曲線非對(duì)稱超寬橋面鋼梁制造難點(diǎn)及對(duì)策

成都紅星路南延線府河橋主橋采用主跨150m跨徑曲線梁非對(duì)稱外傾拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，曲線非對(duì)稱超寬橋面結(jié)構(gòu)給鋼梁制造帶來(lái)諸多不便，文章分析了該項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制造難點(diǎn)，針對(duì)曲線板U形肋單元、鋼梁制造分段等問(wèn)題進(jìn)行分析，并分別應(yīng)對(duì)，給出解決問(wèn)題的方法。項(xiàng)目在此方法的基礎(chǔ)上得以順利實(shí)施。

項(xiàng)目背景

城市橋梁建設(shè)往往更追求橋梁整體的美觀性，而且由于城市區(qū)空間緊張，將橋梁設(shè)計(jì)在道路曲線區(qū)段內(nèi)往往是不可避免的，因此，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的曲線橋梁就成為城市橋梁設(shè)計(jì)的一種不可避免的類型。

成都紅星路南延線跨府河大橋工程主橋采用主跨150m跨徑曲線梁非對(duì)稱外傾拱橋（非對(duì)稱肋拱橋），上部為南北兩條獨(dú)自向外傾斜的鋼拱肋，鋼材重約1600t；下部為鋼箱梁，全橋總長(zhǎng)258.8m，鋼材重約8700t。大橋成橋效果見圖1。

府河橋位于主跨位于曲線半徑為R=600m圓曲線內(nèi)，兩側(cè)邊跨分別位于緩和曲線上，橋面最寬處達(dá)73.9m，是迄今為止亞洲建造的最寬鋼結(jié)構(gòu)橋梁。為適應(yīng)曲線梁結(jié)構(gòu)，橋梁兩座鋼箱拱肋采用非對(duì)稱外傾設(shè)計(jì)。府河橋橋面線形見圖2。

項(xiàng)目制造難點(diǎn)分析

由于大橋道路中心線為曲線，因此理論上來(lái)說(shuō)，橋面的面板及縱向加勁肋應(yīng)制造為曲線才能滿足要求。但對(duì)于本橋這種曲線半徑較小而橫斷面有很寬的鋼橋面，這樣會(huì)給制造帶來(lái)很大難度。

首先，從現(xiàn)有的制造水平來(lái)看，曲線鋼板不易進(jìn)行機(jī)加工，所以制造精度不高，因而可以預(yù)見由于鋼板下料精度不高，在梁段組裝時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的返工，費(fèi)工費(fèi)時(shí)費(fèi)力，即使這樣梁段尺寸仍然難以滿足行業(yè)規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙的要求。

其次，相比板肋或T肋等其他常用縱肋，U形肋是橋面使用受力情況最好的縱肋，因此本橋橋面縱肋的設(shè)計(jì)依然采用現(xiàn)今最常用的U形肋設(shè)計(jì)?？墒?，在用鋼板將U形肋壓制成型時(shí)，由于U形肋的斷面特點(diǎn)，理論上沒有任何設(shè)備可以將U形肋做成曲線。

最后，由于本橋位于市區(qū)，橋位處作業(yè)面積緊張，無(wú)法再安排在橋位進(jìn)行梁段整體拼裝所需場(chǎng)地，為此梁段的整體拼裝只能在其他地方完成，之后再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)?？墒潜緲驑蛎鎸挾却蠹s在60m到74m范圍，如果這么大寬度進(jìn)行市內(nèi)運(yùn)輸顯然是不現(xiàn)實(shí)的。

制造方案策略

圖1 府河橋效果圖

圖2 府河橋橋面曲線線形圖

針對(duì)以上難點(diǎn)分析，我們最終確定，如果設(shè)計(jì)圖必須采用U形肋設(shè)計(jì)，那么，必須對(duì)U肋及其板單元進(jìn)行以直代曲，即在可以接受的偏差范圍內(nèi)，將理論上的曲線用直線進(jìn)行替代，從而降低制造難度。同時(shí)，為了滿足運(yùn)輸要求，梁段外形尺寸必須盡可能小，直至滿足從拼裝場(chǎng)地到橋址的城市道路運(yùn)輸要求。

