曲线非对称超宽桥面钢梁制造难点及对策

曲线非对称超宽桥面钢梁制造难点及对策

成都红星路南延线府河桥主桥采用主跨150m跨径曲线梁非对称外倾拱桥结构设计，曲线非对称超宽桥面结构给钢梁制造带来诸多不便，文章分析了该项目的结构特点及制造难点，针对曲线板U形肋单元、钢梁制造分段等问题进行分析，并分别应对，给出解决问题的方法。项目在此方法的基础上得以顺利实施。

项目背景

城市桥梁建设往往更追求桥梁整体的美观性，而且由于城市区空间紧张，将桥梁设计在道路曲线区段内往往是不可避免的，因此，复杂结构的曲线桥梁就成为城市桥梁设计的一种不可避免的类型。

成都红星路南延线跨府河大桥工程主桥采用主跨150m跨径曲线梁非对称外倾拱桥（非对称肋拱桥），上部为南北两条独自向外倾斜的钢拱肋，钢材重约1600t；下部为钢箱梁，全桥总长258.8m，钢材重约8700t。大桥成桥效果见图1。

府河桥位于主跨位于曲线半径为R=600m圆曲线内，两侧边跨分别位于缓和曲线上，桥面最宽处达73.9m，是迄今为止亚洲建造的最宽钢结构桥梁。为适应曲线梁结构，桥梁两座钢箱拱肋采用非对称外倾设计。府河桥桥面线形见图2。

项目制造难点分析

由于大桥道路中心线为曲线，因此理论上来说，桥面的面板及纵向加劲肋应制造为曲线才能满足要求。但对于本桥这种曲线半径较小而横断面有很宽的钢桥面，这样会给制造带来很大难度。

首先，从现有的制造水平来看，曲线钢板不易进行机加工，所以制造精度不高，因而可以预见由于钢板下料精度不高，在梁段组装时会产生大量的返工，费工费时费力，即使这样梁段尺寸仍然难以满足行业规范及设计图纸的要求。

其次，相比板肋或T肋等其他常用纵肋，U形肋是桥面使用受力情况最好的纵肋，因此本桥桥面纵肋的设计依然采用现今最常用的U形肋设计。可是，在用钢板将U形肋压制成型时，由于U形肋的断面特点，理论上没有任何设备可以将U形肋做成曲线。

最后，由于本桥位于市区，桥位处作业面积紧张，无法再安排在桥位进行梁段整体拼装所需场地，为此梁段的整体拼装只能在其他地方完成，之后再运至现场。可是本桥桥面宽度大约在60m到74m范围，如果这么大宽度进行市内运输显然是不现实的。

制造方案策略

图1 府河桥效果图

图2 府河桥桥面曲线线形图

针对以上难点分析，我们最终确定，如果设计图必须采用U形肋设计，那么，必须对U肋及其板单元进行以直代曲，即在可以接受的偏差范围内，将理论上的曲线用直线进行替代，从而降低制造难度。同时，为了满足运输要求，梁段外形尺寸必须尽可能小，直至满足从拼装场地到桥址的城市道路运输要求。

其实，零件以直代曲与梁段往小划分正是相辅相成的，顺桥向梁段长度越小，单个梁段内的曲线矢高就越小，从而更容易满足直线替代曲线的要求。

为此，我们最终将梁段顺桥向按道路中心线每六米长划分，这样，对于曲线半径600m来说，在每个梁段的曲线矢高还有约8mm。之后，我们在电脑中按这个梁段长度将桥面纵肋进行以直代曲，然后利用ANSYS软件进行分析，确认以直代曲后桥梁结构完全满足受力要求。钢梁沿道路方向梁段划分如图3所示。

零件以直代曲后，工厂制造可以采用大量机加工设备保证零件尺寸精度，特别是对于U形肋桥面板单元制造，在我公司可以采用国际领先的U形肋板单元自动化制造系统，这套系统从U形肋的制作，到板单元组装、焊接等工序均实现自动化，制造质量水平为国际领先。从而大幅提高本项目制造的质量水平和制造效率。

但是，这样划分之后，虽然零件可以以直代曲，降低了制造难度，可是，钢梁节段仍有6m宽且60m到74m长，仍然无法实现市内运输。为此又将钢梁横桥向进行分块。最终确定钢梁横桥向分为两个非机动车道块体、两个辅道块体及一个机动车道块体共5个块体。横向分块图见图4。

为了保证梁段块体及梁段间的制造精度，梁段块体拼装采用多梁段连续匹配拼装制造的方法，从而有效保证梁段块体间的匹配精度。块体间的连接采用了栓焊结合的方式，这样，在块体连续拼装时，当钢梁拼装线形、块体尺寸精度都符合要求后，通过配制拼接板的方式，利用冲钉将块体精确定位，这样拼装的块体间的定位误差可以忽略不计。块体栓孔位置见图5。当块体拼装完成并运至桥位架设时，利用在梁段制造时精确的栓孔，仍旧以冲钉定位，螺栓紧固，实现梁段相互位置的精确复原，进而顺利完成桥梁架设施工。

图3 府河桥梁段划分图

图4 府河桥梁段分块图（右侧桥面板未示）

图5 府河桥块体间栓孔连接示意图（仅示钢梁一侧）

工程实施效果

在确定项目制造难点及其解决方案之后，工厂绘制了钢梁制造施工图纸，并编制详细的制造工艺文件，钢梁按照工厂自动化的板单元制造、拼装场连续匹配整节段拼装的顺序完成了钢梁制造，制造周期短且质量高。在拼装完成后，钢梁拆解成各制造块体运往桥址，并顺利完成了桥梁架设安装。如今，桥梁与成都国际会展中心遥相辉映，已经成为府河畔一道靓丽的风景。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.016