简析大跨度钢管拱桥钢结构施工技术

简析大跨度钢管拱桥钢结构施工技术
钢管混凝土拱桥拱肋结构形式、架设方法多种多样，拱肋间横撑结构形式、连接方式也不尽相同。

因此，对不同结构形式的钢管混凝土拱桥，在施工过程中，应根据拱桥现场环境条件及设计要求，采取不同的施工技术。

1工程概况
某桥道路等级为城市主干道，双向六车道。

此桥的主桥为五跨连续无风撑钢管硅系杆拱桥，桥宽30m，其跨径为：C跨（85m）+B跨（114m）+A跨（160m）+B跨（114m）+C跨（85m），主桥桥墩位于水域中，河道内引桥为46m跨预制T型梁，河道外引桥为30m跨现浇预应力钢筋砼连续箱梁。

2拱肋加工特点
与相规拱桥相比，主桥为无风撑钢管拱桥，虽然全桥拱肋总量仅为2650吨，但其结构复杂，拱肋加工也有其独特之处，具体如下：
（1）线形各异，种类多。

竖拱截面属于变截面，由拱脚往拱顶逐渐变小，竖拱上弦管与下弦管的线形不相同。

此外，斜拱单管线形也不同于上弦管或下弦管，因此每跨拱肋有三种不同线形的单管。

考虑两个C跨、两个B跨对称，全桥A，B，C五跨拱肋共有九种不同线形的单管，这样拱肋加工工序会比较繁杂。

（2）管径大，板材厚。

A跨钢管直径为1200mm，壁厚24mm；B跨钢管直径为950mm，壁厚22mm；C跨钢管直径为800mm，壁厚20mm。

管径越大、板材越厚，加工成管难度越大，而且加工效率也会随之降低。

（3）结构复杂。

竖拱为变截面的哑铃型（拱脚截面最大，拱顶截面最小）；斜拱与竖拱通过连接管组合为不对称的三角结构，三角结构从拱顶往拱脚逐渐变宽以提高拱肋的横向稳定性；斜管与竖拱的每组连接节点采用四根不同长度、不同空间方向的无缝钢管焊接连接（异径正心斜交相贯连接）。

（4）场外周边道路等级较低，运输困难；韩江水位经常变化，水路运输受到限制。

3拱肋加工方案的选择
对于常规拱桥，以下两种加工方案均可以满足要求：第一种为弯管加工成型（螺旋卷板长管热弯或短管拼成长直管热弯）；另一种为以折代曲加工成型（短
直管折线连接逼近曲线）。

由于本桥拱肋具有线形各异、管径大、板材厚、结构复杂的特点，根据以往经验，本桥若采用弯管加工，则拱肋线形不容易控制，且施工效率低、工期长、需要投入设备多。

结合现场条件以及工期要求，本桥拱肋采取在现场制作，以折代曲的加工方案，可以更有效地控制线形，加快施工进度，减少各项投入。

4拱肋加工方法及工艺
4.1加工总体顺序
此桥是五跨结构，共10片拱肋，加工顺序依据拱肋的总体吊装顺序而定，全桥拱肋加工顺序为：东C跨拱肋一西C跨拱肋一东B跨拱肋一西B跨拱肋一A 跨拱肋。

4.2拱肋焊接及焊缝检测
拱肋所有构件均通过焊接连接，其主要焊缝包括单元短直管（筒节）纵缝、单元短直管对接环缝、拱肋空中安装环缝、腹板与弦管连接纵缝、腹板对接缝、连接管与弦管相贯连接缝、系杆锚箱焊缝等，主要焊缝设计要求全熔透焊接。

根据拱肋设计图纸和结构形式的要求，采用埋弧自动焊、CO2气体保护半自动焊和手工电弧焊等焊接方法。

主要焊缝等级要求达到《铁路钢桥制造规范》TB10212-98的一级焊缝要求。

4.3单元短直管（筒节）加工
单元直管加工主要过程为：图纸放样排版一采购材料一实料放样、划线一切割、坡口加工一卷板滚圆一纵缝焊接一校圆一喷砂防腐一存放。

图纸放样排版是拱肋加工的基础工作，此项工作的好坏不仅影响拱肋的质量而且也与经济效益有关。

4.4长弦管组装
根据图纸排版确定每节吊装段的竖拱上弦管、下弦管以及斜拱管的长度，将单元短直管以折线对接连成所需要的弦管长度。

组装前，将所有部件几何尺寸、制造质量进行检查，合格后方可进行段节组装工作，所有组装工作均应在平台上进行。

竖拱和刹拱的弦管组装流程为：根据地样图放1：1主视地样一按地样摆放支架及限位一安放预制好的单节管一安装筒节间联结板一按工艺要求进行部位
焊接一翻身一安装筒节间联结板一按工艺要求进行部位焊接一多次翻身一完成焊接一检查。

（1）放地样；（2）安装支撑及限位架；（3）摆放单元短直管（筒节）；（4）筒节环缝焊接采用两人对称焊接，每遍厚度5-6mm，焊接完成后段节翻身，对称焊接另外一面。

筒节纵向收缩量集中在第一次施焊，因此第一次施焊时应采取隔一焊一的顺序（即每两根筒节对焊成多段独立的短弦管，然后再将每两段短弦管对焊，依次类推将筒节连成一体。

在摆放筒节时，根据每段弦管的筒节数量、施焊先后顺序、工艺要求确定筒节对接间隙）。

4.5竖拱装配
竖拱装配即利用两侧腹板将竖拱的上弦管和下弦管连接成哑铃型结构。

竖拱装配主要流程为：放1：1主视地样一检查一安放已组拼好的上弦管和下弦管一安装临时联结板一铺设单侧腹板一按工艺部位焊接一翻身一安装临时联结板一铺设另一侧腹板一按工艺部位焊接一焊接一多次翻身一完成所有焊接。

5防腐涂装方案
该桥对景观、环保及使用寿命要求比较高，主桥拱肋、桥纵、横梁均采用钢结构。

因此，桥的钢结构防腐涂装工程就显得十分重要，不但要选择有特色的美观涂装外层，而且对钢结构涂层所使用的涂料要求要配套和长效，在施工操作中要求严格遵守工艺流程，确保涂装质量。

本桥拱肋设计采用工C531水性无机富锌防腐方案，设计防腐保质期25年，具体防腐涂装见表1。

6结束语
通过钢管拱钢结构加工技术的研究，针对钢管拱线形各异、管径大、板材厚、结构复杂的特点，选择在工地现场制作、以折代曲、两次预拼的加工方案，顺利地完成了全桥五跨共2650吨拱肋的加工任务。

加工后的拱肋线形光滑圆顺，各项技术指标均符合设计和规范要求，而且减少了部分大型设备的投入，也提高了施工效率，缩短了场内外运输时间，加快了施工进度，为拱肋的顺利吊装提供了保障，也为实现工程的总体目标工期奠定了基础。

参考文献：
[1]陈俊卿.大跨径刚架拱桥的设计与施工[J].中国钢协钢一混凝土组合结构协会第六次年会论文集，哈尔滨建筑大学学报，2005（5）
[2]陈宝春.钢管混凝土拱桥（M）.北京：人民交出版社，2007，（1）
[3]张建民，郑楷连，秦荣.钢管混凝土拱桥节段施工中的扣索索力调整计算[S].中外公路，2002（8）。