中承式鋼-混結構蝴蝶拱橋施工技術探討

王生濤 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

蝴蝶拱橋上跨徽州大道主線，整體造型似一翩翩起舞的蝴蝶，故名中承式鋼-混結構蝶形拱橋。主體結構均由焊接鋼管、工字型鋼梁組成。拱肋由大直徑焊接鋼管形成，其計算跨度為50m。拱肋軸線在同一水平面內，但其平面與鉛垂面呈45°夾角外張。拱肋軸線在其平面內為二次拋物線。

橋面系為縱梁、橫梁、小縱梁與現澆混凝土橋面板共同形成的鋼-混組合梁，并通過8 對吊桿均勻作用在兩拱肋上。縱梁鋼板焊接成工字型截面，上翼緣及腹板板厚為20mm，下翼緣板厚為24mm。順橋向每隔4m 間距設置一道橫梁，橫橋向設置一道通長小縱梁，以保證橋面系整體穩定。橋面板為250mm厚的鋼筋混凝土現澆板，并通過橫梁及縱梁頂部的焊釘與之連接形成鋼-混組合結構。橋梁平面圖如圖1所示。

圖1 橋梁平面圖

圖2 主梁支架驗算

圖3 拱肋支架驗算

圖4 主梁支架條形基礎

主梁節段劃分和拱肋節段劃分如表1所示。

表1 主梁節段劃分和拱肋節段劃分

2 施工工藝流程

本技術施工工藝流程為施工準備→拱座施工→鋼梁及拱肋臨時支架搭設→吊裝拱肋A、E節段→依次吊裝拼焊鋼梁→吊裝拱肋B、C、D 節段→錨拉板安裝→灌注拱肋混泥土→澆筑橋面板→吊桿安裝并第一次張拉→拱肋支架拆除→第二次張拉→臨時支架拆除→鋼結構防腐。

2.1 施工準備

本橋拼裝場地均擬位于徽州大道主線路面上，地面場地主要考慮安裝材料的堆放、構件拼裝及車輛的進出場，同時要求預先鋪設胎架，以免鋼梁等原材料損毀路面。為保障施工進度，合理利用施工作業面，在每跨吊裝區域設置臨時拼裝場地千斤頂調整至設計標高。按照臨時拼裝場地圖分段位置布設胎架，胎架采用工字鋼組裝而成，胎架下鋪設1.5×1.5鋼板。鋼梁存放于主線道路上，長×寬=15m×3m，鋼梁為單層存放，下墊鋼板。

2.2 拱座施工

拱座鋼筋綁扎完后，根據拱肋軸線在平面內投影的二次拋物線，通過拱腳預設十字鋼筋引出軸線控制線的方法，將控制線垂直投影在平面上，利用GPS定位系統，確定拱腳的準確位置。為了保證澆筑拱座混凝土時，拱座鋼筋不發生位移，將拱腳底板與拱座頂層鋼筋點焊成整體，并進行固定，防止施工位移造成拱座偏斜。

拱座施工使用的模板由2.44m×1.22m×1.50cm 的竹膠板組合拼裝而成。模板加固采用方木+鋼管加固，在竹膠板的背面豎向每隔20cm 安設一道8cm×8cm 方木作為豎帶；模板橫帶采用鋼管，第一道鋼管離底部30cm，第二道橫帶離第一道橫帶間距為60cm，橫帶通過拉桿固定在豎帶上；拉桿布置為60cm×60cm 進行對拉，外側端通過螺母固定于鋼管上。模板安裝完后必須檢查模板的水平位置、垂直度及保護層厚度。

2.3 臨時支架設計及驗算

2.3.1 主梁支架

單組鋼桁支架的立柱采用4 根φ 420mm×8mm 圓鋼管，縱橋向設置2根，間距為1.6m；橫橋向設置2 根，間距為1.6m。相鄰鋼管間橫撐采用水平加勁桿14#工字鋼，斜拉撐采用10#槽鋼。豎向間距為3.0m。圓鋼管支架頂橫橋向設置兩道長6m 的2×32#工字鋼，支架基礎為400mm 高的C30 混凝土條形基礎，基礎頂部設置600mm×600mm×16mm 預埋件與支架立柱底板焊接連接。下部鋼管間焊接環向橫撐進行拉結緊固，橫撐采用14#工字鋼；鋼管環向橫撐間采用水平剪刀撐進行拉結緊固，剪刀撐采用10#槽鋼，位于頂部、豎向中間、底部各設置一道。采用Midas Civil建立主梁及支架結構模型。模型中的構件均以梁單元進行模擬，大縱梁、小縱梁、端橫梁以及中橫梁均為工字型截面。支架驗算主要考慮5 個施工階段，驗算滿足要求。

