某提篮式系杆拱桥施工过程的线形控制

莫 增 模

(广东省南粤交通投资建设有限公司，广东 湛江 524000)

某提篮式系杆拱桥施工过程的线形控制

莫 增 模

(广东省南粤交通投资建设有限公司，广东 湛江 524000)

以广州市南沙区凤凰三桥为工程背景，针对该桥拱肋拼装后整体吊装，主梁悬臂拼装的特殊施工过程，精确计算其钢箱拱及钢箱梁的三大线形(成桥线形、安装线形、预拼线形)，结合具体的施工方法，揭示了三大线形之间的内部转化关系以及各种线形与施工方法的关联性。

提篮拱桥，施工监控，安装线形，预拼线形

1 工程背景

广州市南沙开发区凤凰三桥桥面总宽50 m，双向八车道。该桥主桥跨径组合为(40+61+308+61+40)m，为中承式系杆斜拉钢混组合拱桥，由三角刚架、主拱、横撑、叠合梁、系杆、吊杆、背索等组合成的结构。主拱采用矢跨比为1/4.5，拱轴系数为m=1.25的悬链线箱形拱肋。拱肋向内以1∶5的斜率倾斜，构成提篮合的复合式拱，桥型布置见图1，图2。

该桥的主拱拱肋采用预先支架拼装成型，然后整体提升的施工方案；钢主梁采用悬臂拼装的施工方案。

由于拱肋及主梁均采用钢结构拼装而成，施工中一个重要的监控任务就是根据设计线形及施工方案，计算拱肋、主梁的安装线形及无应力线形[1](预拼线形)。

2 钢拱肋线形控制

2.1 钢拱肋施工方案

国内系杆拱桥已建成许多，但拱肋大多采用化整为零的思想[2，3]。本桥拱肋整体吊装的施工方案为类似工程的国内首创，其关键施工步骤为：拱肋支架拼装→张拉临时系杆，使拱肋脱架→利用滑靴将拱肋整体推至驳船→调整就位后整体提升→合龙。

2.2 钢拱肋线形的计算

若成桥线形为Scq，设计线形为Ssj，活载变形为Uf，则据规范[4]的规定，桥梁预拱度设置除考虑桥梁结构自重变形外，需累计使用活载变形的一半，可得：

Scq=Ssj-0.5Vf

(1)

设定Ucq为成桥阶段恒载的累积变形，则预拱度为：

Uy=Ucq-0.5Vf

(2)

据文献[6]故安装线形为：

Saz=Ssj+Uy

(3)

支架拼装、整体施工的结构，安装线形与预拼线形一致，只相差一个刚体位移[5]。即预拼线形：

Syp=Saz+Sg

(4)

其中，Sg为刚体位移。

凤凰三桥拱肋是于胎架上无应力状态下焊接成型，故其竖向无应力线性可通过式(4)计算。在横桥向每侧钢拱肋有一个内倾角度5°，故除了常规桥的竖向变形之外，还有横桥向及纵向的变形。由式(2)计算其拱肋的三向预拱度Uy。

通过表1的计算预拱度可知，其纵向的结构变形最大为0.3 cm，且该方向对结构影响细微。而横桥向的变形较大，最大处为拱肋1/4跨(jd7)处，可达1.4 cm，误差不可忽略。为了方便施工的放样，钢拱肋的安装线形只考虑了竖向的预拱度，而横桥向的变形通过在两侧拱肋间增加临时横撑的方法来限制其变形。

表1 钢拱肋计算预拱度

分别利用式(1)，式(3)，式(4)可计算其成桥线形、安装线形及预拼线形，具体如图3所示。

由图3可知，采用整体吊装的拱肋，其安装线形与预拼线形重合，其与设计线形相差一个预拱度。

3 主梁线形控制

3.1 钢主梁施工步骤

该桥主梁采用节段拼装法施工，每节段施工步骤主要如下：吊机前移→起吊钢梁→钢梁焊接、吊杆安装→张拉吊杆。全桥共23节段，除合龙段2 m长外，每节段长10.2 m，每一梁段对应一根吊杆，详细编号见图1。

3.2 零位移法计算预拼线形

对于主梁设计线形、安装线形、成桥线形之间的转化，式(1)～式(3)依旧成立。预拼线形核心在于求出各梁段之间的无应力夹角θ。

如图4所示，根据文献[5]的计算方法，梁段的预拼线形由两部分组成。

θ=θ0+θd

(5)

