某提籃式系桿拱橋施工過程的線形控制

莫 增 模

(廣東省南粵交通投資建設有限公司，廣東 湛江 524000)

某提籃式系桿拱橋施工過程的線形控制

莫 增 模

(廣東省南粵交通投資建設有限公司，廣東 湛江 524000)

以廣州市南沙區鳳凰三橋為工程背景，針對該橋拱肋拼裝后整體吊裝，主梁懸臂拼裝的特殊施工過程，精確計算其鋼箱拱及鋼箱梁的三大線形(成橋線形、安裝線形、預拼線形)，結合具體的施工方法，揭示了三大線形之間的內部轉化關系以及各種線形與施工方法的關聯性。

提籃拱橋，施工監控，安裝線形，預拼線形

1 工程背景

廣州市南沙開發區鳳凰三橋橋面總寬50 m，雙向八車道。該橋主橋跨徑組合為(40+61+308+61+40)m，為中承式系桿斜拉鋼混組合拱橋，由三角剛架、主拱、橫撐、疊合梁、系桿、吊桿、背索等組合成的結構。主拱采用矢跨比為1/4.5，拱軸系數為m=1.25的懸鏈線箱形拱肋。拱肋向內以1∶5的斜率傾斜，構成提籃合的復合式拱，橋型布置見圖1，圖2。

該橋的主拱拱肋采用預先支架拼裝成型，然后整體提升的施工方案；鋼主梁采用懸臂拼裝的施工方案。

由于拱肋及主梁均采用鋼結構拼裝而成，施工中一個重要的監控任務就是根據設計線形及施工方案，計算拱肋、主梁的安裝線形及無應力線形[1](預拼線形)。

2 鋼拱肋線形控制

2.1 鋼拱肋施工方案

國內系桿拱橋已建成許多，但拱肋大多采用化整為零的思想[2，3]。本橋拱肋整體吊裝的施工方案為類似工程的國內首創，其關鍵施工步驟為：拱肋支架拼裝→張拉臨時系桿，使拱肋脫架→利用滑靴將拱肋整體推至駁船→調整就位后整體提升→合龍。

2.2 鋼拱肋線形的計算

若成橋線形為Scq，設計線形為Ssj，活載變形為Uf，則據規范[4]的規定，橋梁預拱度設置除考慮橋梁結構自重變形外，需累計使用活載變形的一半，可得：

Scq=Ssj-0.5Vf

(1)

設定Ucq為成橋階段恒載的累積變形，則預拱度為：

Uy=Ucq-0.5Vf

(2)

據文獻[6]故安裝線形為：

Saz=Ssj+Uy

(3)

支架拼裝、整體施工的結構，安裝線形與預拼線形一致，只相差一個剛體位移[5]。即預拼線形：

Syp=Saz+Sg

(4)

其中，Sg為剛體位移。

鳳凰三橋拱肋是于胎架上無應力狀態下焊接成型，故其豎向無應力線性可通過式(4)計算。在橫橋向每側鋼拱肋有一個內傾角度5°，故除了常規橋的豎向變形之外，還有橫橋向及縱向的變形。由式(2)計算其拱肋的三向預拱度Uy。

通過表1的計算預拱度可知，其縱向的結構變形最大為0.3 cm，且該方向對結構影響細微。而橫橋向的變形較大，最大處為拱肋1/4跨(jd7)處，可達1.4 cm，誤差不可忽略。為了方便施工的放樣，鋼拱肋的安裝線形只考慮了豎向的預拱度，而橫橋向的變形通過在兩側拱肋間增加臨時橫撐的方法來限制其變形。

表1 鋼拱肋計算預拱度

分別利用式(1)，式(3)，式(4)可計算其成橋線形、安裝線形及預拼線形，具體如圖3所示。

由圖3可知，采用整體吊裝的拱肋，其安裝線形與預拼線形重合，其與設計線形相差一個預拱度。

3 主梁線形控制

3.1 鋼主梁施工步驟

該橋主梁采用節段拼裝法施工，每節段施工步驟主要如下：吊機前移→起吊鋼梁→鋼梁焊接、吊桿安裝→張拉吊桿。全橋共23節段，除合龍段2 m長外，每節段長10.2 m，每一梁段對應一根吊桿，詳細編號見圖1。

3.2 零位移法計算預拼線形

對于主梁設計線形、安裝線形、成橋線形之間的轉化，式(1)～式(3)依舊成立。預拼線形核心在于求出各梁段之間的無應力夾角θ。

如圖4所示，根據文獻[5]的計算方法，梁段的預拼線形由兩部分組成。

θ=θ0+θd

(5)

