某下承式鋼結構橋梁工程制備技術

胡 杰 熊 波 蔣永揚 王 杰

(浙江中南建設集團鋼結構有限公司，浙江 杭州 310000)

隨著橋梁結構設計、施工水平不斷提高，越來越多的異形橋梁結構得以應用。其中，以箱型截面鋼拱肋為主要承重結構、鋼箱梁為主橋體結構的橋梁結構，具有造型美觀、跨度大、結構輕盈、自重小等特點；充分發揮拱結構與梁體的優點，達到節省材料和提高截面承載力要求，而被廣泛應用于大跨度橋梁結構中。

1 工程概況

某下承式鋼結構拱梁組合大橋工程全長104.44 m，橋面寬37.50 m。主橋采用下承式鋼箱拱橋，整體建筑造型優美、呈流線型，效果圖見圖1。

該大橋主要結構包括：混凝土橋臺、橋體鋼箱主梁、鋼拱肋、傳力吊桿。上部結構為78 m下承式梁拱組合體系橋，計算跨徑76 m；鋼拱肋矢高16 m，矢跨比為1∶4.75，拱軸線在拱肋平面內為二次拋物線；主梁斷面采用封閉式鋼箱梁；吊桿采用GJ鋼絞線整束擠壓，平行布置，索距4.0 m。下部結構采用輕型重力式橋臺，基礎為承臺接樁基礎。其主要結構示意圖如圖2所示。

2 制備關鍵點及所面臨的問題

1)拱肋制備過程中，按各坐標參數進行分配將使拱肋造型線精度存在較大誤差；鋼拱肋各分段的界面方向設計及對接預留長度控制成為其組拼中的關鍵環節。

2)鋼箱梁結構制造過程中，橋體鋼箱梁結構內部板件組拼對接工作面多，對應不同板件的預留槽口數量多，其制備精度成為組拼作業中的決定性因素；同時，拼裝精度及效率低下。

3 實際制備方案

3.1 鋼拱肋制備方案

3.1.1預拱度與造型線精度同步控制

第一步建立整體結構分析模型，施加自重荷載、模擬施工荷載，得到拱肋在各施工荷載作用下的撓度值，將其中z方向變形數值轉變方向符號，得到初步預拱度值。不同節段撓度情況及撓度數據值見表1，節段及節點位置示意圖見圖3。按預拱度值，取一節段進行試驗制備。

第二步根據造型線方程，建立控制坐標系，記錄各項數據。結合撓度值逐段進行復核，實現預拱度造型線精度控制，相關數據見表2。

表1 恒載標準值加1/2活載標準值產生的撓度值

表2 造型線坐標結合撓度值對比數據

當對比數據誤差值在規定范圍內時，證明按該荷載模擬施加方式計算得出的預拱度設計值滿足其正常使用要求，同時保證造型線符合安裝要求。

3.1.2節段斷面

鋼拱肋節段斷面方向沿拱肋弧度徑向設置。按該方向設置時，由于拱肋內部橫隔板設置方向均為拱肋弧度徑向方向，當節段斷面采用相同方向設置時，內隔板與節段斷面相平行，提高內部橫隔板的安裝效率；同時由于拱肋的受力主要為垂直于橋面方向的剪力，避免分段截面與剪力作用方向重合而使連接處焊縫受荷加劇。

