雙曲面空間扭拱吊裝定位方法

□文/蘇濤

雙曲面空間扭拱吊裝定位方法

□文/蘇濤

結合實際工程中雙曲面拱肋的特點，通過多種技術手段進行鋼拱肋的吊裝及定位，將雙曲面拱肋安裝方法進行總結。

雙曲面；鋼拱肋；吊裝；空間定位

對于拱橋來講，拱肋是橋梁傳遞受力的最主要構件之一，上承式拱橋首先安裝的是拱肋，拱肋的精確定位是后續(xù)立柱、橋面系安裝的基礎，因此控制鋼拱肋的安裝精度是關系橋梁整體的關鍵施工步序。對于雙曲面拱肋來講吊裝及定位的難度更大，首先截面不規(guī)則，定位點選擇困難；其次拱肋傾斜吊裝過程中對位困難，臨時加固及微調難度大。本文結合工程實際，總結出對雙曲面傾斜鋼拱肋安裝的關鍵點。

1　工程概況

北京北關大道跨北運河橋主橋為五跨拱橋，橫斷面上布置7根拱肋，共計35根拱肋，均為鋼結構。拱肋均為矩形斷面，為形成橋梁空間整體變斷面效果，設置成面外彎曲空間拱。為滿足受力要求，優(yōu)化拱，保證與橫梁、立柱的連接，同時降低梁高，將豎向拱進行橫向彎曲形成空間拱，并非進行水平推倒（剛體轉動）形成的推倒拱，見圖1。

圖1　橋梁拱肋結構

2　鋼拱肋安裝方案選擇

現(xiàn)場河水較淺，但河道要求不斷流，填土圍堰及船舶吊裝均無法實施，采用拱肋鋼管支撐體系結合鋼管棧橋上布置跨墩龍門吊機安裝的方案。該方案的突出特點是減少對河道水面的占用，方便多制作段鋼拱肋水平、垂直運輸，整體經(jīng)濟效益會更好。龍門吊安裝過程中對拱肋定位調整來講更方便、快捷、安全，可以節(jié)省工期和人工的消耗。

3　龍門吊機選擇及鋼拱肋臨時支撐體系

3.1龍門吊機選擇

龍門吊選型需要考慮的因素很多，跨徑與吊裝能力成反比，選型時要綜合考慮二者的關系。橋梁最寬68 m，如果選擇全斷面跨徑吊裝，制作段增加，影響橋梁耐久性，同時也增加焊接工作量。首先分析橋梁橫斷面形式，龍門吊安裝拱肋、拱上立柱、橫梁及橋面鋼箱梁，外側人行坡道及梯道待橋面系成型后在橋面上采用汽車吊進行吊裝，選擇DCS35t-50 m/12 m龍門吊機，2臺共同作業(yè)。

龍門吊軌道鋪設在鋼管棧橋上，鋼棧橋要滿足自身安裝履帶吊、混凝土運輸車行走，棧橋橋面寬度為設計為6 m，混凝土基礎寬度為8 m。為滿足混凝土運輸車行走需要，龍門吊軌道設置在距離棧橋內側邊緣1.25 m位置。軌道頂面標高根據(jù)西岸現(xiàn)狀路面標高確定為24.35 m，由于2#～3#跨拱肋最寬為50.47 m，考慮鋼拱肋部分位于棧橋標高以下，確定龍門吊軌道間距為49.5 m即可滿足吊裝空間要求。

3.2鋼拱肋臨時支撐體系

吊裝到位后將拱肋安裝在拱肋臨時支墩上，拱肋臨時支墩采用直徑530 mm、壁厚14 mm的鋼管及36b工字鋼作為支撐體系，在支撐體系上搭設砂箱及操作平臺。

拱肋根部采用4根鋼管組成臨時支墩搭設單獨的施工平臺。拱肋跨中支墩搭設整體施工平臺，施工平臺與龍門吊棧橋之間均搭設臨時通道，見圖2。

圖2　拱肋臨時支撐

4　鋼拱肋吊裝方案

4.1鋼拱肋分段

龍門吊選定與拱肋分段緊密結合，綜合考慮2點，即吊裝能力及行走距離，確保2臺龍門吊機協(xié)同作業(yè)。35 t龍門吊機雙機作業(yè)最大吊裝重量為二者之和的80%，2臺龍門吊協(xié)同作業(yè)最小間距≮10 m，通過以上條件限定，分段形式基本確定，分段形式需經(jīng)過設計同意方可實施。

