶面通长加劲板、两底面通长钢板、顶面横向钢板、顶面横向钢板加劲板、底面横向钢板、底面横向钢板加劲板、两半圆型定位钢、两压型钢板；每一钢桁腹分别安装于一顶面通长钢板和一底面通长钢板之间，两顶面通长加劲板分别安装于两顶面通长钢板上，两半圆型定位钢分别安装于两底面通长钢板的外侧，顶面横向钢板安装于两顶面通长钢板之间，顶面横向钢板加劲板安装于顶面横向钢板上，底面横向钢板安装于两底面通长钢板之间，底面横向钢板加劲板安装于底面横向钢板上；两压型钢板分别安装于顶面横向钢板和底面横向钢板的底壁。

7.如权利要求6所述的两阶段悬臂建造方法，其特征在于：步骤B还包括以下子步骤：在顶面横向钢板和两顶面通长钢上方预埋预应力束；在顶面横向钢板和两顶面通长钢板上浇筑混凝土顶板，在底面横向钢板和两底面通长钢板上浇筑混凝土底板。

2012年前，桥梁施工方法中所用到的顶推架设主要为桁架梁单幅单顶进行顶推架设的方法，即在每个桁架主梁上安装一个千斤顶，每次行程顶推完毕后，需要拆下千斤顶然后再重新安装千斤顶在桁架梁另一个位置才能进行下一次的顶推，这样的单幅单片顶推架设方法不能实现桁架梁的连续顶推以及两个桁架主梁的同时整体顶推、横移，尤其不能满足自身稳定性较差的倒三角形式主梁的顶推架设。