深圳空港新城展覽大道景觀鋼橋施工方法研究

李 潭，趙 斌，段 鈜，文 勇，梁 耿

（1.中鐵重工有限公司，湖北 武漢430000；2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢430063；3.襄陽(yáng)市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 襄陽(yáng)441000）

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市橋梁設(shè)計(jì)的景觀性需求也逐漸提高。其中兩側(cè)都帶斜拉索的發(fā)散鋼拱結(jié)構(gòu)作為一種新型景觀橋結(jié)構(gòu)，因其跨距大、橋面寬、節(jié)約鋼材、橋型美觀等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。同時(shí)，此類橋梁由于造型復(fù)雜，拱肋在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換前的穩(wěn)定性差等因素導(dǎo)致施工較為困難。

拱橋現(xiàn)有施工方法中常見(jiàn)的有“先拱后梁”法和“先梁后拱”法[1-5]。對(duì)于斜拉索鋼拱景觀橋，上述兩種方法都無(wú)法很好地解決在施工中以較低成本安裝橋面結(jié)構(gòu)的同時(shí)保持拱肋穩(wěn)定性的矛盾。為此，本項(xiàng)目提出了一種新的方法來(lái)解決這一問(wèn)題，并可以在今后類似工程實(shí)踐中加以推廣。

1 工程概況

深圳空港新城展覽大道跨截流河特大橋，位于空港新城啟動(dòng)區(qū)南部，橋梁全長(zhǎng)170 m，跨度155 m。全橋橋?qū)?2～68.894 m，與河道正交。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

主橋上構(gòu)采用鋼縱橫梁-鋼箱拱組合體系，包含鋼拱、拉索、主縱橫梁、邊縱梁、橫梁、橋面板等多種鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。其中，主縱梁和邊縱梁通過(guò)橋面板固接在一起。鋼拱從主縱梁端部延伸出來(lái)，軸心線在主縱梁正上方，分叉拱肋的中間橫聯(lián)與主縱梁通過(guò)中拉索連接，分叉拱肋內(nèi)部錨箱與邊縱梁通過(guò)邊拉索連接，呈現(xiàn)空間發(fā)散的景觀效果（見(jiàn)圖1）。

圖1 橋梁效果圖

橋梁上部結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖2。

圖2 橋梁上部結(jié)構(gòu)組成

3 施工工藝的選擇

傳統(tǒng)拱橋結(jié)構(gòu)常采用的施工方法可以大致分為“先拱后梁”法和“先梁后拱”法。

“先拱后梁”法一般是指拱結(jié)構(gòu)通過(guò)纜索吊或浮吊等先行安裝固定，梁體通過(guò)懸臂法安裝。此方法由于需要采用纜索吊或浮吊等特殊吊具，成本較高，此方法比較適合現(xiàn)場(chǎng)不具備布置臨時(shí)支架條件的情形。

“先梁后拱”法是指梁采用臨時(shí)支架逐段安裝，梁安裝好后，通過(guò)在橋面安裝支架，用汽車吊在橋面吊裝拱肋。此方法的成本較低，但受施工條件的限制較多，例如支架的布置，拱肋節(jié)段的重量等都受到限制。

對(duì)于本橋，由于其結(jié)構(gòu)特殊，上述兩種方法都不能很好地滿足需要。一方面，拱的分段重量較大，橋面較寬，吊車無(wú)法在橋面上或橋面范圍外吊裝拱肋，從而無(wú)法采取“先梁后拱”的施工方法；另一方面，對(duì)于此類異型拱，在拱肋-拉索-橋面未形成穩(wěn)定體系前，需要靠臨時(shí)支撐來(lái)保證拱肋的穩(wěn)定性，因此拱肋支架無(wú)法拆除，這就會(huì)造成拱肋與橋面安裝的矛盾，因此也無(wú)法采用“先拱后梁”的施工方法。

本文提出的拱梁交叉施工方法是先安裝主縱梁和主橫梁，再安裝拱肋，最后安裝橋面系橫梁和頂板。這樣可以在保證拱肋穩(wěn)定性的前提下，解決拱肋安裝與橋面結(jié)構(gòu)安裝的矛盾。

4 施工流程

根據(jù)本文提出的施工方法，制定了主橋上部結(jié)構(gòu)的主要施工流程，如圖3所示。

圖3 主橋上部結(jié)構(gòu)的主要施工流程

5 施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1 拱肋安裝

拱肋的分段需要綜合考慮結(jié)構(gòu)、制造、運(yùn)輸、吊裝等一系列因素。在本工程中，拱肋包含拱腳共分成15個(gè)大節(jié)段，拱腳段為0#段，從兩側(cè)往跨中分別為1#，2#，…，7#，其中4#段分為4#a和4#b 2個(gè)小段，7#段為合攏段。最大的拱肋節(jié)段質(zhì)量為70 t左右。

