中山市长江路蝴蝶拱桥安装关键技术研究
周翰斌，卢任贵”
（1.中交四航局第一工程有限公司，广东广州510500;2.中交四航工程技术研究院，广东广州510230）
[摘要］中山市长江路蛳蝶拱桥是由倾斜的非对称钢拱肋、曲线铜箱梁和倾斜的吊杆共同组成的多元空间结构体系属于特殊的梁拱组合体系桥受力行为复杂.针对该桥的安装难点，进行了总体安装方案的比选，选择了跨桥门式起重机的架设方案并对拱肋及钢箱梁的安装和合找关键技术进行了研究.实践表明，跨桥门式起重机架设 法应作为蝴蝶拱桥安装的推荐方法.
[关键词】中山市长江路大桥：蜡蝶拱桥：跨桥门式起重机：安装施工
[文章编号 ]1002-8498(2011} 03-0023-05
Arch Bridgein Zhongshan City of GuangdongProvince Research of ErectionKey Technique of Butterfly-shape
Zhou Hanbin’ Lu Rengui
( 1. The Fire Construetion Iad. of CCCC Foarth Harber Engineering Co. Llad. Gaangzhou Gaangdong 510500 China; 2. CCCC Fourth Harbo Enginering lastiruse Go. Lad. Guongzbhou Gsongdong 510230 China)
Abstraet: A butterfly shape arch bridge in Zhongshan city is a multi-element spatial structure posedof inclined unsymmetrical steel arch ribs zurved steel box girder and inclined suspenders. It belongs lo the especial girder-arch bined bridge μand its mechanies behavior is plex. In the light of theerection characteristics of the bridge the parison and selection of erection scheme has been made the scheme of ereeting of the gantry crane asembled with universal members is adopted finally and theresearch of key techniques for fulfilling erection and closing of the arch ribs and steel box girder has alsomembers should be the remended method for installing a butterfly shape arch bridge. been made. This practice shows that the erection method of the gantry crane assembled with universal
Key words: Changjiang Road Bridge in Zhongshan city; butterfly shape arch bridge’ gantry craneassembled with universal members erection construction
1工程概况
椭圆截面的长轴旋转90°逐步过渡变化到拱顶椭圆中山市长江路大桥跨越石岐河，出于城市景观截面的短轴位置，拱脚段拱肋通过承台预理筋及钢板与拱座固结.桥型立面及侧面如图2所示.
建设的需要，该桥由2条倾斜的非对称钢拱肋、曲线钢箱梁和倾斜的吊杆共同构成一个多元的空间结构体系远眺该桥仿若腾空展翅的蝴蝶所以又名蝴蝶 拱桥（见图1），其主跨110m，位于竖曲线半径2000m、平曲线半径650m的空间曲线上其外拱肋（远离平曲线圆心）向外倾斜13.5°，平面内矢高37.0m；内拱肋向外倾斜35.5°平面内矢高30.0m-拱肋为国内蝴蝶拱桥中首次采用的椭圆形变截面， 拱脚截面尺寸为长轴×短轴=4.1569m×3m拱顶截面尺寸为长轴×短轴=2.0784m×1.5m，拱脚处
图1中山市长江路蝴蝶拱桥Fig. 1 Butterfly -shape arch bridge p ueussuuz u
该桥按城-A活载设计桥面的扁平钢箱梁由正交异性钢板组成在全部拱跨范围内连成一个整体，
图2中山市长江路大桥主桥桥型立面及侧面布置
Fig. 2 Main bridge layout of front view and side face of Changjiang Rod Bridge in Zhongshan city
2结构特点及安装难度
3总体安装方案
并在两端通过强大的钢横梁与拱肋联结在一起在其边缘通过暗横隔由吊杆吊住，将质量传给拱肋.钢箱梁顶面宽30.4m底宽9.6m，每侧悬臂10.4m，梁高2.172m-钢箱梁分段单件最重约120t.外拱 设19根吊杆内拱设21根吊杆采用LZM7-55平行钢丝扭绞拉索，间距均为5m.