其中，θ0为梁段2安装后，梁段1与梁段2的刚体夹角；而θd为梁段1在安装后的结构夹角变形。

本桥梁段结果如表2所示。利用该角度与梁段长度，便可计算梁段高程。

表2 主梁间预拼角度

3.3 切线法计算预拼线形

对于切线法，在桥梁施工仿真分析时，先不考虑钢梁的重量，一次性安装了所有的主梁，但不合龙。此时主梁处于最大悬臂且无应力状态，然后按正常的施工步骤进行模拟分析，依次添加重力荷载及吊杆荷载。最终合龙成桥时，每个主梁节点都有一个竖向变形Ub。则梁段的预拼线形为：

Uyp=Saz-Ub

(6)

为验证两者的计算结果，可把零位移法的夹角转化为梁段高程，与切线法比较，结果见表3，设定支点B12梁段处高程为0。

表3 预拼线形对比 m

对于系杆拱桥，主梁的变形依赖于主拱的变形，而主拱肋的刚度矩阵较为复杂，这也是预拼线形复杂的另一因素。图5揭示了主梁几大线形的变化规律：1)成桥高程比设计高程高，安装高程一般情况又比成桥高程高。而对于预拼线形，不但与施工方法相关，还与主拱肋的拱轴线系数有关。2)本桥主梁预拼线形从支点到跨中，为一逐段上升的曲线，这与刚构桥[7]、斜拉桥[8，9]的主梁预拼线形有很大的区别。

4 结语

1)桥梁的线形并非以设计线形而应以成桥线形为控制目标，两者差值在于0.5倍的活载变形。本桥拱顶两者相差1.2 cm，而主梁跨中相差达3.8 cm。2)不同施工方法的结构，安装线形与预拼线形有着本质的区别。支架无应力预拼、整体吊装的结构，两种线性相同，如本桥中钢拱肋。而对于悬臂拼装法施工的主梁，两者相去甚远，本案例中主梁跨中相差多达51.4 cm。3)对于提篮式拱桥，由于变形是三向的，增加了预拼线形的计算难度及施工放样难度，故施工中可采取相应的措施，限制小变形方向的变形。本桥中增加临时横撑，限制拱肋的横向变形，只考虑竖向的变形，拱肋合龙后再拆除临时横撑。4)采用支架拼装、整体吊装法施工拱肋时，由于合龙口变多，常规调节手段受到限制。施工中应尽可能采集多的数据，进行参数识别，着重研究主拱对拱肋超重、日照温差的敏感性分析。

[1] 秦顺全.桥梁施工控制——无应力状态法理论与实践[M].北京:人民交通出版社,2006:34-45.

[2] 邹效平.钢管砼拱桥吊装过程中的线形控制[J].公路与汽运,2003(5):10.

[3] 张显明.钢管砼拱桥拱肋整体竖转吊装线形控制[J].公路与汽运，2010(2):11.

[4] JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[5] 李 乔,卜一之,张清华.大跨度斜拉桥施工全过程几何控制概论与应用[M].成都:西南交通大学出版社,2009：15-20.

[6] 孙立山.大跨度混合梁斜拉桥几何控制计算方法[M].成都：西南交通大学,2010.

[7] 顾雨辉.苏通大桥268 m跨径连续刚构桥施工线形控制[J].现代交通技术,2010(8)：46-48.

[8] 吴 杰，罗晓群，张其林.大跨度钢斜拉桥施工过程线形控制[J].同济大学学报(自然科学版)，2012(9)：73-75.

[9] 张建民，肖汝诚.千米级斜拉桥施工过程中的索力优化与线形控制研究[J].土木工程学报，2005(7)：34-36.

Line type control for construction of a basket-style tied bars arch bridge

Mo Zengmu

(GuangdongNanyueTransportationInvestment&ConstructionCo.,Ltd,Zhanjiang524000,China)

This article took the third Fenghuang bridge located in Nansha district Guangzhou as engineering background. After the bridge arch rib assembly for lifting the overall and the main beam cantilever erection of special construction process, calculate accurately line type (line type of suspension bridge, alignment line type, preassembly line type) of the steel box arch and steel box girder. Contacting the specific construction methods, reveal internal transformation of the relationship between the three line type and the correlation of a variety of line type and construction methods.

basket-style arch bridge， construction monitoring， alignment line type， preassembly line type

2015-04-21

莫增模(1985- )，男，硕士，助理工程师

1009-6825(2015)19-0157-03

U448.22

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