鋼箱拱肋制作預拱度與制造線形控制

黃貝貝 崔楠楠 王衛鋒

(華南理工大學土木與交通學院，廣東廣州 510640)

1 工程概況

廣州市南沙開發區鳳凰三橋為中承式鋼箱系桿拱橋，結構體系為無推力系桿拱橋。全長510 m，跨徑組合為40 m+61 m+308 m+61 m+40 m。主橋為提籃式鋼箱拱，主拱跨度308 m，矢跨比為1/4.5，拱軸線采用m=1.25的懸鏈線，主拱肋按1/5角度內傾，如圖1所示。

圖1 鳳凰三橋立面圖

主橋拱肋采用整體提升法施工。提升段拱肋跨徑為231.5 m，根據施工工藝、吊裝重量、吊桿位置等因素，每幅拱肋在順橋向方向劃分為25個節段預制拼裝。

拱肋的主要施工過程為:

1)在預制場加工組拼焊接拱肋節段后，采用水運方式運至拱橋施工現場，在拼裝胎架上焊接成拱肋吊裝節段。

2)采用吊機將吊裝節段在拼拱胎架上逐段焊接組拼成拱。

3)安裝拱腳滑靴，張拉拱腳臨時鋼絞線使拱肋脫架，采用縱移千斤頂將拱肋頂推至運輸駁船的位置。

4)拱肋上船后，運輸至設計橋位吊裝。

5)安裝提升鋼絞線，采用同步液壓提升系統提升拱肋至設計標高，安裝合龍段完成拱肋施工。

2 拱肋預拱度計算

鳳凰三橋主橋拱軸線形為懸鏈線。懸鏈線是我國中、大跨徑拱橋采用的最普遍的拱軸線形。合理的拱軸線形可以保證拱圈截面的彎矩盡量小，主拱圈在各種荷載因素作用下控制截面的應力較為均勻，且能夠最大限度的減小截面拉應力。考慮到橋梁的施工、受載、成橋運營對橋梁線形的影響，為了保證拱橋的成橋線形盡量與設計線形吻合，預拱度的設置是很有必要的。

預拱度是為了消除施工和成橋運營過程中各種荷載作用產生的撓度值，在橋梁施工時就預留的與撓度相反的校正量。預拱度的設置有兩種分配方式:1)先計算出拱頂預拱度值，再按照三角形分配、拱軸線縱坐標比例分配、拱腳推力影響線比例分配等方式，將預拱度值分配到其他各點。2)直接模擬橋梁施工運營過程，得出各點的累積撓度值，反號添加即為各點的預拱度值。

本文采用第二種方式，通過Midas Civil有限元軟件對鳳凰三橋施工過程進行正裝仿真分析計算，并考慮結構十年收縮徐變得出拱肋各控制點的撓度變形量。然后將恒載和半個靜活載作用下的撓度值反號設置為預拱度。將計算得到的預拱度值與設計線形疊加就可以得到拱肋的制造線形。

預拱度計算考慮的影響因素很多，本文的仿真分析計算主要考慮了施工階段的結構自重、預應力、施工荷載、溫度影響、墩臺沉降、二期鋪裝荷載、十年混凝土收縮徐變以及汽車人群活載等。

采用Midas Civil 2010對鳳凰三橋建立三維有限元模型，如圖2所示。全橋共包括2 031個節點，2 841個單元。按照橋梁的施工順序進行分析計算，得出拱肋吊裝節段的控制節點的撓度值，疊加上設計坐標后即可得到拱肋的制造線形。計算結果如表1所示，表中只列出了1/4拱肋的預拱度值，X向為順橋向，Y向為橫橋向，Z向為豎向。

表1中可看出，拱肋豎向預拱度值拱頂處最大為18.8 cm;順橋向最大預拱度為1.2 cm，發生在S9節段;橫橋向最大預拱度為0.4 cm，發生在拱頂處。

3 制造線形控制

鋼箱拱肋節段離散為腹板、頂板、底板、隔板零件及板單元分別下料加工，在胎架上組裝焊接。采用正確的組裝順序和合理的焊接流程能夠控制好箱形的幾何精度。

圖2 結構模型圖

表1 1/4拱肋節點預拱度值 cm

加工好的拱肋節段通過水路運輸至拱肋拼裝場地，通過吊機從兩端到跨中對稱組拼吊裝節段。為保證組拼質量，拼裝要求從支架兩端開始，在拱頂合龍。拼裝過程中，通過拱肋拼裝支架上的鞍座調節千斤頂來調整拱肋線形，使其滿足設計線形要求。

焊接好的吊裝節段最后要在拼拱支架上完成拱肋的成拱拼裝。拼拱支架采用鋼管做支架，支架頂部設置雙層分配梁、拱肋線形調節鞍座、拱肋限位排架。鞍座采用鋼板焊接并與分配梁長圓孔連接，拱肋線性調整通過側調和縱調千斤頂頂推鞍座調整。限位排架上設置了千斤頂可以微調鋼箱拱肋的轉角。

表2 拱肋制造線形與理論線形對比

4 實測線形與理論線形對比

拱肋拼裝完成后，對拱肋的制造線形采用全站儀進行測量，得出拱肋的實測坐標值并與拱肋的理論坐標值對比分析以校驗拱肋線形的制造精度。結果如表2所示，表中只列出單幅拱肋測量結果。

由表2分析可知:拱肋制造線形與理論線形差值很小，最大差值僅為13 mm，拱肋的制造線形滿足精度要求。

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