2.3.2 拱肋支架

單組鋼桁支架的立柱采用4 根φ 420mmx8mm 圓鋼管，縱橋向設置2根，間距為1.6m；橫橋向設置2 根，間距為2.6m。相鄰鋼管間橫撐采用水平加勁桿14#工字鋼，斜拉撐采用10#槽鋼。豎向間距為3.0m。圓鋼管支架頂橫橋向設置兩道長6m 的2x32#工字鋼，支架基礎為400mm 高的C30 混凝土條形基礎，基礎頂部設置600mm×600mm×16mm 預埋件與支架立柱底板焊接連接。下部鋼管間焊接環向橫撐進行拉結緊固，橫撐采用14#工字鋼；鋼管環向橫撐間采用水平剪刀撐進行拉結緊固，剪刀撐采用10#槽鋼，位于頂部、豎向中間、底部各設置一道。采用Midas Civil建立拱及支架結構模型。拱截面形狀為圓管，靠近壁厚28mm。左右兩側拱結構完全對稱，因此選取一半進行建模。支架驗算主要考慮4 個施工階段，驗算滿足要求。

2.4 臨時支架搭設

2.4.1 主梁支架基礎

高內在動機通過增強認知的靈活性和復雜性提升一般創造力。較強的自我實現需要、濃厚的興趣、強烈的使命感和責任感可以激發內在動機，一旦內在動機得到激活，人的一般創造力就會大幅度提升。樹立遠大的理想、信念，培植強烈的社會責任感和使命感，同時保有對某一事物的持久興趣可以激發較高的內在動機。當人感覺到對工作能夠自主支配和有能力時，內在動機最容易產生[8]。給予個體更多的工作自主支配權以及提高個體能力能夠促進提高內在動機。最后，由于外在動機對內在動機存在擠出效應[9]，因而，在可能的情境下，可以盡量減少對個體的經濟報酬、物質獎勵等的外在動機激勵。

由于單組鋼桁支架的立柱采用4 根φ420mmx8mm 圓鋼管，縱橋向設置2根，間距為1.6m，橫橋向設置2 根，間距為1.6m。故支架基礎統一設置為2500mm×900mm×400mm 的C30 混凝土基礎，并且縱橋向布置，基礎頂部設置600mm×600mm×16mm 預埋件與支架立柱底板焊接連接。鋼材材質均為Q235鋼，如下圖所示。

2.4.2 拱肋支架基礎

由于單組鋼桁支架的立柱采用4 根φ420mmx8mm 圓鋼管，縱橋向設置2根，間距為1.6m；橫橋向支架基礎根據管柱設計間距進行調整，間距為D，分別有 2.6m、3.64m、4.21m、3.43m、3.43m、4.21m、3.64m。故支架基礎統一設置為2500mm×D×400mm 高的C30 混凝土基礎，并且縱橋向布置，基礎內部底排設置φ10 鋼筋網片，基礎頂部設置600mm×600mm×16mm 預埋件與支架立柱底板焊接連接；鋼材材質均為Q235鋼，如圖5所示。

圖5 主梁支架條形基礎

圖6 平面示意圖

圖7 拱肋吊裝示意圖

2.5 拱肋吊裝

2.5.1 吊裝拱肋A、E節段

采用兩臺100t 汽車雙機抬吊拱肋節段，先將拱肋節段下口與拱座預埋拱腳通過導鏈葫蘆臨時連接，上端通過限位裝置進行限位固定，待高程、線型復核無誤后，進行臨時固定焊接，其余A、E拱肋節段依次按照此方法進行吊裝，最后分別將左右幅拱肋節段通過橫撐連接。

