变截面锥形集束钢管拱制作技术.docx

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变截面锥形集束钢管拱制作技术

变截面锥形集束钢管拱制作技术

摘　要：

肋拱桥中拱肋一般采用哑铃形断面、横向哑铃形桁拱断面和多肢桁式（格构式）断面的钢管混凝土肋拱形式，芜湖袁泽桥在我国首次采用了变截面锥形集束钢管混凝土肋拱的结构形式。

介绍芜湖袁泽桥钢管拱的制作工艺、大跨径空间变截面钢管拱的线形控制，以及在施工过程中焊接工艺、预拼装工艺的优化措施。

关键词：

空间变截面； 钢管拱； 制造工艺； 菱形截面； 线形控制； 变形控制

1　概　述

芜湖袁泽桥采用带副拱的中承式钢管混凝土拱桥（图1），拱肋由主拱和副拱组成，主梁采用钢格构叠合梁模式。

图1　芜湖袁泽桥效果

主拱轴线形采用悬链线，理论拱轴线拱脚水平距离L=135 m，矢高为30 m，矢跨比1∶4.5，拱轴系数m=1.5；两拱肋轴线横向距离为26.75 m。

主拱拱肋采用钢管混凝土结构，共由上、下、左、右4根钢管和腹板组成。

上、下钢管管径及拱肋外形尺寸沿X轴（顺桥向）按1.7次抛物线方程变化；管间采用正交异性加劲双腹板构造，其中内腹板设置于各肢钢管轴心连接线上，外设间距为340 mm、高度为150 mm的U形加劲肋，外侧再设置1道外腹板。

钢管及腹腔内填C50微膨胀混凝土。

拱肋桥面以上设置了7道人字形风撑。

为了使单幅桥内外侧主拱肋在桥面上、下结构一致，内、外侧主拱肋标高差由带2%横坡的24.45 m水平间距产生，即高差为0.489 m；风撑内侧高、外侧低，实际横向坡度为1.83%。

2　结构特点

主桥构造布置如图2所示，主拱拱肋左、右侧钢管为等截面钢管，直径0.7 m，壁厚为20～16 mm。

上、下钢管采用变径截面，如图3所示，拱脚（理论IP点）处直径1.073 m、壁厚25 mm；拱顶截面直径0.7 m，壁厚16 mm；拱脚（理论IP点）处拱肋宽2.2 m、高3.1 m，拱顶处拱肋宽1.7 m、高2.0 m；主拱单拱拱肋划分为11个拱段，全桥共有44个拱段，其中F拱段为合龙段，最大拱段质量约13.5 t。

1—飞燕；2—主墩；3—主拱；4—副拱；5—风撑1；6—风撑2；7—风撑3；8—风撑4。

注：

A—G为拱段编号。

图2　主桥构造布置

a—拱脚（IP点）；b—拱顶。

1—横撑钢管；2—内腹板；3—外腹板；4—内腹板加劲。

图3　拱肋截面

拱肋间人字形风撑钢管直径1.0 m，壁厚12 mm，中间12.154 5 m为直线段钢管，两侧为半径19.062 5 m的弧线钢管,如图4所示。

3　主拱肋制作工艺

主拱分为A—G拱段（图2），其中G拱肋为合龙段，主拱肋按整体分段制作，主拱肋线形和分段全部在专用平台上进行制作。

1）主拱制作难点：

拱肋组装预拼线形与全桥成桥线形一致，内、外腹板装焊， 拱肋端口外形尺寸， 拱肋组装焊接质量。

2）工艺保证措施：

 制定合理的焊接工艺，减小结构变形造成的误差； 设计合理的胎架和工装，保证结构尺寸的一致性； 制定合理的装配工艺，保证结构的安装精度。

a—平面；b—立面。

1—外侧拱肋；2—内侧拱肋。

图4　人字形风撑布置

3）主拱肋总体制作工序：

零件放样及下料→单元件制作→分段制作→预拼装。

3.1　零件放样及下料

采用全过程三维仿真技术，对拱肋各构件进行准确放样，绘制各构件零件详图，作为绘制下料套料图及数控编程的依据。

放样时按工艺要求预留制作和安装时的焊接收缩补偿量和加工余量。

3.1.1　异形截面拱肋筒体放样及下料

主拱轴线线形采用悬链线，并且上、下拱钢管为锥形钢管，拱脚端管径为φ1 073×25，拱顶端管径为φ700×16。

上、下钢管管径及拱肋外形尺寸沿X轴按1.7次抛物线方程变化；根据线形与管径之比，拱肋线形可采用以折代曲，轴线折角θ≤0.04D/L（θ为折角（弧度），D为管径，L为钢管长度）。

根据三维仿真技术对筒体进行准确放样，采用数控切割机进行精密切割。

3.1.2　风撑短接放样及下料

风撑短接与侧拱、上拱、下拱及外腹板相交，如采用传统平面展开放样法放样非常复杂。

采用三维仿真技术模拟成桥状态，取得风撑短接立体模型，在立体模型上获取线形数据，根据数据放样。

沿线采用手工切割，切割完后进行打磨修正（图5）。