该桥左右拱肋组成一个变截面的封闭钢环，两关系，平衡水平推力“，近乎简支梁般摘在两岸的 侧弯起不同的角度，并与曲线桥面钢霜梁组成弓弦承台上这种多元空间结构体系的安装施工难度很大主要体现在如下方面.
1)桥面钢箱梁沿曲线布置2条钢拱肋向外倾斜角度大其最宽处的间距近60m且不对称，这种 不对称结构重心位置对结构的变形很敏感，钢主梁和拱肋不同的吊装架设方式与工况，对结构内力影响较大需采取合理的施工方法与步骤并进行严密施工监控
2）拱肋为减少应力集中现象采用了椭圆形变截面截面的长、短轴由拱脚开始逐渐旋转变化，到达拱顶的方位变化为90°其长、短轴位置互换-复杂变化的空间曲面结构不但给制造带来大的难度，也给拱肋安装带来了很大的技术难题.
3）拱肋的面内刚度较大，面外刚度小，且拱助无风撑横向迎风面积大向外倾斜的拱肋自重分力产生使拱向外倾覆的趋势施工时拱肋的侧向约束不多拱肋的横向稳定性成为施工中的核心问题
另外安装过程中必须保证桥下有2个通航孔净高6.5m×通航孔净宽16.0m的双向通航要求.
该桥为特殊的梁-拱空间组合体系桥，采取大节段分段安装成桥-根据其结构特点，采用“先拱后 梁“的总体安装合龙方案.具体的安装顺序为：拱脚段及钢横梁安装→钢箱梁中间段安装→外拱中间段、合龙段安装一内拱中间段、合龙段安装→拱脚段
混凝土灌注→吊杆安装一钢箱梁张拉合龙→吊杆张拉调整一钢箱梁及拱肋的临时支墩拆除.
一般情况下拱肋采用满布支架法或缆索吊机无支架法安装.本桥拱肋安装，共考虑了3种方案 进行比选：满堂支架辅助大吨位船机安装法、缆索吊机无支架斜拉扣挂架设法和少支架辅助的跨桥门式起重机架设法.由于拱肋向外倾斜而无横联，最宽处的间距近60m且不对称，拱肋分段单件最重约85：椭圆形变截面的拱肋节段的空间安装位置既有 竖向倾角要求又有平面扭角要求拱肋节段采取接口错台对接时还要求钢拱节段能够满足绕轴线小角度转动以便调整对接精度要求，实现上述吊装工艺需有4个不在一个垂直平面且相互位置可变又能独立控制的吊点-
由于需要保证桥下的通航要求，不能采取满堂支架支撑至多只能采取少支架支撑法.由于桥址东面不远处的东河水利枢纽只能容许12m宽的船只通过，大型浮吊不能到现场作业浮吊作业也存在 吊点不足的问题还受施工水域航道和作业空间的限制：而当时能租赁到的大型汽车式起重机或履带式起重机需另外搭设钢栈桥才可吊装，也同样存在移、拱肋姿态调整带来前后吊点起重索索力不均、无 吊点不足的问题，缆索吊机架设法需要解决吊重横支架斜拉扣挂、吊索横向倾角不同引起吊装桥面箱梁的横向力等技术难题这需要采用相当大的缆索吊机系统成本投入巨大，跨桥门式起重机的吊点的吊装工艺，能很好地解决拱肋节段三维空间定位 数量和覆盖面在桥跨内不受限制以4个独立吊点的难题安全性能相对可靠而且可以通过提高门式起重机轨道栈桥的标高来较好解决整个施工过程保持通航的问题不受施工水域航道和作业空间的限选，最终确定采用跨桥门式起重机的安装方案. 制构件的安装顺序也不受限制，经过多个方案比
4跨桥门式起重机的结构形式选择及设计
跨桥门式起重机为该桥安装施工的关键设备，
图3万能杆件跨桥门式起重机架设钢箱梁、拱助示意
Fig. 3 Installation of steel box girder and arch ribs by gantry crane assembled with universal members
若采用特制的桁架结构则成本过高，而通用钢结构构件组拼则较为合理.组拼门式起重机的钢结构构 件常用贝雷桁架和万能杆件.贝雷桁架具有装拆便捷的优点但其结构单元尺寸较小，用于大跨度的结构不但稳定性差而且不经济，万能杆件结构单元轻巧，便于没有吊机配合的高塔组拼，而且组合、配置形式灵活可根据结构受力情况进行多种截面的组 合组装成等强度梁钢材力学性能得以充分利用，因此确定该门式起重机采用万能杆件组拼的结构形式（见图3）.
