空間扭曲異形拱肋拼裝測點定位技術

【摘 要】異形的橋梁結構，給橋梁的施工帶來了一些困難。以西一線絳溪河大橋為例，針對施工拼裝過程中的異形拱肋節段定位問題，通過三維建模軟件CATIA建立實橋模型，在每個節段上選取放樣控制點對節段位置進行定位，吊裝誤差在可控范圍內，順利完成橋梁合龍。本研究可為異性提籃拱橋施工拼裝定位提供可行方案。

【關鍵詞】橋梁工程； 提籃拱橋； 節段定位

【中圖分類號】U445.4【文獻標志碼】A

0 引言

拱橋結構體系多樣，外形可塑性強，在城市中小跨徑橋梁中廣泛應用。在異形拱橋施工吊裝過程中，由于拱肋各個節段截面形狀各不相同，表面為曲面，難以在吊裝過程中準確定位。當拱肋作為異形拱橋的受力結構時，拼裝誤差過大將會對橋梁安全造成嚴重影響。

多位學者對拱橋施工過程關鍵技術進行了深入研究。李亞東等［1］總結了橋梁常見施工方法，探討了拱橋結構的構造、受力特點、耐久性等問題，提出了橋梁選型與造型的基本原則。田仲初等［2］對某提籃拱橋進行了建模仿真，對安裝索力、變形、鋼箱拱的應力進行模擬分析，及施工控制計算。張永濤等［3］依據鋼箱梁吊裝及架設方法，分析了新型自平衡式吊索結構及吊裝過程各節段的應力分布，驗證了吊裝鋼箱梁結構的安全性。易星［4］運用MIDAS CIVIL分析了異形拱橋的振型、動力特征及全橋穩定性，為異形拱橋設計與建設提供參考依據。田卿等［5］介紹了中承式提籃拱橋各結構部件的詳細情況，對結構整體穩定性進行了計算分析。龍騰等［6］將BIM技術應用在工程實踐中，實現了三維建模、二維施工圖紙輸出、工程計量、施工模擬的功能，大大提高了施工效率，優化了施工方案。

現階段拱橋施工方面研究主要集中在施工受力驗算與成橋穩定性驗算、BIM指導橋梁施工上，對于異形拱橋施工過程中拼裝定位問題的研究相對較少。本文針對工程實踐中遇到的異形結構定位問題進行研究，以絳溪河大橋為例。

1 設計概況

1.1 項目由來

2019年成都市高新區錦江和絳溪河六座橋梁向全球征集概念設計方案，這六座橋是交子人行橋、錦尚大橋、絳溪四線大橋、北一線跨絳溪河大橋、東一線跨絳溪河大橋、西一線跨絳溪河大橋6座橋梁。吸引了6家國際頂尖設計團隊，包括英國扎哈·哈迪德建筑師事務所、德國SBP施萊希工程設計咨詢有限公司、香港艾奕康有限公司、SGA+奧雅納工程顧問聯合體、法國AREPVILLE、上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司+西班牙CFC公司聯合體。其中西一線跨絳溪河大橋由扎哈·哈迪德建筑師事務所中標方案設計，由中國建筑西南設計院進行結構設計。

1.2 主體結構

西一線跨絳溪河大橋位于成都市空港新城玉成鄉境內。該橋采用三跨連續下承式梁拱組合體系鋼橋，跨徑布置為（55+175+55） m，平面位于半徑R=400 m 圓曲線上，橋型為異形結構提籃拱，如圖1所示。

橋梁斷面布置為：3.0 m結構縱梁+3.5 m人行道+3.5 m，非機動車道+3.0 m側分帶（索區）+10.5 m行車道+4.0 m中央分隔帶+10.5 m行車道+3.0 m側分帶（索區）+3.5 m非機動車道+3.5 m人行道+3.0 m 結構縱梁=51.0 m。主跨內對稱布置8對吊桿，呈扇形布置，梁上順橋向吊桿間距12 m，橫橋向吊桿間距30.6 m；北側拱肋上吊桿間距14.229～17.051 m，南側拱肋上吊桿間距14.177～16.115 m。

1.3 鋼拱線設計

本橋拱肋呈空間扭曲形態，極不規則，空間構型完全由建筑景觀所定，不存在傳統意義上的拱軸線，如圖2所示。中心樁號處拱頂距橋面 30m。平曲線內側拱肋內傾角度約 47.69°，外側拱肋內傾角度約24.85°，兩拱于跨中交匯，拱頂結合段長度約17 m。兩拱間無其他橫向聯系，拱腳處與邊縱梁結為一體。

南、北拱肋采用單箱單室鋼箱結構。以拱頂結合段為界，兩拱小里程側均為四邊形斷面如圖3所示，大里程側均為五邊形斷面，如圖4所示，拱頂結合段為五邊形斷面，如圖5所示。拱肋空間形態十分復雜，除拱頂結合段壁板為單曲面，其余均為扭曲的雙曲面板，給拱肋拼裝定位帶來了困難。

2 鋼拱拼裝定位

西一線絳溪河大橋鋼拱結構為復雜空間構型，各節段表面為曲面，且線路中心線處于圓曲線上，難以確定放樣坐標點，通過三維建模軟件CATIA建立大地坐標系實橋模型。

選取大里程外側拱腳與拱肋過渡段節段為例，拱肋節段及放樣點布置如圖6所示，節段在小里程側與大里程側分別選取了3個測點。其中Z5、Z6在拱頂內側和外側，距離節段端頭10 cm、距離板邊橫向距離18 cm；Z7位于橋面板上，距離邊縱梁豎腹板50 cm、距離節段端頭10 cm。導出模型放樣點坐標，考慮橋梁施工的沉降修正后，即可用于實際吊裝的放樣。

本文通過建立三維模型確定放樣點坐標的方法確定了異

形提籃拱橋節段的吊裝放樣坐標，順利完成拱肋合龍得到經驗：

（1）西一線絳溪河大橋拱肋通過復雜空間構型實現視覺上的美觀，因其自重較大，且為橋梁承載結構之一，給節段拼裝精確定位帶來難度。

（2）現有主流BIM軟件對異形帶有曲面的景觀橋建模支持性較差，本次工程實踐中采用商用建模軟件CATIA進行模型建立與放樣點確定。

（3）節段放樣坐標點確定應考慮模型與實橋的關系，坐標系對應關系、橋面預拱度、施工過程的沉降需納入考慮范圍內。

參考文獻

［1］ 李亞東，姚昌榮，梁艷.淺論拱橋的技術進步與挑戰［J］.橋梁建設，2012，42（2）：13-20.

［2］ 田仲初，陳得良，顏東煌，等.鋼箱提籃拱橋施工控制的關鍵技術研究［J］.中國公路學報，2004（3）：49-53.

［3］ 張永濤，周仁忠，高紀兵.崇啟大橋大節段整體吊裝技術研究［J］.公路，2011（10）：82-90.

［4］ 易星. 異形拱橋動力特性與穩定性研究［D］.長沙：湖南大學，2015.

［5］ 田卿，何俊榮，尹邦武等.中承式鋼箱提籃拱橋設計［J］.世界橋梁，2020，48（1）：11-16.

［6］ 龍騰，唐紅，吳念，等.BIM技術在武漢某高架橋工程施工中的應用研究［J］.施工技術，2014，43（3）：80-83.

［作者簡介］安浩然（1998—），男，碩士，研究方向為橋梁工程。