鋼桁架吊索拱橋施工實踐研究

【摘 要】隨著社會經濟的發展，市政基礎設施的建設規模不斷加大，大跨徑兼具景觀效果的橋梁逐步在我市開始興建。秦皇島市大湯河景觀步行橋工程，連接了植物園與紅飄帶，該橋為中承式鋼桁架拱橋，三跨連拱，最大跨度80米。橋梁設計不僅考慮人行交通功能，還兼顧景觀效果，該橋鋼桁架為紅色，既是紅飄帶的立面延續，又給植物園增添了一道亮麗的彩虹。本文主要探討了鋼桁架現場拼裝施工實踐，總結了橋面系和吊索安裝施工流程。分析了橋梁成型后對吊索力進行了監測和調整的工程實踐。

【關鍵詞】鋼拱架；吊索；索力

秦皇島市大湯河人行景觀橋是我公司承建的一座鋼結構橋梁，也是我市大湯河上第一座景觀拱形橋梁。該拱橋施工期間，特別是施工進入到關鍵工序（焊接鋼桁架拱肋、橋面系焊接、吊索安裝），在施工中遇到了一些問題，通過設計和監控人員共同努力，最終得到了圓滿的解決。本次工程實踐，驗證了科學流程與嚴謹施工的重要性。

1 橋梁概況

秦皇島市大湯河人行景觀橋采用中承式鋼桁架拱橋，橋梁跨徑采用35+80+35=150米的三跨連拱，中間拱為中承式，兩側拱圈為上承式飛燕形式，拱圈由上弦拱肋和下弦拱肋兩部分組成，之間采用焊接工字鋼連接形成平面桁架（7～10節點間豎桿、斜桿采用箱型斷面），與兩拱圈連接部分采用節點板栓接，橫橋向兩片拱肋之間采用橫撐連接，橋面以上部分除0、3節點采用“K”字撐外其余均采用“一”字橫撐。

橋梁主拱圈采用矩形箱型斷面，截面尺寸為500*300mm，頂、底板采用14mm鋼板，腹板采用18mm鋼板，由工廠分段預制，運輸至現場搭設支架焊接成整體。

橋面系做法分為中跨下承和邊跨上承兩部分，中跨下承式部分：吊桿采用兩種形式，除6號吊桿采用外徑30mm的鋼拉桿外，其余均采用OVM.GJ15-3CR型鋼絞線整束擠壓拉索。

橫梁采用焊接工字鋼，高40cm，頂、底板采用20mm鋼板，腹板采用16mm鋼板。橫梁之間采用五道箱形縱梁連接，外側2道縱梁采用箱型截面，結構尺寸為400*200，鋼板厚12毫米。

橋面板采用10mm鋼板與縱梁和橫梁焊接，為和兩側景觀及木棧道相協調，在鋼橋面上安裝木結構橋面。

橋臺采用薄壁式橋臺，下接樁基礎，設2根樁基直徑1.5米。中墩下部結構為混凝土拱腳，下接4樁承臺，樁基直徑1.5米。中、邊墩樁基均采用摩擦樁設計。

2 鋼桁架施工要點

2.1 工藝流程

拱腳、橋臺基礎施工（同時廠內分段制作鋼桁架）→鋼桁架拱肋支架→現場拼裝鋼桁架拱肋→由中間向兩側順序安裝橋面系鋼橫梁（同時安裝吊索）、縱梁→橋面板鋪裝→欄桿安裝→索力檢測及調整→橋面板鋪裝

2.2 鋼桁架拱肋安裝

步驟一：測量A、B、C、D四個墩臺上10個支座墊板的水平度以及墊板的相對位置，劃出中心線。

步驟二：架設拱肋D段（整拼），及相應橫撐、端橫梁。（1）安裝拱肋D段；（2）安裝端橫梁HL5；（3）安裝相應橫撐。

步驟三：架設拱肋C段（散拼），及相應橫撐。（1）工地現場整體拼裝拱肋C；（2）安裝拱肋C段；（3）安裝相應橫撐。

步驟四：架設拱肋B段（整拼），及相應橫撐。（1）安裝拱肋B段；（2）測量斜桿X6位置兩頭孔距，制造廠按此數據鉆制另一頭孔；（3）安裝X6；（4）安裝相應橫撐。

步驟五：架設拱肋A段（整拼）、相應橫撐。（1）安裝拱肋A段；（2）測量斜桿X2位置兩頭孔距，制造廠按此數據鉆制另一頭孔；（3）安裝X2；（4）安裝相應橫撐；（5）拱肋焊接及拆除拱肋支架；（6）測量吊索位置拱肋頂標高。

