双飞翼拱桥景观平台安装关键施工工艺

何建乔　宋佩超　黄善浜　刘祥

摘要：文章介绍了乌兰木伦河3号桥景观平台安装的关键施工工艺和测量方法：通过面积法快速确定构件重心，研制便捷吊装夹具和设计悬挑施工平台实现快速安全构件吊装;采用纵梁分段合龙、横梁预抬吊装定位等质量控制措施完成外伸梁安装施工。外伸梁安装质量检测结果表明，悬挑横梁安装偏差在±0.3%范围内，安装精度明显优于设计要求，可为类似工程的悬挑外伸梁安装提供参考。

关键词：悬挑外伸梁;吊装;定位;分段合龙

中国分类号：U443.7

0引言

现代建筑在美学上的造诣逐年提高，近年来，国内建造出了大量优美的桥梁。人们在追求美学的同时对桥梁的使用功能有着更多的要求，越来越多的城市景观桥梁设置了景观平台，而且景观平台的结构形式和结构造型呈现出了多样化趋势。但多数景观平台遇到了大型悬挑构件吊装施工时精度难以保证、安全风险大、吊装速度慢等困难。研究人员尝试多种手段解决大型悬挑钢结构吊装施工难题，如采用先拼装后分区分段吊装[1]、整体吊装[2]、抬吊竖转构件的施工方法[3]、分批分级循环吊装方法[4]、悬挑式螺栓球节点钢网架吊装工法[5]等，但均未能完全解决快速吊装和高精度吊装问题。

异型悬挑构件的吊装主要难点为快速布置吊点以及测量方法等快速施工工艺以及质量控制方法的确认。本文以乌兰木伦河3号桥景观平台安装施工为例，采用面積法快速计算出构件重心，研制便捷吊装夹具提高施工速度，采用测量机器人监测等多手段测量悬挑构件在温度下的变形规律，调整施工工艺，确保施工就位精度，为类似的景观平台和悬挑结构构件的快速安全吊装施工提供新思路。

1工程概况

乌兰木伦河3号桥全桥长348 m，其中主拱为外倾17°蝴蝶拱，跨径为200 m，副拱为内倾45°提篮拱，跨径为330 m。桥面宽度为42～65 m，设双向六车道，另设2条非机动车道，2[KG（0.07mm]条人行道，设计通车时速为50 km/h。该桥为中承式复式钢箱拱桥，半漂浮体系，建成时是国内首座、同类型世界最大跨度双飞翼景观特大桥（见图1）。

外伸人行道横梁采用变宽变高结构形式，宽度为4～15.5 m，高度为0.5～1.85 m，采用双向2%的横坡和1.68%的纵坡（图2、图3）。外伸人行道平台采用纵横梁框架体系，其上铺设人行道板单元结构。横梁采用工字钢。横梁高度为0.5～1.85 m，顶底板厚20 mm，宽400 mm，底板厚20 mm。纵梁采用300 mm×200 mm×10 mm与300 mm×200 mm×14 mm型方钢管。人行道板单元结构顶板厚8 mm，顶板下设纵横隔板，人行道板单元荷载通过次横梁 120 mm×60 mm×10 mm型方钢管放置于牛腿之上。人行道构件除桥面板与槽钢采用螺栓连接外，其余构件均采用焊接方式进行连接。

2安装工艺

人行道横、纵梁和桥面板在钢结构加工厂加工完成后，运输至安装地点。安装遵循“从两端向中间、先低后高”的原则，具体的安装顺序如图4所示。

2.1施工平台设计

在安装前需要设计满足施工要求的悬挑式施工平台（图5）。根据实际需求设计荷载为300 kg（两名作业人员+焊机+零星工具），采用Q235B钢材作为施工平台材料。

采用Midas Civil 2019软件对设计的施工平台进行受力分析，将支点作为一般支撑、所有施工荷载按最不利工况施加在下部最远端的端横梁中部进行设计验算。计算结果如图6、图7所示，最大应力为140.0 MPa，小于设计值215 MPa;最大变形量位于下端最远端横梁处，变形量为38.6 mm;屈曲特征值均在50～300之间，稳定性满足要求。

2.2重心确定

为保证吊装时的安全性，先确定重心后设置吊点。因横梁均采用同类型钢材，且宽度均一致，为快速寻找重心位置，采用面积法确定重心位置，即将横梁投影图作为面积计算依据，计算出横梁的面积垂直二等分线，再用垂线把横梁分为三份，其中两端的面积相等，垂线位置即为吊点位置。吊点位置均应设置在横梁顶面。

2.3吊装定位

为减小对构件的二次损伤，实现构件快速起吊，缩短吊装定位时间，本文研制了便捷吊装夹具。便捷吊装夹具根据横梁翼缘尺寸和钢管厚度确定。夹片工作原理为：用两个单夹片夹住横梁翼缘，利用连接杆固定两个夹片，在夹片受力状态下限制夹片横向移动，纵向位移限制为横梁隔板，用钢丝绳长度调节吊装重心。便捷吊装夹具可实现快速吊装，无须焊接吊耳而损伤构件。

