雙飛翼拱橋景觀平臺安裝關鍵施工工藝

何建喬　宋佩超　黃善浜　劉祥

摘要：文章介紹了烏蘭木倫河3號橋景觀平臺安裝的關鍵施工工藝和測量方法：通過面積法快速確定構件重心，研制便捷吊裝夾具和設計懸挑施工平臺實現快速安全構件吊裝;采用縱梁分段合龍、橫梁預抬吊裝定位等質量控制措施完成外伸梁安裝施工。外伸梁安裝質量檢測結果表明，懸挑橫梁安裝偏差在±0.3%范圍內，安裝精度明顯優于設計要求，可為類似工程的懸挑外伸梁安裝提供參考。

關鍵詞：懸挑外伸梁;吊裝;定位;分段合龍

中國分類號：U443.7

0引言

現代建筑在美學上的造詣逐年提高，近年來，國內建造出了大量優美的橋梁。人們在追求美學的同時對橋梁的使用功能有著更多的要求，越來越多的城市景觀橋梁設置了景觀平臺，而且景觀平臺的結構形式和結構造型呈現出了多樣化趨勢。但多數景觀平臺遇到了大型懸挑構件吊裝施工時精度難以保證、安全風險大、吊裝速度慢等困難。研究人員嘗試多種手段解決大型懸挑鋼結構吊裝施工難題，如采用先拼裝后分區分段吊裝[1]、整體吊裝[2]、抬吊豎轉構件的施工方法[3]、分批分級循環吊裝方法[4]、懸挑式螺栓球節點鋼網架吊裝工法[5]等，但均未能完全解決快速吊裝和高精度吊裝問題。

異型懸挑構件的吊裝主要難點為快速布置吊點以及測量方法等快速施工工藝以及質量控制方法的確認。本文以烏蘭木倫河3號橋景觀平臺安裝施工為例，采用面積法快速計算出構件重心，研制便捷吊裝夾具提高施工速度，采用測量機器人監測等多手段測量懸挑構件在溫度下的變形規律，調整施工工藝，確保施工就位精度，為類似的景觀平臺和懸挑結構構件的快速安全吊裝施工提供新思路。

1工程概況

烏蘭木倫河3號橋全橋長348 m，其中主拱為外傾17°蝴蝶拱，跨徑為200 m，副拱為內傾45°提籃拱，跨徑為330 m。橋面寬度為42～65 m，設雙向六車道，另設2條非機動車道，2[KG（0.07mm]條人行道，設計通車時速為50 km/h。該橋為中承式復式鋼箱拱橋，半漂浮體系，建成時是國內首座、同類型世界最大跨度雙飛翼景觀特大橋（見圖1）。

外伸人行道橫梁采用變寬變高結構形式，寬度為4～15.5 m，高度為0.5～1.85 m，采用雙向2%的橫坡和1.68%的縱坡（圖2、圖3）。外伸人行道平臺采用縱橫梁框架體系，其上鋪設人行道板單元結構。橫梁采用工字鋼。橫梁高度為0.5～1.85 m，頂底板厚20 mm，寬400 mm，底板厚20 mm。縱梁采用300 mm×200 mm×10 mm與300 mm×200 mm×14 mm型方鋼管。人行道板單元結構頂板厚8 mm，頂板下設縱橫隔板，人行道板單元荷載通過次橫梁 120 mm×60 mm×10 mm型方鋼管放置于牛腿之上。人行道構件除橋面板與槽鋼采用螺栓連接外，其余構件均采用焊接方式進行連接。

2安裝工藝

人行道橫、縱梁和橋面板在鋼結構加工廠加工完成后，運輸至安裝地點。安裝遵循“從兩端向中間、先低后高”的原則，具體的安裝順序如圖4所示。

2.1施工平臺設計

在安裝前需要設計滿足施工要求的懸挑式施工平臺（圖5）。根據實際需求設計荷載為300 kg（兩名作業人員+焊機+零星工具），采用Q235B鋼材作為施工平臺材料。

采用Midas Civil 2019軟件對設計的施工平臺進行受力分析，將支點作為一般支撐、所有施工荷載按最不利工況施加在下部最遠端的端橫梁中部進行設計驗算。計算結果如圖6、圖7所示，最大應力為140.0 MPa，小于設計值215 MPa;最大變形量位于下端最遠端橫梁處，變形量為38.6 mm;屈曲特征值均在50～300之間，穩定性滿足要求。

2.2重心確定

為保證吊裝時的安全性，先確定重心后設置吊點。因橫梁均采用同類型鋼材，且寬度均一致，為快速尋找重心位置，采用面積法確定重心位置，即將橫梁投影圖作為面積計算依據，計算出橫梁的面積垂直二等分線，再用垂線把橫梁分為三份，其中兩端的面積相等，垂線位置即為吊點位置。吊點位置均應設置在橫梁頂面。

