中承式钢-混结构蝴蝶拱桥施工技术探讨

王生涛 （安徽省公路桥梁工程有限公司，安徽 合肥 230001）

1 工程概况

蝴蝶拱桥上跨徽州大道主线，整体造型似一翩翩起舞的蝴蝶，故名中承式钢-混结构蝶形拱桥。主体结构均由焊接钢管、工字型钢梁组成。拱肋由大直径焊接钢管形成，其计算跨度为50m。拱肋轴线在同一水平面内，但其平面与铅垂面呈45°夹角外张。拱肋轴线在其平面内为二次抛物线。

桥面系为纵梁、横梁、小纵梁与现浇混凝土桥面板共同形成的钢-混组合梁，并通过8 对吊杆均匀作用在两拱肋上。纵梁钢板焊接成工字型截面，上翼缘及腹板板厚为20mm，下翼缘板厚为24mm。顺桥向每隔4m 间距设置一道横梁，横桥向设置一道通长小纵梁，以保证桥面系整体稳定。桥面板为250mm厚的钢筋混凝土现浇板，并通过横梁及纵梁顶部的焊钉与之连接形成钢-混组合结构。桥梁平面图如图1所示。

图1 桥梁平面图

图2 主梁支架验算

图3 拱肋支架验算

图4 主梁支架条形基础

主梁节段划分和拱肋节段划分如表1所示。

表1 主梁节段划分和拱肋节段划分

2 施工工艺流程

本技术施工工艺流程为施工准备→拱座施工→钢梁及拱肋临时支架搭设→吊装拱肋A、E节段→依次吊装拼焊钢梁→吊装拱肋B、C、D 节段→锚拉板安装→灌注拱肋混泥土→浇筑桥面板→吊杆安装并第一次张拉→拱肋支架拆除→第二次张拉→临时支架拆除→钢结构防腐。

2.1 施工准备

本桥拼装场地均拟位于徽州大道主线路面上，地面场地主要考虑安装材料的堆放、构件拼装及车辆的进出场，同时要求预先铺设胎架，以免钢梁等原材料损毁路面。为保障施工进度，合理利用施工作业面，在每跨吊装区域设置临时拼装场地千斤顶调整至设计标高。按照临时拼装场地图分段位置布设胎架，胎架采用工字钢组装而成，胎架下铺设1.5×1.5钢板。钢梁存放于主线道路上，长×宽=15m×3m，钢梁为单层存放，下垫钢板。

2.2 拱座施工

拱座钢筋绑扎完后，根据拱肋轴线在平面内投影的二次抛物线，通过拱脚预设十字钢筋引出轴线控制线的方法，将控制线垂直投影在平面上，利用GPS定位系统，确定拱脚的准确位置。为了保证浇筑拱座混凝土时，拱座钢筋不发生位移，将拱脚底板与拱座顶层钢筋点焊成整体，并进行固定，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 的竹胶板组合拼装而成。模板加固采用方木+钢管加固，在竹胶板的背面竖向每隔20cm 安设一道8cm×8cm 方木作为竖带；模板横带采用钢管，第一道钢管离底部30cm，第二道横带离第一道横带间距为60cm，横带通过拉杆固定在竖带上；拉杆布置为60cm×60cm 进行对拉，外侧端通过螺母固定于钢管上。模板安装完后必须检查模板的水平位置、垂直度及保护层厚度。

2.3 临时支架设计及验算

2.3.1 主梁支架

单组钢桁支架的立柱采用4 根φ 420mm×8mm 圆钢管，纵桥向设置2根，间距为1.6m；横桥向设置2 根，间距为1.6m。相邻钢管间横撑采用水平加劲杆14#工字钢，斜拉撑采用10#槽钢。竖向间距为3.0m。圆钢管支架顶横桥向设置两道长6m 的2×32#工字钢，支架基础为400mm 高的C30 混凝土条形基础，基础顶部设置600mm×600mm×16mm 预埋件与支架立柱底板焊接连接。下部钢管间焊接环向横撑进行拉结紧固，横撑采用14#工字钢；钢管环向横撑间采用水平剪刀撑进行拉结紧固，剪刀撑采用10#槽钢，位于顶部、竖向中间、底部各设置一道。采用Midas Civil建立主梁及支架结构模型。模型中的构件均以梁单元进行模拟，大纵梁、小纵梁、端横梁以及中横梁均为工字型截面。支架验算主要考虑5 个施工阶段，验算满足要求。

