空間扭曲異形拱肋拼裝測點定位技術(shù)

【摘 要】異形的橋梁結(jié)構(gòu)，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(jié)段定位問題，通過三維建模軟件CATIA建立實橋模型，在每個節(jié)段上選取放樣控制點對節(jié)段位置進(jìn)行定位，吊裝誤差在可控范圍內(nèi)，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(guān)鍵詞】橋梁工程； 提籃拱橋； 節(jié)段定位

【中圖分類號】U445.4【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

0 引言

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

多位學(xué)者對拱橋施工過程關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。李亞東等［1］總結(jié)了橋梁常見施工方法，探討了拱橋結(jié)構(gòu)的構(gòu)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(jìn)行了建模仿真，對安裝索力、變形、鋼箱拱的應(yīng)力進(jìn)行模擬分析，及施工控制計算。張永濤等［3］依據(jù)鋼箱梁吊裝及架設(shè)方法，分析了新型自平衡式吊索結(jié)構(gòu)及吊裝過程各節(jié)段的應(yīng)力分布，驗證了吊裝鋼箱梁結(jié)構(gòu)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(wěn)定性，為異形拱橋設(shè)計與建設(shè)提供參考依據(jù)。田卿等［5］介紹了中承式提籃拱橋各結(jié)構(gòu)部件的詳細(xì)情況，對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性進(jìn)行了計算分析。龍騰等［6］將BIM技術(shù)應(yīng)用在工程實踐中，實現(xiàn)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(yōu)化了施工方案。

現(xiàn)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(wěn)定性驗算、BIM指導(dǎo)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(jié)構(gòu)定位問題進(jìn)行研究，以絳溪河大橋為例。

1 設(shè)計概況

1.1 項目由來

2019年成都市高新區(qū)錦江和絳溪河六座橋梁向全球征集概念設(shè)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(shè)計團(tuán)隊，包括英國扎哈·哈迪德建筑師事務(wù)所、德國SBP施萊希工程設(shè)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(lián)合體、法國AREPVILLE、上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司+西班牙CFC公司聯(lián)合體。其中西一線跨絳溪河大橋由扎哈·哈迪德建筑師事務(wù)所中標(biāo)方案設(shè)計，由中國建筑西南設(shè)計院進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1.2 主體結(jié)構(gòu)

西一線跨絳溪河大橋位于成都市空港新城玉成鄉(xiāng)境內(nèi)。該橋采用三跨連續(xù)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(jié)構(gòu)提籃拱，如圖1所示。

橋梁斷面布置為：3.0 m結(jié)構(gòu)縱梁+3.5 m人行道+3.5 m，非機動車道+3.0 m側(cè)分帶（索區(qū)）+10.5 m行車道+4.0 m中央分隔帶+10.5 m行車道+3.0 m側(cè)分帶（索區(qū)）+3.5 m非機動車道+3.5 m人行道+3.0 m 結(jié)構(gòu)縱梁=51.0 m。主跨內(nèi)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(cè)拱肋上吊桿間距14.229～17.051 m，南側(cè)拱肋上吊桿間距14.177～16.115 m。

1.3 鋼拱線設(shè)計

本橋拱肋呈空間扭曲形態(tài)，極不規(guī)則，空間構(gòu)型完全由建筑景觀所定，不存在傳統(tǒng)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(nèi)側(cè)拱肋內(nèi)傾角度約 47.69°，外側(cè)拱肋內(nèi)傾角度約24.85°，兩拱于跨中交匯，拱頂結(jié)合段長度約17 m。兩拱間無其他橫向聯(lián)系，拱腳處與邊縱梁結(jié)為一體。

南、北拱肋采用單箱單室鋼箱結(jié)構(gòu)。以拱頂結(jié)合段為界，兩拱小里程側(cè)均為四邊形斷面如圖3所示，大里程側(cè)均為五邊形斷面，如圖4所示，拱頂結(jié)合段為五邊形斷面，如圖5所示。拱肋空間形態(tài)十分復(fù)雜，除拱頂結(jié)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(jié)構(gòu)為復(fù)雜空間構(gòu)型，各節(jié)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(biāo)點，通過三維建模軟件CATIA建立大地坐標(biāo)系實橋模型。

選取大里程外側(cè)拱腳與拱肋過渡段節(jié)段為例，拱肋節(jié)段及放樣點布置如圖6所示，節(jié)段在小里程側(cè)與大里程側(cè)分別選取了3個測點。其中Z5、Z6在拱頂內(nèi)側(cè)和外側(cè)，距離節(jié)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(jié)段端頭10 cm。導(dǎo)出模型放樣點坐標(biāo)，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(biāo)的方法確定了異

形提籃拱橋節(jié)段的吊裝放樣坐標(biāo)，順利完成拱肋合龍得到經(jīng)驗：

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

（2）現(xiàn)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(jìn)行模型建立與放樣點確定。

（3）節(jié)段放樣坐標(biāo)點確定應(yīng)考慮模型與實橋的關(guān)系，坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系、橋面預(yù)拱度、施工過程的沉降需納入考慮范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 李亞東，姚昌榮，梁艷.淺論拱橋的技術(shù)進(jìn)步與挑戰(zhàn)［J］.橋梁建設(shè)，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(guān)鍵技術(shù)研究［J］.中國公路學(xué)報，2004（3）：49-53.

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

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

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

［6］ 龍騰，唐紅，吳念，等.BIM技術(shù)在武漢某高架橋工程施工中的應(yīng)用研究［J］.施工技術(shù)，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。