曲線非對稱超寬橋面鋼梁制造難點及對策

曲線非對稱超寬橋面鋼梁制造難點及對策

成都紅星路南延線府河橋主橋采用主跨150m跨徑曲線梁非對稱外傾拱橋結構設計，曲線非對稱超寬橋面結構給鋼梁制造帶來諸多不便，文章分析了該項目的結構特點及制造難點，針對曲線板U形肋單元、鋼梁制造分段等問題進行分析，并分別應對，給出解決問題的方法。項目在此方法的基礎上得以順利實施。

項目背景

城市橋梁建設往往更追求橋梁整體的美觀性，而且由于城市區空間緊張，將橋梁設計在道路曲線區段內往往是不可避免的，因此，復雜結構的曲線橋梁就成為城市橋梁設計的一種不可避免的類型。

成都紅星路南延線跨府河大橋工程主橋采用主跨150m跨徑曲線梁非對稱外傾拱橋（非對稱肋拱橋），上部為南北兩條獨自向外傾斜的鋼拱肋，鋼材重約1600t；下部為鋼箱梁，全橋總長258.8m，鋼材重約8700t。大橋成橋效果見圖1。

府河橋位于主跨位于曲線半徑為R=600m圓曲線內，兩側邊跨分別位于緩和曲線上，橋面最寬處達73.9m，是迄今為止亞洲建造的最寬鋼結構橋梁。為適應曲線梁結構，橋梁兩座鋼箱拱肋采用非對稱外傾設計。府河橋橋面線形見圖2。

項目制造難點分析

由于大橋道路中心線為曲線，因此理論上來說，橋面的面板及縱向加勁肋應制造為曲線才能滿足要求。但對于本橋這種曲線半徑較小而橫斷面有很寬的鋼橋面，這樣會給制造帶來很大難度。

首先，從現有的制造水平來看，曲線鋼板不易進行機加工，所以制造精度不高，因而可以預見由于鋼板下料精度不高，在梁段組裝時會產生大量的返工，費工費時費力，即使這樣梁段尺寸仍然難以滿足行業規范及設計圖紙的要求。

其次，相比板肋或T肋等其他常用縱肋，U形肋是橋面使用受力情況最好的縱肋，因此本橋橋面縱肋的設計依然采用現今最常用的U形肋設計。可是，在用鋼板將U形肋壓制成型時，由于U形肋的斷面特點，理論上沒有任何設備可以將U形肋做成曲線。

最后，由于本橋位于市區，橋位處作業面積緊張，無法再安排在橋位進行梁段整體拼裝所需場地，為此梁段的整體拼裝只能在其他地方完成，之后再運至現場。可是本橋橋面寬度大約在60m到74m范圍，如果這么大寬度進行市內運輸顯然是不現實的。

制造方案策略

圖1 府河橋效果圖

圖2 府河橋橋面曲線線形圖

針對以上難點分析，我們最終確定，如果設計圖必須采用U形肋設計，那么，必須對U肋及其板單元進行以直代曲，即在可以接受的偏差范圍內，將理論上的曲線用直線進行替代，從而降低制造難度。同時，為了滿足運輸要求，梁段外形尺寸必須盡可能小，直至滿足從拼裝場地到橋址的城市道路運輸要求。

其實，零件以直代曲與梁段往小劃分正是相輔相成的，順橋向梁段長度越小，單個梁段內的曲線矢高就越小，從而更容易滿足直線替代曲線的要求。

為此，我們最終將梁段順橋向按道路中心線每六米長劃分，這樣，對于曲線半徑600m來說，在每個梁段的曲線矢高還有約8mm。之后，我們在電腦中按這個梁段長度將橋面縱肋進行以直代曲，然后利用ANSYS軟件進行分析，確認以直代曲后橋梁結構完全滿足受力要求。鋼梁沿道路方向梁段劃分如圖3所示。

零件以直代曲后，工廠制造可以采用大量機加工設備保證零件尺寸精度，特別是對于U形肋橋面板單元制造，在我公司可以采用國際領先的U形肋板單元自動化制造系統，這套系統從U形肋的制作，到板單元組裝、焊接等工序均實現自動化，制造質量水平為國際領先。從而大幅提高本項目制造的質量水平和制造效率。

但是，這樣劃分之后，雖然零件可以以直代曲，降低了制造難度，可是，鋼梁節段仍有6m寬且60m到74m長，仍然無法實現市內運輸。為此又將鋼梁橫橋向進行分塊。最終確定鋼梁橫橋向分為兩個非機動車道塊體、兩個輔道塊體及一個機動車道塊體共5個塊體。橫向分塊圖見圖4。

為了保證梁段塊體及梁段間的制造精度，梁段塊體拼裝采用多梁段連續匹配拼裝制造的方法，從而有效保證梁段塊體間的匹配精度。塊體間的連接采用了栓焊結合的方式，這樣，在塊體連續拼裝時，當鋼梁拼裝線形、塊體尺寸精度都符合要求后，通過配制拼接板的方式，利用沖釘將塊體精確定位，這樣拼裝的塊體間的定位誤差可以忽略不計。塊體栓孔位置見圖5。當塊體拼裝完成并運至橋位架設時，利用在梁段制造時精確的栓孔，仍舊以沖釘定位，螺栓緊固，實現梁段相互位置的精確復原，進而順利完成橋梁架設施工。

圖3 府河橋梁段劃分圖

圖4 府河橋梁段分塊圖（右側橋面板未示）

圖5 府河橋塊體間栓孔連接示意圖（僅示鋼梁一側）

工程實施效果

在確定項目制造難點及其解決方案之后，工廠繪制了鋼梁制造施工圖紙，并編制詳細的制造工藝文件，鋼梁按照工廠自動化的板單元制造、拼裝場連續匹配整節段拼裝的順序完成了鋼梁制造，制造周期短且質量高。在拼裝完成后，鋼梁拆解成各制造塊體運往橋址，并順利完成了橋梁架設安裝。如今，橋梁與成都國際會展中心遙相輝映，已經成為府河畔一道靚麗的風景。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.016