目前万能杆件组拼的门式起重机在我国还没吊装工艺要求进行专门设计，根据该桥特点和拱 有定型设计及相关规范，需要根据拱桥结构特点和肋、箱梁的分段质量和外型尺寸基于组合式双梁门式起重机起重小车的平面位置任意可变的特点，采取双梁宽间距连体的门式起重机结构2个门架的4个独立吊点（见图3），以适应椭圆形变截面拱节 中心距为8m，每条主梁上配置2辆起重小车，共有段和钢箱梁纵、横向吊点间距变化的要求.吊装作业时4台起重小车根据构件不同的吊点位置移动变位实现垂直投影为矩形、梯形或平行四边形的4 个吊点满足各种构件不同吊点位置的要求.拱肋节段吊装时门式起重机吊起拱肋节段旋转至适当的平面扭角摘置在预设的托架上转换成4点吊再起吊安装就位拱肋节段的三维定位通过门式起重竖转、平转和绕拱轴微转的调整，最后完成拱肋安装 机大、小车的变位和4个吊点的升降实现拱肋节段定位["”
该门式起重机的主梁底部距轨道栈桥面25.5m距拱顶约3m，门式起重机跨度达62m额定
起重量为35t×4，吊点可覆盖整座拱桥-门式起重机4台起重小车起重能力根据各种工况组合的最大 值（包括单点、两点、四点吊）确定.万能杆件门式起重机的门架设计有别于常规门式起重机门架作为一个刚架考虑，采用SAP2000和ANSYS分析软件建立空间结构模型进行受力分析，再根据各杆件的内力情况调整杆件截面配置.门式起重机计算模 型按三维杆系结构建立，支腿支点的约束按一边固定铰支另一边滑动铰支设置，释放杆件平面内的两端弯矩约束；大车行走系统采用双排轮结构以降低轨道轮压.为实现双排轮的均匀受力，门式起重机小车行走机构采用变频控制以降低门式起重机起、 支腿通过均衡梁与行走台车铰接.门式起重机大、制动时的惯性力冲击，且便于安装时通过微调准确定位.
门式起重机轨道的栈桥高度根据通航要求确定顶面标高为13.5m，基本与桥面齐平，采用 820×8钢管桩支承-栈桥的普通跨跨度为9m采用2组4排单层贝雷桁架：2个通航孔跨度均为19.5m采用2组4排双层贝雷桁架.2组贝雷桁架按轨距2m的中心距布置，采用P43钢轨轨枕采用120a按间距0.5m铺设，以降低钢轨的弯矩.每个 通航孔两侧设$600mm钢管桩防撞墩及通行浮标、通航警示灯等标志.
5钢箱梁及拱助临时支墩的设计和施工
拱肋采用分节制作、少支架安装拱助节段在对接平台上对位焊接对接平台对应于拱肋分段接口， 拱肋接口位置设置临时支激作为接头定位支座-临时支墩采用4根b600×6钢管桩和型钢、贝雷片组成，支架顶设置托架支座托架支座按钢拱底部弧线
形状放样制作，以便钢拱吊装定位：托架标高按拱 肋设计标高加上拆除托架后钢拱下挠量设定.钢箱梁由水上钢管桩支墩上铺设的型钢、贝雷桁架作为临时支架来支撑（钢管桩间距及数量根据计算确定）.临时支撑顶安设卡位槽钢、千斤顶等以微调钢箱梁和拱肋的侧向位移及标高.临时支激结构如 图45所示.水上临时支墩支架的施工由60t浮吊或门式起重机和90kW振动锤配合进行.