4.2支撐結構設計

拱肋為空間雙曲面，支撐體系選擇也相當重要，拱肋底板為雙曲面板，臨時支墩設置時要考慮雙向傾斜的問題，支墩制作精度要精確控制，對拱肋定位有非常重要的幫助，微調量減少。

支墩制作采用CAD三維空間剖切，臨時支撐的鋼管及工字鋼安裝完成后必然存在誤差，為保證支墩的安裝高度及位置準確，現(xiàn)場實測安裝完成后的工字鋼表面三維坐標，根據(jù)實測數(shù)據(jù)與拱肋之間的關系設計支墩，高度及坡口嚴格按照三維圖尺寸加工。支墩安裝位置根據(jù)測量放樣確定，吊裝前在拱肋底板上反算出支墩定位點，吊裝到位后根據(jù)控制點坐標調整，偏出基本在10 mm內，微調工作量非常小，見圖3。

圖3　臨時支撐

4.3吊點設計

由于鋼拱肋不僅為扭拱而且空間傾斜，定位難度大，為保證定位精度，同時減少安裝及微調時間，拱肋吊點的設計必須精確，保證其實際位置就是吊裝時的空間位置。吊點的設計通過建立拱肋三維實體選擇其重心，將龍門吊吊點設置在通過構件重心的一條線上，同時還要考慮龍門吊最小間距及2臺龍門吊的吊裝重量均勻，避免安裝角度不同每臺承擔的吊裝重量也不同，過度偏載可能會發(fā)生安全事故，見圖4。

圖4　拱肋吊裝吊點設計平面

5　鋼拱肋定位方案

5.1定位方法

拱肋為空間拱軸線，曲面的拱肋形式更增加了測量定位難度。測量定位方式的選擇、控制點的坐標計算和預偏值計算等至關重要。采用CAD三維建模的方式輔助測量坐標計算，通過控制分段位置4個角點坐標及高程進行定位。通過運用midas計算軟件輔助計算拱肋施工各工況下的受力狀態(tài)，確定合理的預高、預偏值，以保證拱肋最終安裝精度和成橋線形，見圖5。

圖5　鋼拱肋空間定位坐標選擇

5.2廠內配切

拱肋與基礎連接處為鋼套箱，鋼套箱隨鋼混組合拱腳同時施工，鋼拱肋后期安裝與鋼套箱焊接。這種結構形式?jīng)Q定廠內配切的重要性。

拱肋長度為定值，拱肋分段間不預留配切量，合龍段預留配切量可以完成拱肋的最終成型。拱腳出配切量要結合現(xiàn)場鋼套箱的安裝確定，這是施工現(xiàn)場與廠內預制要緊密結合的關鍵工序。

廠內配切工作全部來自現(xiàn)場實測，將現(xiàn)場安裝完成后的鋼套箱頂面對應拱肋接口位置進行三維坐標實測，繪制到三維圖內，用實測近似平面切割理論拱肋，確定拱腳位置配切量，見圖6。這樣就排除了鋼套箱安裝誤差對鋼拱肋安裝的影響，保證焊口的間隙的前提下避免誤差累計，同時保證橫梁位置準確及降低合龍段配切量超出范圍。

圖6　拱腳配切截面關系

5.3拱腳定位點選擇

鋼套箱安裝的誤差在配切時排除，定位選擇也發(fā)生了變化，圖6中原來拱肋理論長度的角點（藍色截面角點）已經(jīng)不存在，實際定位點是配切后角點（綠色截面角點），測量放樣時不單單是XY坐標，Z坐標也同時要控制，找到配切后控制點的三維坐標。

6　外界環(huán)境影響

鋼結構受溫度影響較大，夏季安裝時，精確定位時要充分考慮溫度對鋼拱肋的影響，將溫度對拱肋長度、迎光面與背光面偏差綜合考慮，通過計算確定一個合理的安裝時間及預偏、預高值。

對于多根拱肋之間有橫梁連接的拱肋形式還要考慮焊接變形對拱肋坐標的影響，適當設置預偏值。

7　結語

對于空間雙曲面鋼拱肋安裝來講，理論計算必不可少，計算機軟件輔助是提高安裝精度及速度的一個重要環(huán)節(jié)，整個吊裝及定位都是通過實際測量結合三維空間模擬確定，準備工作量大，但實際操作會節(jié)約大量的人工和機械費用，對結構自身耐久性更有保障。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.05.014

□課題項目：天津市建委課題（2015-14）

□U448.22

□C

□1008-3197（2016）05-41-03

□2016-08-08

□蘇濤/男，1982年出生，工程師，天津城建集團有限公司，從事工程技術管理工作。