中承式鋼-混結(jié)構(gòu)蝴蝶拱橋施工技術(shù)探討

王生濤 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

蝴蝶拱橋上跨徽州大道主線，整體造型似一翩翩起舞的蝴蝶，故名中承式鋼-混結(jié)構(gòu)蝶形拱橋。主體結(jié)構(gòu)均由焊接鋼管、工字型鋼梁組成。拱肋由大直徑焊接鋼管形成，其計(jì)算跨度為50m。拱肋軸線在同一水平面內(nèi)，但其平面與鉛垂面呈45°夾角外張。拱肋軸線在其平面內(nèi)為二次拋物線。

橋面系為縱梁、橫梁、小縱梁與現(xiàn)澆混凝土橋面板共同形成的鋼-混組合梁，并通過8 對(duì)吊桿均勻作用在兩拱肋上?？v梁鋼板焊接成工字型截面，上翼緣及腹板板厚為20mm，下翼緣板厚為24mm。順橋向每隔4m 間距設(shè)置一道橫梁，橫橋向設(shè)置一道通長(zhǎng)小縱梁，以保證橋面系整體穩(wěn)定。橋面板為250mm厚的鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，并通過橫梁及縱梁頂部的焊釘與之連接形成鋼-混組合結(jié)構(gòu)。橋梁平面圖如圖1所示。

圖1 橋梁平面圖

圖2 主梁支架驗(yàn)算

圖3 拱肋支架驗(yàn)算

圖4 主梁支架條形基礎(chǔ)

主梁節(jié)段劃分和拱肋節(jié)段劃分如表1所示。

表1 主梁節(jié)段劃分和拱肋節(jié)段劃分

2 施工工藝流程

本技術(shù)施工工藝流程為施工準(zhǔn)備→拱座施工→鋼梁及拱肋臨時(shí)支架搭設(shè)→吊裝拱肋A、E節(jié)段→依次吊裝拼焊鋼梁→吊裝拱肋B、C、D 節(jié)段→錨拉板安裝→灌注拱肋混泥土→澆筑橋面板→吊桿安裝并第一次張拉→拱肋支架拆除→第二次張拉→臨時(shí)支架拆除→鋼結(jié)構(gòu)防腐。

2.1 施工準(zhǔn)備

本橋拼裝場(chǎng)地均擬位于徽州大道主線路面上，地面場(chǎng)地主要考慮安裝材料的堆放、構(gòu)件拼裝及車輛的進(jìn)出場(chǎng)，同時(shí)要求預(yù)先鋪設(shè)胎架，以免鋼梁等原材料損毀路面。為保障施工進(jìn)度，合理利用施工作業(yè)面，在每跨吊裝區(qū)域設(shè)置臨時(shí)拼裝場(chǎng)地千斤頂調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高。按照臨時(shí)拼裝場(chǎng)地圖分段位置布設(shè)胎架，胎架采用工字鋼組裝而成，胎架下鋪設(shè)1.5×1.5鋼板。鋼梁存放于主線道路上，長(zhǎng)×寬=15m×3m，鋼梁為單層存放，下墊鋼板。

2.2 拱座施工

拱座鋼筋綁扎完后，根據(jù)拱肋軸線在平面內(nèi)投影的二次拋物線，通過拱腳預(yù)設(shè)十字鋼筋引出軸線控制線的方法，將控制線垂直投影在平面上，利用GPS定位系統(tǒng)，確定拱腳的準(zhǔn)確位置。為了保證澆筑拱座混凝土?xí)r，拱座鋼筋不發(fā)生位移，將拱腳底板與拱座頂層鋼筋點(diǎn)焊成整體，并進(jìn)行固定，防止施工位移造成拱座偏斜。

拱座施工使用的模板由2.44m×1.22m×1.50cm 的竹膠板組合拼裝而成。模板加固采用方木+鋼管加固，在竹膠板的背面豎向每隔20cm 安設(shè)一道8cm×8cm 方木作為豎帶；模板橫帶采用鋼管，第一道鋼管離底部30cm，第二道橫帶離第一道橫帶間距為60cm，橫帶通過拉桿固定在豎帶上；拉桿布置為60cm×60cm 進(jìn)行對(duì)拉，外側(cè)端通過螺母固定于鋼管上。模板安裝完后必須檢查模板的水平位置、垂直度及保護(hù)層厚度。