悬挑横梁吊装的主要流程包括：（1）根据计算结果安装夹具;（2）确定构件吊装定位位置;（3）调整构件横纵坡;（4）临时固定;（5）焊接。由于横梁底部没有支架等支撑结构，因此临时固定采用在焊位焊接+码板连接的方式进行（图8），焊接长度根据安全系数>2.0计算确定。由于悬挑横梁仅为2 cm厚，因此采用单边坡口焊接形式，为提高焊接质量，焊接采用坡口反面刨根处理。为了不影响永久焊接质量，临时焊接时采用坡口反面进行临时焊接。

3测量定位

[HJ1.7mm]

定位精度是悬挑横梁吊装的关键，直接影响结构安全性和纵梁、面板的安装精度。悬挑横梁定位需要考虑平面位置、横梁长度、横纵坡。

由于悬挑横梁焊接于钢箱梁斜底板，钢箱梁会随温度变化而变形，因此根据绝对坐标进行平面位置测量会出现一定误差。为此，本文采用相对坐标测量平面位置，即首先采用全站仪在箱梁边测量出一条主桥轴线，然后在轴线上量出第一根悬挑横梁和相邻两条横梁的相对位置，得到悬挑横梁的平面位置。确定平面位置后进行吊装，吊装首先确保平面位置，然后测量横梁长度。

完成横梁长度测量后进行横纵坡测量，测量采用高精度的水准仪。为确保横坡和纵坡均满足设计要求，采用交替测量的方式进行，先调整纵坡后调整横坡，直至横纵坡均达到设计坡度的±0.2%范围内。

4质量控制

4.1悬挑横梁临时固定

当横梁的悬挑长度过长时，悬挑端受外界因素影响会产生一定偏位;同时，在风荷载作用下，悬挑端会产生较大的摆动。经观测发现，当风速达到7级时，10 m的悬挑横梁端部摆幅达10 cm左右，存在较大的安全风险和质量隐患。因此，当横梁悬挑长度>10 m时，利用钢管支架对悬挑端进行支撑。另外，为充分限制悬挑端的偏位、减少摆动，在横梁起始段设置三角支撑。

4.2纵梁合龙

完成横梁安装后进行纵梁安装，纵梁与横梁连接后形成外伸梁的主要受力框架结构。横梁与纵梁连接后，整体的框架结构受温度影响产生较大变形，变形集中在结构两端和横纵梁接缝处。为减少纵梁在结构温度变形下加固焊缝的温度内应力，实行吊装一段焊接一段的措施以确保結构安全。横纵梁连接形成框架结构后，在温度作用下，框架结构的变形主要集中在两端，因此采用分段合龙的方法削减框架内应力。分段合龙口单侧设置3道合龙端，分别为跨中和南北岸主拱端（图9）。

4.3定位措施

成桥后，外伸梁通过横梁与钢箱梁斜底板的垂直焊缝受力，焊缝所受外力主要为外伸梁面板传来的垂直荷载，因此焊缝的垂直度直接影响横梁的受力状态。要保证焊缝的垂直度就必须保证横梁的垂直度，为此采用吊垂法。

悬挑横梁在自重作业下会存在一定下挠，因此在吊装定位时需要进行预抬处理，以保证成桥时外伸梁的坡度。本文采用Midas Civil软件建立外伸梁模型，模拟定位后，根据横梁的下挠量确定横梁定位的预抬量（图10），其中预抬量在2～28 mm。

5安装效果

本工程外伸横纵梁安装完成后，对横梁的横纵坡、长度进行测量，得到悬挑横梁的横纵坡安装精度均在±0.3%范围内，长度偏差均在1.5 mm内。焊缝采用反面刨根处理，经第三方超声波检测一次合格率为98.7%。

6结语

本文以乌兰木伦河三号桥景观平台悬挑外伸梁安装为例，介绍了变长变截面悬挑横梁和纵梁框架结构吊装施工难点及质量控制措施，总结出以下结论：

（1）本文根据工程特点，利用Midas Civil软件设计了悬挑式施工平台，保证了施工的安全性。

（2）采用面积法快速布置吊点，并设计便捷式吊装夹具完成吊装，实现了悬挑横梁快速吊装就位。

（3）为克服环境温度和日照对横纵梁的影响，本文采用了纵梁分段合龙的安装方式，有效地减少了外伸框架结构的内应力，确保了结构安全性。

（4）模拟构件在自重下的下挠量并采取预抬措施，实现了横梁横纵坡±0.2%的安装精度，为日后同类型悬挑结构安装施工提供宝贵经验。

参考文献：

[1]姜贵军. 唐山火车站大型悬挑钢结构吊装技术[J]. 施工技术， 2013， 42（20）：21-24.

[2]余立志， 彭小亮. 港珠澳大桥超重异形钢索塔整体吊装施工技术应用[J]. 公路， 2017（9） ： 173-178.

[3]刘凯. 港珠澳大桥海豚塔海上整体吊装施工方案研究[J]. 山西建筑， 2021，47（13）：120-122.

[4]赵玉良. 大悬臂空间悬挑结构分批分级循环吊装施工的安全参数测试[J]. 科技通报， 2018，34（3）：97-100.

[5]金新安. 双千吨起重机提升大跨度钢网架施工技术[J].施工技术， 2013（14）：25-28.