2.3吊裝定位

為減小對構件的二次損傷，實現構件快速起吊，縮短吊裝定位時間，本文研制了便捷吊裝夾具。便捷吊裝夾具根據橫梁翼緣尺寸和鋼管厚度確定。夾片工作原理為：用兩個單夾片夾住橫梁翼緣，利用連接桿固定兩個夾片，在夾片受力狀態下限制夾片橫向移動，縱向位移限制為橫梁隔板，用鋼絲繩長度調節吊裝重心。便捷吊裝夾具可實現快速吊裝，無須焊接吊耳而損傷構件。

懸挑橫梁吊裝的主要流程包括：（1）根據計算結果安裝夾具;（2）確定構件吊裝定位位置;（3）調整構件橫縱坡;（4）臨時固定;（5）焊接。由于橫梁底部沒有支架等支撐結構，因此臨時固定采用在焊位焊接+碼板連接的方式進行（圖8），焊接長度根據安全系數>2.0計算確定。由于懸挑橫梁僅為2 cm厚，因此采用單邊坡口焊接形式，為提高焊接質量，焊接采用坡口反面刨根處理。為了不影響永久焊接質量，臨時焊接時采用坡口反面進行臨時焊接。

3測量定位

[HJ1.7mm]

定位精度是懸挑橫梁吊裝的關鍵，直接影響結構安全性和縱梁、面板的安裝精度。懸挑橫梁定位需要考慮平面位置、橫梁長度、橫縱坡。

由于懸挑橫梁焊接于鋼箱梁斜底板，鋼箱梁會隨溫度變化而變形，因此根據絕對坐標進行平面位置測量會出現一定誤差。為此，本文采用相對坐標測量平面位置，即首先采用全站儀在箱梁邊測量出一條主橋軸線，然后在軸線上量出第一根懸挑橫梁和相鄰兩條橫梁的相對位置，得到懸挑橫梁的平面位置。確定平面位置后進行吊裝，吊裝首先確保平面位置，然后測量橫梁長度。

完成橫梁長度測量后進行橫縱坡測量，測量采用高精度的水準儀。為確保橫坡和縱坡均滿足設計要求，采用交替測量的方式進行，先調整縱坡后調整橫坡，直至橫縱坡均達到設計坡度的±0.2%范圍內。

4質量控制

4.1懸挑橫梁臨時固定

當橫梁的懸挑長度過長時，懸挑端受外界因素影響會產生一定偏位;同時，在風荷載作用下，懸挑端會產生較大的擺動。經觀測發現，當風速達到7級時，10 m的懸挑橫梁端部擺幅達10 cm左右，存在較大的安全風險和質量隱患。因此，當橫梁懸挑長度>10 m時，利用鋼管支架對懸挑端進行支撐。另外，為充分限制懸挑端的偏位、減少擺動，在橫梁起始段設置三角支撐。

4.2縱梁合龍

完成橫梁安裝后進行縱梁安裝，縱梁與橫梁連接后形成外伸梁的主要受力框架結構。橫梁與縱梁連接后，整體的框架結構受溫度影響產生較大變形，變形集中在結構兩端和橫縱梁接縫處。為減少縱梁在結構溫度變形下加固焊縫的溫度內應力，實行吊裝一段焊接一段的措施以確保結構安全。橫縱梁連接形成框架結構后，在溫度作用下，框架結構的變形主要集中在兩端，因此采用分段合龍的方法削減框架內應力。分段合龍口單側設置3道合龍端，分別為跨中和南北岸主拱端（圖9）。

4.3定位措施

成橋后，外伸梁通過橫梁與鋼箱梁斜底板的垂直焊縫受力，焊縫所受外力主要為外伸梁面板傳來的垂直荷載，因此焊縫的垂直度直接影響橫梁的受力狀態。要保證焊縫的垂直度就必須保證橫梁的垂直度，為此采用吊垂法。

懸挑橫梁在自重作業下會存在一定下撓，因此在吊裝定位時需要進行預抬處理，以保證成橋時外伸梁的坡度。本文采用Midas Civil軟件建立外伸梁模型，模擬定位后，根據橫梁的下撓量確定橫梁定位的預抬量（圖10），其中預抬量在2～28 mm。

5安裝效果

本工程外伸橫縱梁安裝完成后，對橫梁的橫縱坡、長度進行測量，得到懸挑橫梁的橫縱坡安裝精度均在±0.3%范圍內，長度偏差均在1.5 mm內。焊縫采用反面刨根處理，經第三方超聲波檢測一次合格率為98.7%。

6結語

本文以烏蘭木倫河三號橋景觀平臺懸挑外伸梁安裝為例，介紹了變長變截面懸挑橫梁和縱梁框架結構吊裝施工難點及質量控制措施，總結出以下結論：

（1）本文根據工程特點，利用Midas Civil軟件設計了懸挑式施工平臺，保證了施工的安全性。

（2）采用面積法快速布置吊點，并設計便捷式吊裝夾具完成吊裝，實現了懸挑橫梁快速吊裝就位。

（3）為克服環境溫度和日照對橫縱梁的影響，本文采用了縱梁分段合龍的安裝方式，有效地減少了外伸框架結構的內應力，確保了結構安全性。

（4）模擬構件在自重下的下撓量并采取預抬措施，實現了橫梁橫縱坡±0.2%的安裝精度，為日后同類型懸挑結構安裝施工提供寶貴經驗。

參考文獻：

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