鋼拱肋進行分段后，在其節段組拼處設連接焊縫，焊縫位置應避開內部通長設置的加勁板或檢修通道、豎向吊桿連接板等構件。

3.1.3拱肋組拼

1)拱肋節段內結構側腹板上的加勁肋在組拼前需實現焊接完成，隨主要板件進行組拼；

2)將弧形腹板作為組拼底板，避免板件自重對起拱底板造成影響，便于拼裝平整度調整，保證組拼底板的平整度及調節效率；

3)將側腹板與立拼的結構底板組拼并形成L型結構基礎后，進行橫隔板的定位組拼；

4)結構頂板在組拼焊接時，將其分為三部分進行組拼，避免在其整體蓋拼時結構頂板與側腹板之間焊接環境照明條件弱，對焊接質量造成不利影響，具體過程見圖4。

3.2 橋體鋼箱主梁制備方案

3.2.1預留槽口全自動火焰切割

利用全自動火焰切割機對板件上預設的大量槽口進行切割，提高槽口精度及制備效率(見圖5)。

切割要點：1)目標板件與原材料板之間、同一排相鄰板件之間預留安全距離，以減小相鄰兩道熱切割工序相互之間的熱應力影響。在保證板件質量的同時，最大限度減小廢料，節約成本。2)根據不同邊長上所預設的槽口形狀不同，利用計算機編程將切割指令進行分類，按其切割機割炬所謂位置、高度、火焰強度等不同參數進行統籌安排。火焰切割機進行切割時，將不同切割位置的同類切割指令歸為同一階段；將切割行程及耗時足夠長的切割指令單獨作為一個階段，以此減小不同類型指令切換切割機行程耗時，提高切割效率。

3.2.2鋼箱梁組拼

1)拼裝胎架架設。根據劃分區塊單元最大尺寸投影面積來劃定拼裝區域面積。在劃定區域內按受力點分布先豎立H型鋼截面豎向支撐桿。豎向支撐桿高度存在不同，按底板組拼過程中所受荷載預估得出的預拱度，有不同高度的豎向支撐桿按順序排列形成一定弧度，以此來抵消組拼過程中的受荷撓度。豎向支撐桿安裝就位后，在橫縱兩水平方向設有連桿，以此增強拼裝胎架整體結構的剛度及穩定性。

2)加勁板安設。將鋼箱梁整體結構進行分單元組拼，除橫隔板安裝位置外，其余位置處U型、I型加勁肋均實現焊接于各自結構板后，再進行組拼，從而減小鋼箱梁組拼成型過程中人孔內部空間的焊接工作量，提高焊接質量及組拼效率。

橫隔板安裝位置處，側腹板加勁肋需進行錯位后補方式調整，即在該處組拼時，先空余一定長度的側腹板加勁肋的安裝空間，用以組裝橫隔板。待橫隔板組拼完成后，補焊該處加勁板。同時，為避免加勁板連接處位于相同直線上造成該處受力隱患，將加勁板對接位置進行錯位設置。

3)底板及腹板安裝。在調整好拼裝胎架后，安放鋼箱梁底板。安裝底板上加勁肋，完成后在設計位置劃線安裝帶有側向加勁板并預留橫隔板安裝空間的鋼箱梁腹板，安裝面位支撐以保證側腹板垂直度，將兩側腹板焊接完成后，形成U字型結構基礎，后序橫隔板安裝。

4)橫隔板安裝。在腹板及底板相應位置進行橫隔板安裝劃線，并在腹板上安設橫隔板導向板，使橫隔板通過導向板通道，實現在鋼箱梁內部快速定位，微調后進行臨時穩定，進行定位焊接。

5)頂板安裝。鋼箱梁頂板上亦設有加勁肋，在其組拼前將頂板加勁肋進行預先焊接。在其落位后，將其與腹板進行焊接定位，最后在內部人孔空間中進行橫隔板焊接連接。

4 結語

本文闡述的下承式鋼結構橋梁鋼拱肋及鋼箱梁制備技術成功解決了某鋼結構大橋在其制備過程中所遇見的問題，利用該制備技術順利完成了項目施工。其中，采用預拱度數值與造型線精度同步控制的方法，可提高鋼拱肋結構制備精度，降低誤差；采用全自動火焰切割橫隔板槽口工藝，可提高鋼箱梁橫隔板槽口制備精度及效率。同時，本文對該制備技術中所涉及的鋼拱肋及鋼箱梁組拼工藝、下承式鋼拱肋橋梁施工流程進行詳細介紹，該制備技術及相關制備施工流程可以為該類建筑結構的制備提供參考。