拱肋安裝支架采用鋼管格構(gòu)柱的形式，柱間采用型鋼連接，如圖4所示。

圖4 拱肋安裝支架布置示意圖

支架的地面最大高度接近40 m。考慮到施工安全性，按照當(dāng)?shù)?00 a重現(xiàn)期的風(fēng)速v=38.4 m/s計(jì)算風(fēng)荷載，拱肋在支架上的荷載按實(shí)際重量加載。拱肋安裝支架應(yīng)力及位移計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 拱肋安裝支架應(yīng)力及位移計(jì)算結(jié)果

由圖5可知，在拱肋安裝過(guò)程中，在6#節(jié)段施工時(shí)出現(xiàn)了支架的最大應(yīng)力152 MPa，最大位移40.3 mm，均滿足設(shè)計(jì)要求。

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，選用了1臺(tái)260 t履帶吊進(jìn)行拱肋的吊裝，拱肋施工現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖6。

圖6 拱肋施工現(xiàn)場(chǎng)

5.2 橋面系安裝

由于拱肋支架與橋面板及橫梁的位置產(chǎn)生沖突，為安裝橋面板及橫梁需要拆除拱肋支架；但沒(méi)有拱肋支架的支撐，拱結(jié)構(gòu)無(wú)法保持穩(wěn)定。為解決此矛盾，在橋面施工前拆除拱肋支架，僅保留2組支架（4號(hào)支架）作為拱肋的臨時(shí)支撐（見(jiàn)圖7）。

圖7 橋面系施工臨時(shí)支架布置示意圖

由于支架的減少，需要精確計(jì)算橋梁支架的受力狀況。計(jì)算模型按設(shè)計(jì)尺寸采用梁、板單元建立。拱肋支架的應(yīng)力、位移和屈曲分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖8～圖10。由圖可見(jiàn)，在風(fēng)和拱自重荷載下，拱肋支架最大應(yīng)力為140 MPa，位移為64 mm，第1振動(dòng)模態(tài)下的臨界荷載系數(shù)為32，滿足設(shè)計(jì)要求。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，選用1臺(tái)260 t履帶吊進(jìn)行橫梁和橋面板的吊裝。橋面系施工現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖11。

圖8 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

圖9 位移計(jì)算結(jié)果

圖10 屈曲分析計(jì)算結(jié)果

圖11 橋面系施工現(xiàn)場(chǎng)

5.3 4號(hào)支架處的橋面板安裝

此時(shí)需要拆除4號(hào)支架，并安裝2組拉索即13號(hào)和15號(hào)拉索固定拱肋。為簡(jiǎn)化計(jì)算，拉索采用桁架單元模擬。拱肋在2組拉索固定時(shí)的應(yīng)力、位移和屈曲分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖12～圖14。由圖可見(jiàn)，在風(fēng)和拱自重荷載下，拱肋最大應(yīng)力為159 MPa，位移為43 mm，第1模態(tài)下的臨界荷載系數(shù)為43.7，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖12 拱肋在2組拉索固定時(shí)的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

圖13 拱肋在2組拉索固定時(shí)的位移計(jì)算結(jié)果

圖14 拱肋在2組拉索固定時(shí)的屈曲分析計(jì)算結(jié)果

5.4 體系轉(zhuǎn)換

安裝全部拉索并拆除支架，完成體系轉(zhuǎn)換。體系轉(zhuǎn)換后全橋應(yīng)力、位移和屈曲分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖15～圖17。由圖可見(jiàn)，在風(fēng)及自重荷載作用下，橋梁最大應(yīng)力為178 MPa，位移為104 mm，第1模態(tài)下的臨界荷載系數(shù)為16.1，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖15 體系轉(zhuǎn)換后全橋應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

圖17 體系轉(zhuǎn)換后全橋屈曲分析計(jì)算結(jié)果

圖16 體系轉(zhuǎn)換后全橋位移計(jì)算結(jié)果

6 現(xiàn)場(chǎng)施工及社會(huì)效益

本工程嚴(yán)格按照方案施工，施工過(guò)程順利，質(zhì)量滿足要求，與常見(jiàn)的施工方法比較，安全性和經(jīng)濟(jì)性都達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

項(xiàng)目已于2019年11月寶安產(chǎn)業(yè)發(fā)展博覽會(huì)前通車，是深圳寶安區(qū)展覽大道、海云路、海匯路、濱江大道、國(guó)展立交、鳳塘大道形成路網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)；同時(shí)保證了深圳國(guó)際會(huì)展中心首展交通運(yùn)力充足，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。橋梁實(shí)景圖片見(jiàn)圖18。

圖18 橋梁實(shí)景圖片

7 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了深圳空港新城展覽大道斜拉索鋼拱景觀橋上部結(jié)構(gòu)的施工流程及關(guān)鍵技術(shù)，提出了一種拱梁交叉施工的安裝方案。實(shí)踐證明此方案效果較好，在滿足安裝質(zhì)量的前提下，兼顧了經(jīng)濟(jì)性和安全性，達(dá)到了預(yù)期效果，為今后類似工程的施工提供了參考。