3 橋面系和吊索安裝要點

3.1 橋面系施工

該橋面系為典型的懸浮體系，橋面系鋼結構與吊索安裝配合進行，施工中先由中跨中間0#索向兩端依次進行。

3.1.1 0#索施工步驟：安放鋼橫梁→定位測量→掛索→吊索下端連接。

3.1.2 兩側1#索施工步驟：鋼橫梁安裝就位→定位測量→掛索→吊索下端連接。

3.1.3 安裝0-1#索縱梁，與橫梁焊接一體。

3.1.4 向兩側順序安裝2→6#鋼橫梁、吊索（桿）、縱梁。

3.1.5 由中間向兩邊焊接橋面板。

吊（索）桿安裝，將吊索水平運至橋面起吊位置，用升降車將組裝好的吊索豎直吊起，將上叉耳螺孔對準拱橋的拱肋板孔，用柱銷鎖緊；將下叉耳的螺孔對準橋面肋板孔，用柱銷鎖緊（以此類推分別安裝其余吊桿）。根據高程進一步調整調節套筒，使橋面完全達到設計高程后鎖緊螺母。

3.2 吊索索力調整

吊索（桿）力的大小與均勻程度直接影響到成橋時的線性、各結構的內部應力分布以及使用中的荷載效應，最終對橋梁的美觀、安全以及使用壽命起到十分關鍵的作用。

3.2.1 本次吊索力調整的目的

主要有以下幾個方面：（1）使得橋梁的吊索力與理論值相符，達到均勻的程度并達到設計要求；（2）橋梁線型平順，誤差符合規范要求；（3）結構內力分布均勻，保證桁架拱及主梁的內力不發生明顯變化。

3.2.2 吊索力調整步驟及方法

（1）吊索力采用頻率式吊索力動測儀初步測量。

（2）理論計算。采用空間有限元分析程序MIDAS CIVIL進行理論計算，得到理論吊索力。再在模型中輸入初測吊索力，經過調整，在模型中使得吊索力符合設計。

（3）第一次調整吊索力。吊索力采用壓力傳感器及頻率式吊索力動測儀進行測量。擬定按照從兩邊對稱向跨中的順序對吊索力進行依次的調整。目的為使得吊索力初步接近設計要求，對吊索力動測儀完成系數標定。

（4）第二次調整。由于已采集到準確的吊索力實際值，在經過模型理論計算后，對超出規范要求的吊桿逐一進行最終調整，使得達到設計要求，且保證吊索力的均勻。完成此次的吊索力調整工作。

3.2.3 吊索力的監控

吊索力采用壓力傳感器及頻率式吊索力動測儀進行測量。壓力傳感器用于吊索力張拉階段對張拉吊桿的吊索力測定，同時對吊索力動測儀的動測系數進行標定。頻率式吊索力儀用于各施工階段已形成的吊桿進行吊索力力測定。

頻率式吊索力動測儀由加速度傳感器，頻率采集儀和便攜式計算機組成。其原理是首先通過環境隨機振動法測定斜拉吊桿的振動頻率，然后按修正的振弦計算公式計算斜拉吊桿的拉力。

用環境隨機振動法測定吊桿的振動頻率。采用專用夾具將加速度計固定在吊桿上，以測定吊桿的橫向振動。測量時不必對被測吊桿進行人為激振，加速度傳感器將采集到的被測吊桿的隨機振動信號轉變成電信號經激勵放大器放大后送到FFT信號分析儀中進行頻譜分析，得到被測吊桿的橫向振動頻率，最后由嵌入式中央微處理器綜合運算得到實吊索力。

3.2.4 主梁線性的監控

在每根吊索所在處橫截面的橋面上布設3個測點，分別位于橋梁中線及各距離中線2.5m處，在第一次張拉前對其進行測量，并在吊桿調整過程中實施即是監控。全橋13對吊桿，故共布設39個測點。

3.2.5 結構應力的監控

選取主梁最不利截面即跨中與中跨1/4截面處，共3個截面。應變計分別布設于此3個截面縱梁的上下緣及橫梁的上下緣處。在吊桿調整過程中，及時對應力進行測量，保證橫梁及縱梁的應力不發生突變，保證橋梁吊桿調整過程中的結構安全。

3.2.6 拱腳水平位移的監控

按本橋的結構特點，橋面發生扭曲是對剛性節點影響最大，而本橋剛性最大節點位于四個梁拱的拱腳部位，故在吊索力調整施工過程中，在此四個部位設置位移計（或千分表）觀測其水平向變化以控制施工。

4 結論

大湯河人行景觀橋已經開放運營，實時監控數據表明，該橋運營狀態良好，將施工要點寫出來和施工技術人員共享。

該拱橋施工過程中，得到了我公司內外領導、北京市政設計院、監控單位及許多同志的關心、指導和幫助，并提出了許多寶貴意見和建議。

參考文獻：

[1]楊齊海，邱國平 武漢市江漢三橋鋼管混凝土拱橋施工工藝[J]；橋梁建設；2001.01

[2]陳少峰 鋼管混凝土拱橋施工監控方法研究及工程應用[D]；北京工業大學；2007

作者簡介：

劉曉峰（1971.6--），男，河北省盧龍縣人，大學本科學歷，河北省秦皇島市政建設集團有限公司工程師，主要研究方向：施工科技與施工管理