2.3 臨時(shí)支架設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

2.3.1 主梁支架

單組鋼桁支架的立柱采用4 根φ 420mm×8mm 圓鋼管，縱橋向設(shè)置2根，間距為1.6m；橫橋向設(shè)置2 根，間距為1.6m。相鄰鋼管間橫撐采用水平加勁桿14#工字鋼，斜拉撐采用10#槽鋼。豎向間距為3.0m。圓鋼管支架頂橫橋向設(shè)置兩道長(zhǎng)6m 的2×32#工字鋼，支架基礎(chǔ)為400mm 高的C30 混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂部設(shè)置600mm×600mm×16mm 預(yù)埋件與支架立柱底板焊接連接。下部鋼管間焊接環(huán)向橫撐進(jìn)行拉結(jié)緊固，橫撐采用14#工字鋼；鋼管環(huán)向橫撐間采用水平剪刀撐進(jìn)行拉結(jié)緊固，剪刀撐采用10#槽鋼，位于頂部、豎向中間、底部各設(shè)置一道。采用Midas Civil建立主梁及支架結(jié)構(gòu)模型。模型中的構(gòu)件均以梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，大縱梁、小縱梁、端橫梁以及中橫梁均為工字型截面。支架驗(yàn)算主要考慮5 個(gè)施工階段，驗(yàn)算滿足要求。

2.3.2 拱肋支架

單組鋼桁支架的立柱采用4 根φ 420mmx8mm 圓鋼管，縱橋向設(shè)置2根，間距為1.6m；橫橋向設(shè)置2 根，間距為2.6m。相鄰鋼管間橫撐采用水平加勁桿14#工字鋼，斜拉撐采用10#槽鋼。豎向間距為3.0m。圓鋼管支架頂橫橋向設(shè)置兩道長(zhǎng)6m 的2x32#工字鋼，支架基礎(chǔ)為400mm 高的C30 混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂部設(shè)置600mm×600mm×16mm 預(yù)埋件與支架立柱底板焊接連接。下部鋼管間焊接環(huán)向橫撐進(jìn)行拉結(jié)緊固，橫撐采用14#工字鋼；鋼管環(huán)向橫撐間采用水平剪刀撐進(jìn)行拉結(jié)緊固，剪刀撐采用10#槽鋼，位于頂部、豎向中間、底部各設(shè)置一道。采用Midas Civil建立拱及支架結(jié)構(gòu)模型。拱截面形狀為圓管，靠近壁厚28mm。左右兩側(cè)拱結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，因此選取一半進(jìn)行建模。支架驗(yàn)算主要考慮4 個(gè)施工階段，驗(yàn)算滿足要求。

2.4 臨時(shí)支架搭設(shè)

2.4.1 主梁支架基礎(chǔ)

高內(nèi)在動(dòng)機(jī)通過增強(qiáng)認(rèn)知的靈活性和復(fù)雜性提升一般創(chuàng)造力。較強(qiáng)的自我實(shí)現(xiàn)需要、濃厚的興趣、強(qiáng)烈的使命感和責(zé)任感可以激發(fā)內(nèi)在動(dòng)機(jī)，一旦內(nèi)在動(dòng)機(jī)得到激活，人的一般創(chuàng)造力就會(huì)大幅度提升。樹立遠(yuǎn)大的理想、信念，培植強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和使命感，同時(shí)保有對(duì)某一事物的持久興趣可以激發(fā)較高的內(nèi)在動(dòng)機(jī)。當(dāng)人感覺到對(duì)工作能夠自主支配和有能力時(shí)，內(nèi)在動(dòng)機(jī)最容易產(chǎn)生[8]。給予個(gè)體更多的工作自主支配權(quán)以及提高個(gè)體能力能夠促進(jìn)提高內(nèi)在動(dòng)機(jī)。最后，由于外在動(dòng)機(jī)對(duì)內(nèi)在動(dòng)機(jī)存在擠出效應(yīng)[9]，因而，在可能的情境下，可以盡量減少對(duì)個(gè)體的經(jīng)濟(jì)報(bào)酬、物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)等的外在動(dòng)機(jī)激勵(lì)。