其實(shí)，零件以直代曲與梁段往小劃分正是相輔相成的，順橋向梁段長(zhǎng)度越小，單個(gè)梁段內(nèi)的曲線矢高就越小，從而更容易滿足直線替代曲線的要求。

為此，我們最終將梁段順橋向按道路中心線每六米長(zhǎng)劃分，這樣，對(duì)于曲線半徑600m來(lái)說(shuō)，在每個(gè)梁段的曲線矢高還有約8mm。之后，我們?cè)陔娔X中按這個(gè)梁段長(zhǎng)度將橋面縱肋進(jìn)行以直代曲，然后利用ANSYS軟件進(jìn)行分析，確認(rèn)以直代曲后橋梁結(jié)構(gòu)完全滿足受力要求。鋼梁沿道路方向梁段劃分如圖3所示。

零件以直代曲后，工廠制造可以采用大量機(jī)加工設(shè)備保證零件尺寸精度，特別是對(duì)于U形肋橋面板單元制造，在我公司可以采用國(guó)際領(lǐng)先的U形肋板單元自動(dòng)化制造系統(tǒng)，這套系統(tǒng)從U形肋的制作，到板單元組裝、焊接等工序均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，制造質(zhì)量水平為國(guó)際領(lǐng)先。從而大幅提高本項(xiàng)目制造的質(zhì)量水平和制造效率。

但是，這樣劃分之后，雖然零件可以以直代曲，降低了制造難度，可是，鋼梁節(jié)段仍有6m寬且60m到74m長(zhǎng)，仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)市內(nèi)運(yùn)輸。為此又將鋼梁橫橋向進(jìn)行分塊。最終確定鋼梁橫橋向分為兩個(gè)非機(jī)動(dòng)車道塊體、兩個(gè)輔道塊體及一個(gè)機(jī)動(dòng)車道塊體共5個(gè)塊體。橫向分塊圖見圖4。

為了保證梁段塊體及梁段間的制造精度，梁段塊體拼裝采用多梁段連續(xù)匹配拼裝制造的方法，從而有效保證梁段塊體間的匹配精度。塊體間的連接采用了栓焊結(jié)合的方式，這樣，在塊體連續(xù)拼裝時(shí)，當(dāng)鋼梁拼裝線形、塊體尺寸精度都符合要求后，通過(guò)配制拼接板的方式，利用沖釘將塊體精確定位，這樣拼裝的塊體間的定位誤差可以忽略不計(jì)。塊體栓孔位置見圖5。當(dāng)塊體拼裝完成并運(yùn)至橋位架設(shè)時(shí)，利用在梁段制造時(shí)精確的栓孔，仍舊以沖釘定位，螺栓緊固，實(shí)現(xiàn)梁段相互位置的精確復(fù)原，進(jìn)而順利完成橋梁架設(shè)施工。

圖3 府河橋梁段劃分圖

圖4 府河橋梁段分塊圖（右側(cè)橋面板未示）

圖5 府河橋塊體間栓孔連接示意圖（僅示鋼梁一側(cè)）

工程實(shí)施效果

在確定項(xiàng)目制造難點(diǎn)及其解決方案之后，工廠繪制了鋼梁制造施工圖紙，并編制詳細(xì)的制造工藝文件，鋼梁按照工廠自動(dòng)化的板單元制造、拼裝場(chǎng)連續(xù)匹配整節(jié)段拼裝的順序完成了鋼梁制造，制造周期短且質(zhì)量高。在拼裝完成后，鋼梁拆解成各制造塊體運(yùn)往橋址，并順利完成了橋梁架設(shè)安裝。如今，橋梁與成都國(guó)際會(huì)展中心遙相輝映，已經(jīng)成為府河畔一道靚麗的風(fēng)景。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.016