2.5.2 依次吊裝鋼梁

鋼梁在加工時，在每節鋼梁兩頭對接接頭處均設置了匹配件，匹配件采用鋼板制作，每個接頭的匹配件上預留了螺栓孔，在鋼梁吊裝到支架頂時，用螺栓將鋼梁定位，并用100t 手動千斤頂進行標高調整，待高程、線型復核無誤后，調整到位后用馬凳“抄死”，然后立即進行臨時焊接，臨時焊接采用220mm×150mm×16mm 的加勁板，每個鋼梁的接頭焊接16 個加勁板，加勁板與鋼梁雙面滿焊，焊縫高不得小于8mm。

按照A、E拱肋節段吊裝方法依次吊裝B、C、D 拱肋節段，待高程、線型復核無誤后，通過拱肋間法蘭進行連接，并用馬板臨時固定。

2.5.3 錨拉板安裝

通過自制的“套環激光束裝置”固定在拱肋吊桿孔內，形成激光束照射在鋼梁上，記錄下激光點，即為錨拉板定位的中心點，依次按照此方法標記所有錨拉板中心點，根據橫縱方向畫出十字線。采用汽車吊將錨拉板吊至定位點，待人工調整角度后進行臨時連接，經檢查復核無誤后進行永久焊接。按照此方法依次完成所有錨拉板的安裝工作。

2.6 吊桿安裝及張拉

2.6.1 吊桿安裝

吊桿在工廠按照設計要求，結合監控數據進行放樣制造，工廠錨索下料長度比監控尺寸長10cm，同時安裝好錨具等其他相關部件。整個錨索運輸至現場存放，待拱肋節段安裝到位后開始進行安裝，安裝時利用吊機將錨索與拱肋連接端吊裝至拱肋錨箱處，通過在拱肋里從錨箱口放下的15t 倒鏈葫蘆拉至設計位置進行固定。吊桿安裝按照設計與監控順序進行，安裝到位后進行拱肋支架拆除，并依次進行張拉。

2.6.2 吊桿安裝及張拉

吊桿索張拉時，應根據監控小組下達的張拉指令分級分批張拉，并做好伸長量記錄，張拉所需千斤頂、油泵、油表應配套標定、配套使用，張拉記錄應完整齊全。單拱采用4 套張拉機具，保證吊桿索分級、同步、對稱進行張拉。

張拉過程中，要詳細記錄油表讀數-索力-伸長量-索頭相對錨墊板的位置，便于相互校核，張拉前后應量取索頭與錨墊板的相對位置。張拉過程中分級記錄油表讀數、索力及伸長量。索力誤差控制在5%以內。

調索應遵循的原則為調整后索力達到成橋索力噸位。

2.7 支架拆除

支架拆除是結構體系轉換的關鍵點，解除約束時應遵循“左右對稱，先低后高”的原則。拆除時先解除支架上支撐鋼管的托盤，使支架不承受拱肋載荷后，再進行支架系統地拆除。從支架基礎預埋鋼板處將支架鋼管樁的焊接解除，采用吊車將鋼管樁框架整體吊出移到一旁，按照此方法依次將所有支架拆除分離。而后將支架基礎與鋼管樁框架裝車運輸至下一橋梁施工備用。

3 結語

本技術通過拱腳預設十字鋼筋引出軸線控制線的方法，將控制線垂直投影在平面上，利用GPS 定位系統，確定拱腳的準確位置。

本技術根據拱肋軸線平面投影二次拋物線方程及拱肋三維構造圖，推導出拱圈最低高程計算公式，確定了拱肋支架的高程，解決了拱肋高程取值難的問題，提高了拱肋安裝的施工效率，確保了拱肋安裝的線型精度。

本技術根據現場支撐體系實際布跨情況，優選出合理的支架布置形式，通過有限元模擬軟件Midas Civil 2020 進行三維受力及變形分析，確保了施工方案的可行性，同時通過有限元模擬軟件對施工階段結構和成橋后使用階段結構進行了驗算分析，保障了其使用階段的安全性及穩定性。

本技術中吊桿下錨固點（錨拉板）定位難，為確保吊桿上、下錨固點及吊桿在一條直線上，采用自制“套環激光束裝置”進行定位，成功解決了定位不準的難題，保證了吊桿受力在一條直線上，提升了成橋后結構受力的穩定性。