由于單組鋼桁支架的立柱采用4 根φ420mmx8mm 圓鋼管，縱橋向設(shè)置2根，間距為1.6m，橫橋向設(shè)置2 根，間距為1.6m。故支架基礎(chǔ)統(tǒng)一設(shè)置為2500mm×900mm×400mm 的C30 混凝土基礎(chǔ)，并且縱橋向布置，基礎(chǔ)頂部設(shè)置600mm×600mm×16mm 預(yù)埋件與支架立柱底板焊接連接。鋼材材質(zhì)均為Q235鋼，如下圖所示。

2.4.2 拱肋支架基礎(chǔ)

由于單組鋼桁支架的立柱采用4 根φ420mmx8mm 圓鋼管，縱橋向設(shè)置2根，間距為1.6m；橫橋向支架基礎(chǔ)根據(jù)管柱設(shè)計(jì)間距進(jìn)行調(diào)整，間距為D，分別有 2.6m、3.64m、4.21m、3.43m、3.43m、4.21m、3.64m。故支架基礎(chǔ)統(tǒng)一設(shè)置為2500mm×D×400mm 高的C30 混凝土基礎(chǔ)，并且縱橋向布置，基礎(chǔ)內(nèi)部底排設(shè)置φ10 鋼筋網(wǎng)片，基礎(chǔ)頂部設(shè)置600mm×600mm×16mm 預(yù)埋件與支架立柱底板焊接連接；鋼材材質(zhì)均為Q235鋼，如圖5所示。

圖5 主梁支架條形基礎(chǔ)

圖6 平面示意圖

圖7 拱肋吊裝示意圖

2.5 拱肋吊裝

2.5.1 吊裝拱肋A、E節(jié)段

采用兩臺(tái)100t 汽車雙機(jī)抬吊拱肋節(jié)段，先將拱肋節(jié)段下口與拱座預(yù)埋拱腳通過導(dǎo)鏈葫蘆臨時(shí)連接，上端通過限位裝置進(jìn)行限位固定，待高程、線型復(fù)核無誤后，進(jìn)行臨時(shí)固定焊接，其余A、E拱肋節(jié)段依次按照此方法進(jìn)行吊裝，最后分別將左右幅拱肋節(jié)段通過橫撐連接。

2.5.2 依次吊裝鋼梁

鋼梁在加工時(shí)，在每節(jié)鋼梁兩頭對(duì)接接頭處均設(shè)置了匹配件，匹配件采用鋼板制作，每個(gè)接頭的匹配件上預(yù)留了螺栓孔，在鋼梁吊裝到支架頂時(shí)，用螺栓將鋼梁定位，并用100t 手動(dòng)千斤頂進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整，待高程、線型復(fù)核無誤后，調(diào)整到位后用馬凳“抄死”，然后立即進(jìn)行臨時(shí)焊接，臨時(shí)焊接采用220mm×150mm×16mm 的加勁板，每個(gè)鋼梁的接頭焊接16 個(gè)加勁板，加勁板與鋼梁雙面滿焊，焊縫高不得小于8mm。

按照A、E拱肋節(jié)段吊裝方法依次吊裝B、C、D 拱肋節(jié)段，待高程、線型復(fù)核無誤后，通過拱肋間法蘭進(jìn)行連接，并用馬板臨時(shí)固定。

2.5.3 錨拉板安裝

通過自制的“套環(huán)激光束裝置”固定在拱肋吊桿孔內(nèi)，形成激光束照射在鋼梁上，記錄下激光點(diǎn)，即為錨拉板定位的中心點(diǎn)，依次按照此方法標(biāo)記所有錨拉板中心點(diǎn)，根據(jù)橫縱方向畫出十字線。采用汽車吊將錨拉板吊至定位點(diǎn)，待人工調(diào)整角度后進(jìn)行臨時(shí)連接，經(jīng)檢查復(fù)核無誤后進(jìn)行永久焊接。按照此方法依次完成所有錨拉板的安裝工作。