2.3.2 拱肋支架

单组钢桁支架的立柱采用4 根φ 420mmx8mm 圆钢管，纵桥向设置2根，间距为1.6m；横桥向设置2 根，间距为2.6m。相邻钢管间横撑采用水平加劲杆14#工字钢，斜拉撑采用10#槽钢。竖向间距为3.0m。圆钢管支架顶横桥向设置两道长6m 的2x32#工字钢，支架基础为400mm 高的C30 混凝土条形基础，基础顶部设置600mm×600mm×16mm 预埋件与支架立柱底板焊接连接。下部钢管间焊接环向横撑进行拉结紧固，横撑采用14#工字钢；钢管环向横撑间采用水平剪刀撑进行拉结紧固，剪刀撑采用10#槽钢，位于顶部、竖向中间、底部各设置一道。采用Midas Civil建立拱及支架结构模型。拱截面形状为圆管，靠近壁厚28mm。左右两侧拱结构完全对称，因此选取一半进行建模。支架验算主要考虑4 个施工阶段，验算满足要求。

2.4 临时支架搭设

2.4.1 主梁支架基础

高内在动机通过增强认知的灵活性和复杂性提升一般创造力。较强的自我实现需要、浓厚的兴趣、强烈的使命感和责任感可以激发内在动机，一旦内在动机得到激活，人的一般创造力就会大幅度提升。树立远大的理想、信念，培植强烈的社会责任感和使命感，同时保有对某一事物的持久兴趣可以激发较高的内在动机。当人感觉到对工作能够自主支配和有能力时，内在动机最容易产生[8]。给予个体更多的工作自主支配权以及提高个体能力能够促进提高内在动机。最后，由于外在动机对内在动机存在挤出效应[9]，因而，在可能的情境下，可以尽量减少对个体的经济报酬、物质奖励等的外在动机激励。

由于单组钢桁支架的立柱采用4 根φ420mmx8mm 圆钢管，纵桥向设置2根，间距为1.6m，横桥向设置2 根，间距为1.6m。故支架基础统一设置为2500mm×900mm×400mm 的C30 混凝土基础，并且纵桥向布置，基础顶部设置600mm×600mm×16mm 预埋件与支架立柱底板焊接连接。钢材材质均为Q235钢，如下图所示。

2.4.2 拱肋支架基础

由于单组钢桁支架的立柱采用4 根φ420mmx8mm 圆钢管，纵桥向设置2根，间距为1.6m；横桥向支架基础根据管柱设计间距进行调整，间距为D，分别有 2.6m、3.64m、4.21m、3.43m、3.43m、4.21m、3.64m。故支架基础统一设置为2500mm×D×400mm 高的C30 混凝土基础，并且纵桥向布置，基础内部底排设置φ10 钢筋网片，基础顶部设置600mm×600mm×16mm 预埋件与支架立柱底板焊接连接；钢材材质均为Q235钢，如图5所示。

图5 主梁支架条形基础

图6 平面示意图

图7 拱肋吊装示意图

2.5 拱肋吊装

2.5.1 吊装拱肋A、E节段

采用两台100t 汽车双机抬吊拱肋节段，先将拱肋节段下口与拱座预埋拱脚通过导链葫芦临时连接，上端通过限位装置进行限位固定，待高程、线型复核无误后，进行临时固定焊接，其余A、E拱肋节段依次按照此方法进行吊装，最后分别将左右幅拱肋节段通过横撑连接。