图4钢箱梁临时支墩（5~7号）结构示意 Fig. 4 Temporary piers for steel boxgirder ( No. 5 ~ No. 7)
图5拱助临时支墩结构示意Fig. 5 Temporary piers for arch ribs
6拱肋及钢箱梁安装
6.1拱肋拱脚段及钢横梁安装
拱肋的拱脚段以纵向桥轴为界，分为左右侧节段安装：拱脚节段由门式起重机的4台起重小车通过扁担梁转换为两点吊从停于通航孔的驳船吊起， 移至拱座位置拱脚下端对准拱座上的对位标线就位放松该端吊钩，以该端为支点，通过门式起重机大车和起重小车的走位调整把另一端吊移至临时支激的托架上测量调准位置后先对拱座端拱脚进 行初步定位焊接.以同样的方法接着安装另一侧拱脚，经检测拱脚安装定位精度符合要求后，吊装钢横梁复核其标高（考虑预拱度）准确无误后完成钢横梁与拱肋的焊接，再进行拱脚段与承台拱座预埋钢板的最后焊接，完成与拱座的刚接.
6.2钢箱梁中间段安装
6.3拱肋中间段安装
6.4拱肋合龙段安装
钢箱梁的安装在拱脚及钢横梁安装完成后，由两端开始向中间推进，钢箱梁节段由门式起重机的4台起重小车通过扁担梁转换为两点吊从停于通航孔的驳船吊起移至安装位置，运行门式起重机大、时支墩上测量钢箱梁节段标高、平面位置及吊杆孔 小车，调准钢箱梁节段平面位置后将其缓缓落于临位置检测端口位置尺寸误差再通过门式起重机和千斤顶精确调整钢箱梁节段位置，最后定位焊接.
起移至钢箱梁面然后改为扁担梁式可旋转单钩起 拱肋节段由门式起重机从停于通航孔的驳船吊吊将拱肋节段旋转一定角度，使其2对吊耳分别位于门式起重机2条主梁轴线的垂直投影线处，并落于预先准备的托架上，卸掉扁担梁后，运行门式起起吊.运行门式起重机大车、小车将拱段移至安装 重机4台起重小车分别对准4个钢管拱段吊耳挂钩点临时支架对位安装：拱肋节段的三维定位通过4个吊点的变位实现其仰角、平面扭角和绕拱轴线微转的调整其间随着拱肋节段仰角3的变大须同时 运行起重小车改变拱肋节段平面扭角α与之相适应最终调至设计要求的位置进行对口初步定位焊接：其起吊过程的角度变化如图6所示，拱肋中间段吊装完毕后，复核已架设拱肋段的标高（考次焊接拱肋各中间段，最后吊装外拱和内拱的拱顶 虑预拱度）及拱轴线，确认准确无误后从拱脚段依合拢段.
图6拱助安装定位时仰角和平面扭角同步变化示意
Fig. 6 Synchronous change of elevation andtorsion angle when arch ribs erecting
拱肋合龙段设置在拱顶位置，由门式起重机2台起重小车通过扁担梁转换为可旋转单钩从停于通航孔的驳船吊起移至箱梁面位置后旋转90°落于预先准备的临时支激支架上，运行门式起重机4台
门式起重机大车、小车，将拱肋合龙段移至合龙位设计，内拱侧36mm，外拱侧24mm.空障宽度为置，拱肋合龙段的三维定位通过4个吊点的变位实20℃下未张拉时的缝宽施工时根据现场的温度进现其平面扭角和绕拱轴线转动的定位调整，并通过测量复核相关间隙数据、标高值（考虑预拱度）及拱行对口定位焊接完成拱助的安装施工. 轴线修正加工余量在预定的设计合龙温度时段进
6.5拱肋拱脚段混凝土灌注
拱肋合龙完成后进行拱脚段C50无收缩混凝土灌注：由于混凝土必须充满整个拱肋空间但不能产生胀模现象混凝土配合比设计时主要从高效超 塑化减水剂的优选、合理采用掺和料、控制混凝土强度和膨胀率之间的协调发展3个方面进行考虑.
