深圳空港新城展覽大道景觀鋼橋施工方法研究

2022-01-17 13:45:40李潭，趙斌，段鈜，文勇，梁耿

城市道橋與防洪 2021年12期

李潭，趙斌，段鈜，文勇，梁耿

（1.中鐵重工有限公司，湖北武漢430000；2.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430063；3.襄陽市交通規劃設計院有限公司，湖北襄陽441000）

0 引言

隨著我國經濟快速發展，城市橋梁設計的景觀性需求也逐漸提高。其中兩側都帶斜拉索的發散鋼拱結構作為一種新型景觀橋結構，因其跨距大、橋面寬、節約鋼材、橋型美觀等特點而受到廣泛關注。同時，此類橋梁由于造型復雜，拱肋在結構體系轉換前的穩定性差等因素導致施工較為困難。

拱橋現有施工方法中常見的有“先拱后梁”法和“先梁后拱”法[1-5]。對于斜拉索鋼拱景觀橋，上述兩種方法都無法很好地解決在施工中以較低成本安裝橋面結構的同時保持拱肋穩定性的矛盾。為此，本項目提出了一種新的方法來解決這一問題，并可以在今后類似工程實踐中加以推廣。

1 工程概況

深圳空港新城展覽大道跨截流河特大橋，位于空港新城啟動區南部，橋梁全長170 m，跨度155 m。全橋橋寬62～68.894 m，與河道正交。

2 結構特點

主橋上構采用鋼縱橫梁-鋼箱拱組合體系，包含鋼拱、拉索、主縱橫梁、邊縱梁、橫梁、橋面板等多種鋼結構構件。其中，主縱梁和邊縱梁通過橋面板固接在一起。鋼拱從主縱梁端部延伸出來，軸心線在主縱梁正上方，分叉拱肋的中間橫聯與主縱梁通過中拉索連接，分叉拱肋內部錨箱與邊縱梁通過邊拉索連接，呈現空間發散的景觀效果（見圖1）。

圖1 橋梁效果圖

橋梁上部結構組成見圖2。

圖2 橋梁上部結構組成

3 施工工藝的選擇

傳統拱橋結構常采用的施工方法可以大致分為“先拱后梁”法和“先梁后拱”法。

“先拱后梁”法一般是指拱結構通過纜索吊或浮吊等先行安裝固定，梁體通過懸臂法安裝。此方法由于需要采用纜索吊或浮吊等特殊吊具，成本較高，此方法比較適合現場不具備布置臨時支架條件的情形。

“先梁后拱”法是指梁采用臨時支架逐段安裝，梁安裝好后，通過在橋面安裝支架，用汽車吊在橋面吊裝拱肋。此方法的成本較低，但受施工條件的限制較多，例如支架的布置，拱肋節段的重量等都受到限制。

對于本橋，由于其結構特殊，上述兩種方法都不能很好地滿足需要。一方面，拱的分段重量較大，橋面較寬，吊車無法在橋面上或橋面范圍外吊裝拱肋，從而無法采取“先梁后拱”的施工方法；另一方面，對于此類異型拱，在拱肋-拉索-橋面未形成穩定體系前，需要靠臨時支撐來保證拱肋的穩定性，因此拱肋支架無法拆除，這就會造成拱肋與橋面安裝的矛盾，因此也無法采用“先拱后梁”的施工方法。

本文提出的拱梁交叉施工方法是先安裝主縱梁和主橫梁，再安裝拱肋，最后安裝橋面系橫梁和頂板。這樣可以在保證拱肋穩定性的前提下，解決拱肋安裝與橋面結構安裝的矛盾。

4 施工流程

根據本文提出的施工方法，制定了主橋上部結構的主要施工流程，如圖3所示。

圖3 主橋上部結構的主要施工流程

5 施工關鍵技術

5.1 拱肋安裝

拱肋的分段需要綜合考慮結構、制造、運輸、吊裝等一系列因素。在本工程中，拱肋包含拱腳共分成15個大節段，拱腳段為0#段，從兩側往跨中分別為1#，2#，…，7#，其中4#段分為4#a和4#b 2個小段，7#段為合攏段。最大的拱肋節段質量為70 t左右。

拱肋安裝支架采用鋼管格構柱的形式，柱間采用型鋼連接，如圖4所示。

圖4 拱肋安裝支架布置示意圖

支架的地面最大高度接近40 m。考慮到施工安全性，按照當地100 a重現期的風速v=38.4 m/s計算風荷載，拱肋在支架上的荷載按實際重量加載。拱肋安裝支架應力及位移計算結果見圖5。

圖5 拱肋安裝支架應力及位移計算結果

由圖5可知，在拱肋安裝過程中，在6#節段施工時出現了支架的最大應力152 MPa，最大位移40.3 mm，均滿足設計要求。

在現場施工中，選用了1臺260 t履帶吊進行拱肋的吊裝，拱肋施工現場見圖6。

圖6 拱肋施工現場

5.2 橋面系安裝

由于拱肋支架與橋面板及橫梁的位置產生沖突，為安裝橋面板及橫梁需要拆除拱肋支架；但沒有拱肋支架的支撐，拱結構無法保持穩定。為解決此矛盾，在橋面施工前拆除拱肋支架，僅保留2組支架（4號支架）作為拱肋的臨時支撐（見圖7）。

圖7 橋面系施工臨時支架布置示意圖

由于支架的減少，需要精確計算橋梁支架的受力狀況。計算模型按設計尺寸采用梁、板單元建立。拱肋支架的應力、位移和屈曲分析計算結果見圖8～圖10。由圖可見，在風和拱自重荷載下，拱肋支架最大應力為140 MPa，位移為64 mm，第1振動模態下的臨界荷載系數為32，滿足設計要求。在現場施工中，選用1臺260 t履帶吊進行橫梁和橋面板的吊裝。橋面系施工現場見圖11。