2.5.2 依次吊装钢梁

钢梁在加工时，在每节钢梁两头对接接头处均设置了匹配件，匹配件采用钢板制作，每个接头的匹配件上预留了螺栓孔，在钢梁吊装到支架顶时，用螺栓将钢梁定位，并用100t 手动千斤顶进行标高调整，待高程、线型复核无误后，调整到位后用马凳“抄死”，然后立即进行临时焊接，临时焊接采用220mm×150mm×16mm 的加劲板，每个钢梁的接头焊接16 个加劲板，加劲板与钢梁双面满焊，焊缝高不得小于8mm。

按照A、E拱肋节段吊装方法依次吊装B、C、D 拱肋节段，待高程、线型复核无误后，通过拱肋间法兰进行连接，并用马板临时固定。

2.5.3 锚拉板安装

通过自制的“套环激光束装置”固定在拱肋吊杆孔内，形成激光束照射在钢梁上，记录下激光点，即为锚拉板定位的中心点，依次按照此方法标记所有锚拉板中心点，根据横纵方向画出十字线。采用汽车吊将锚拉板吊至定位点，待人工调整角度后进行临时连接，经检查复核无误后进行永久焊接。按照此方法依次完成所有锚拉板的安装工作。

2.6 吊杆安装及张拉

2.6.1 吊杆安装

吊杆在工厂按照设计要求，结合监控数据进行放样制造，工厂锚索下料长度比监控尺寸长10cm，同时安装好锚具等其他相关部件。整个锚索运输至现场存放，待拱肋节段安装到位后开始进行安装，安装时利用吊机将锚索与拱肋连接端吊装至拱肋锚箱处，通过在拱肋里从锚箱口放下的15t 倒链葫芦拉至设计位置进行固定。吊杆安装按照设计与监控顺序进行，安装到位后进行拱肋支架拆除，并依次进行张拉。

2.6.2 吊杆安装及张拉

吊杆索张拉时，应根据监控小组下达的张拉指令分级分批张拉，并做好伸长量记录，张拉所需千斤顶、油泵、油表应配套标定、配套使用，张拉记录应完整齐全。单拱采用4 套张拉机具，保证吊杆索分级、同步、对称进行张拉。

张拉过程中，要详细记录油表读数-索力-伸长量-索头相对锚垫板的位置，便于相互校核，张拉前后应量取索头与锚垫板的相对位置。张拉过程中分级记录油表读数、索力及伸长量。索力误差控制在5%以内。

调索应遵循的原则为调整后索力达到成桥索力吨位。

2.7 支架拆除

支架拆除是结构体系转换的关键点，解除约束时应遵循“左右对称，先低后高”的原则。拆除时先解除支架上支撑钢管的托盘，使支架不承受拱肋载荷后，再进行支架系统地拆除。从支架基础预埋钢板处将支架钢管桩的焊接解除，采用吊车将钢管桩框架整体吊出移到一旁，按照此方法依次将所有支架拆除分离。而后将支架基础与钢管桩框架装车运输至下一桥梁施工备用。

3 结语

本技术通过拱脚预设十字钢筋引出轴线控制线的方法，将控制线垂直投影在平面上，利用GPS 定位系统，确定拱脚的准确位置。

本技术根据拱肋轴线平面投影二次抛物线方程及拱肋三维构造图，推导出拱圈最低高程计算公式，确定了拱肋支架的高程，解决了拱肋高程取值难的问题，提高了拱肋安装的施工效率，确保了拱肋安装的线型精度。

本技术根据现场支撑体系实际布跨情况，优选出合理的支架布置形式，通过有限元模拟软件Midas Civil 2020 进行三维受力及变形分析，确保了施工方案的可行性，同时通过有限元模拟软件对施工阶段结构和成桥后使用阶段结构进行了验算分析，保障了其使用阶段的安全性及稳定性。

本技术中吊杆下锚固点（锚拉板）定位难，为确保吊杆上、下锚固点及吊杆在一条直线上，采用自制“套环激光束装置”进行定位，成功解决了定位不准的难题，保证了吊杆受力在一条直线上，提升了成桥后结构受力的稳定性。