拱肋混凝土采用泵送顶升法灌注，以钢横梁为行凿毛处理.为控制混凝土的升温和减少温差，以基本相符. 界分两次进行结合部位的混凝土插入锚筋表面进防止混凝土的水化热过大引起裂缝，拱肋内混凝土设置循环冷却水管冷却水管覆盖混凝土后即通冷却水降温进水口水温控制在20℃左右，控制进水水温与混凝土内部温差≤20℃冷却水管内进出口 水温差≤10℃，混凝土密实度采用敲击法配合超声波检测.
6.6吊杆安装及索力调整
板上其张拉调整端位于钢箱梁翼板侧，安装时先用 吊杆的两头分别销接于拱肋和桥面钢箱梁的耳门式起重机将吊杆的一端吊至拱肋的连接耳板处连接好再用预先拴在吊杆另一端的牵引绳通过卷扬机将吊杆拖到钢箱梁端的耳板处对位穿销安装，并按设计要求进行初步调索张拉-全部吊杆安装完成 后再分3次逐步张拉调整索力达到设计要求.每次对称张拉内外拱2根吊杆张拉顺序为从拱肋两端向中间推进依次进行-吊杆张拉施工采用拱肋和钢箱梁的位移以及吊杆轴力双控的原则.吊杆索力的最后调整在拱肋临时支架拆除和钢箱梁张拉合 龙焊接完成后进行.
6.7钢箱梁合龙段施工
钢箱梁在跨中位置合龙，其作为刚性系杆须通过施加临时预应力后才合龙对接，以平衡曲线桥内 外侧的不平衡推力.拱肋合龙后还不能拆除拱肋的临时支缴支架待钢箱梁合拢段吊装就位后预拉钢箱梁临时连接的预应力筋至一定应力，才可以拆除拱肋支架.拱肋的支墩支架拆至拱肋全部悬空后，再张拉临时连接的预应力筋至设计应力，最后进行 钢箱梁合拢口的对接焊，完成钢箱梁合拢施工.
钢箱梁合龙的临时张拉一共设置12个临时连接点设置在箱梁顶、底板位置，合龙设计在20℃
7结语
参考文献：
行修正，在20℃下施加临时预应力后，设计理论空隙宽度为12cm方可对接施焊箱梁.
端钢横梁的纵向位移：合龙口断面的梯形缝宽：合龙 钢箱梁张拉合龙时进行以下监测监控：主桥两前后内、外拱肋的变位：拱肋与箱梁监控点的应力.结果表明钢箱梁合龙时内外拱横桥向位移均呈远离钢箱染的趋势拱顶竖向位移向上内拱拱顶横桥向位移与竖向位移之比和外拱拱顶横桥向位移与竖向 位移之比均为0.9：1；且实测值与计算值较为接近.同时对钢箱梁合龙截面控制点纵桥向位移计算值与实测值进行了比较结果表明各控制点的实测值除个别点外基本上呈线性关系与计算值的位移关系
1)中山市长江路蝴蝶拱桥采用万能杆件组拼成跨度达62m的双门跨桥门式起重机进行架设，以门式起重机具有在吊重状态下纵、横移功能能够满 足复杂形状构件的各种空中竖转、平转和绕轴线小角度扭转精确安装定位的要求，以及4个独立变位的吊点巧妙地解决了其他吊装设备难以克服拱肋节段三维定位困难的一些难题，使拱肋的空间吊装定月就完成了整座桥结构物的安装，体现了其安 位变得容易、精确和快捷1台门式起重机仅3个多全、高效的工艺特点而且设备运行平稳安全可靠，移位灵活工作效率高.
2）目前采用万能杆件组拼如此大跨度的跨拱桥门式起重机国内尚属罕见：工程实践证明，该安 装技术适用于可搭设施工栈桥（留设通航孔）进行施工的各种拱桥工程，以及具有复杂空间曲线、要求进行三维空间精确定位的构件吊装施工对于中等跨径的大倾角蝴蝶拱桥其工艺上的适用性和经济性 更为明显应作为蚓蝶拱桥安装的推荐方法.
3）中山市长江路蝴蝶拱桥采用合龙时预张拉钢箱梁作为“刚性系杆”以平衡曲线桥内外侧不平衡推力的技术在国内同类结构中尚属首例，该桥的合龙施工监测数据表明了此合龙技术在理论上的 可靠性.
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