2.6 吊桿安裝及張拉

2.6.1 吊桿安裝

吊桿在工廠按照設(shè)計(jì)要求，結(jié)合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行放樣制造，工廠錨索下料長(zhǎng)度比監(jiān)控尺寸長(zhǎng)10cm，同時(shí)安裝好錨具等其他相關(guān)部件。整個(gè)錨索運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)存放，待拱肋節(jié)段安裝到位后開始進(jìn)行安裝，安裝時(shí)利用吊機(jī)將錨索與拱肋連接端吊裝至拱肋錨箱處，通過在拱肋里從錨箱口放下的15t 倒鏈葫蘆拉至設(shè)計(jì)位置進(jìn)行固定。吊桿安裝按照設(shè)計(jì)與監(jiān)控順序進(jìn)行，安裝到位后進(jìn)行拱肋支架拆除，并依次進(jìn)行張拉。

2.6.2 吊桿安裝及張拉

吊桿索張拉時(shí)，應(yīng)根據(jù)監(jiān)控小組下達(dá)的張拉指令分級(jí)分批張拉，并做好伸長(zhǎng)量記錄，張拉所需千斤頂、油泵、油表應(yīng)配套標(biāo)定、配套使用，張拉記錄應(yīng)完整齊全。單拱采用4 套張拉機(jī)具，保證吊桿索分級(jí)、同步、對(duì)稱進(jìn)行張拉。

張拉過程中，要詳細(xì)記錄油表讀數(shù)-索力-伸長(zhǎng)量-索頭相對(duì)錨墊板的位置，便于相互校核，張拉前后應(yīng)量取索頭與錨墊板的相對(duì)位置。張拉過程中分級(jí)記錄油表讀數(shù)、索力及伸長(zhǎng)量。索力誤差控制在5%以內(nèi)。

調(diào)索應(yīng)遵循的原則為調(diào)整后索力達(dá)到成橋索力噸位。

2.7 支架拆除

支架拆除是結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵點(diǎn)，解除約束時(shí)應(yīng)遵循“左右對(duì)稱，先低后高”的原則。拆除時(shí)先解除支架上支撐鋼管的托盤，使支架不承受拱肋載荷后，再進(jìn)行支架系統(tǒng)地拆除。從支架基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板處將支架鋼管樁的焊接解除，采用吊車將鋼管樁框架整體吊出移到一旁，按照此方法依次將所有支架拆除分離。而后將支架基礎(chǔ)與鋼管樁框架裝車運(yùn)輸至下一橋梁施工備用。

3 結(jié)語

本技術(shù)通過拱腳預(yù)設(shè)十字鋼筋引出軸線控制線的方法，將控制線垂直投影在平面上，利用GPS 定位系統(tǒng)，確定拱腳的準(zhǔn)確位置。

本技術(shù)根據(jù)拱肋軸線平面投影二次拋物線方程及拱肋三維構(gòu)造圖，推導(dǎo)出拱圈最低高程計(jì)算公式，確定了拱肋支架的高程，解決了拱肋高程取值難的問題，提高了拱肋安裝的施工效率，確保了拱肋安裝的線型精度。

本技術(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)支撐體系實(shí)際布跨情況，優(yōu)選出合理的支架布置形式，通過有限元模擬軟件Midas Civil 2020 進(jìn)行三維受力及變形分析，確保了施工方案的可行性，同時(shí)通過有限元模擬軟件對(duì)施工階段結(jié)構(gòu)和成橋后使用階段結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)算分析，保障了其使用階段的安全性及穩(wěn)定性。

本技術(shù)中吊桿下錨固點(diǎn)（錨拉板）定位難，為確保吊桿上、下錨固點(diǎn)及吊桿在一條直線上，采用自制“套環(huán)激光束裝置”進(jìn)行定位，成功解決了定位不準(zhǔn)的難題，保證了吊桿受力在一條直線上，提升了成橋后結(jié)構(gòu)受力的穩(wěn)定性。