其中，θ0為梁段2安裝后，梁段1與梁段2的剛體夾角；而θd為梁段1在安裝后的結構夾角變形。

本橋梁段結果如表2所示。利用該角度與梁段長度，便可計算梁段高程。

表2 主梁間預拼角度

3.3 切線法計算預拼線形

對于切線法，在橋梁施工仿真分析時，先不考慮鋼梁的重量，一次性安裝了所有的主梁，但不合龍。此時主梁處于最大懸臂且無應力狀態，然后按正常的施工步驟進行模擬分析，依次添加重力荷載及吊桿荷載。最終合龍成橋時，每個主梁節點都有一個豎向變形Ub。則梁段的預拼線形為：

Uyp=Saz-Ub

(6)

為驗證兩者的計算結果，可把零位移法的夾角轉化為梁段高程，與切線法比較，結果見表3，設定支點B12梁段處高程為0。

表3 預拼線形對比 m

對于系桿拱橋，主梁的變形依賴于主拱的變形，而主拱肋的剛度矩陣較為復雜，這也是預拼線形復雜的另一因素。圖5揭示了主梁幾大線形的變化規律：1)成橋高程比設計高程高，安裝高程一般情況又比成橋高程高。而對于預拼線形，不但與施工方法相關，還與主拱肋的拱軸線系數有關。2)本橋主梁預拼線形從支點到跨中，為一逐段上升的曲線，這與剛構橋[7]、斜拉橋[8，9]的主梁預拼線形有很大的區別。

4 結語

1)橋梁的線形并非以設計線形而應以成橋線形為控制目標，兩者差值在于0.5倍的活載變形。本橋拱頂兩者相差1.2 cm，而主梁跨中相差達3.8 cm。2)不同施工方法的結構，安裝線形與預拼線形有著本質的區別。支架無應力預拼、整體吊裝的結構，兩種線性相同，如本橋中鋼拱肋。而對于懸臂拼裝法施工的主梁，兩者相去甚遠，本案例中主梁跨中相差多達51.4 cm。3)對于提籃式拱橋，由于變形是三向的，增加了預拼線形的計算難度及施工放樣難度，故施工中可采取相應的措施，限制小變形方向的變形。本橋中增加臨時橫撐，限制拱肋的橫向變形，只考慮豎向的變形，拱肋合龍后再拆除臨時橫撐。4)采用支架拼裝、整體吊裝法施工拱肋時，由于合龍口變多，常規調節手段受到限制。施工中應盡可能采集多的數據，進行參數識別，著重研究主拱對拱肋超重、日照溫差的敏感性分析。

[1] 秦順全.橋梁施工控制——無應力狀態法理論與實踐[M].北京:人民交通出版社,2006:34-45.

[2] 鄒效平.鋼管砼拱橋吊裝過程中的線形控制[J].公路與汽運,2003(5):10.

[3] 張顯明.鋼管砼拱橋拱肋整體豎轉吊裝線形控制[J].公路與汽運，2010(2):11.

[4] JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[5] 李 喬,卜一之,張清華.大跨度斜拉橋施工全過程幾何控制概論與應用[M].成都:西南交通大學出版社,2009：15-20.

[6] 孫立山.大跨度混合梁斜拉橋幾何控制計算方法[M].成都：西南交通大學,2010.

[7] 顧雨輝.蘇通大橋268 m跨徑連續剛構橋施工線形控制[J].現代交通技術,2010(8)：46-48.

[8] 吳 杰，羅曉群，張其林.大跨度鋼斜拉橋施工過程線形控制[J].同濟大學學報(自然科學版)，2012(9)：73-75.

[9] 張建民，肖汝誠.千米級斜拉橋施工過程中的索力優化與線形控制研究[J].土木工程學報，2005(7)：34-36.

Line type control for construction of a basket-style tied bars arch bridge

Mo Zengmu

(GuangdongNanyueTransportationInvestment&ConstructionCo.,Ltd,Zhanjiang524000,China)

This article took the third Fenghuang bridge located in Nansha district Guangzhou as engineering background. After the bridge arch rib assembly for lifting the overall and the main beam cantilever erection of special construction process, calculate accurately line type (line type of suspension bridge, alignment line type, preassembly line type) of the steel box arch and steel box girder. Contacting the specific construction methods, reveal internal transformation of the relationship between the three line type and the correlation of a variety of line type and construction methods.

basket-style arch bridge， construction monitoring， alignment line type， preassembly line type

2015-04-21

莫增模(1985- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)19-0157-03

U448.22

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