[发明专利]一种跨拱肋龙门吊及蝴蝶拱桥空间结构体系的安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及龙门吊技术领域，还涉及龙门吊应用于蝴蝶拱桥及其它异型拱桥如飞鸟式空间倒三角形月亮拱桥等的钢拱肋安装施工技术领域。

现有技术

传统拱桥的拱肋与行车道平行，拱肋以面内受压为主，结构受力合理，经济实用。拱的横向稳定是其结构设计的一个重要考虑的内容，通常两根或两根以上的拱肋通过横向联系，有时还将拱肋内倾一定角度加上风撑，更有利于拱肋的稳定，从而产生了拱肋内倾的“提篮拱”，并逐渐发展成一种较为成熟的桥型。一些建筑师反其道设计一种拱结构，两根拱肋不是内倾，而是外倾且不加横撑，形成一种非对称拱肋的蝴蝶拱桥。此种桥型以动感的姿态和开阔的桥面，在造型上比内倾拱桥更具美感，满足人们的求变心态。如国内的天津大沽桥、中山市长江路大桥、广西南宁大桥。

该类桥型由2条倾斜的非对称拱肋、曲线钢箱梁和倾斜的吊杆共同组成一个多元的空间结构体系，承担着三维空间中的所有荷载，整体和局部结构受力行为复杂。该类型桥远眺仿若展翅飞翔的蝴蝶，故又名蝴蝶拱桥。

由于拱肋外倾且不对称，拱肋表现为空间受力特性，受力非常复杂，拱肋截面上同时存在双向弯曲、扭转、轴力、剪力等力素，在恒载和活载作用下，外倾拱肋的弯矩比垂直拱大，而且外倾角越大，拱肋弯矩也越大，在自身恒载作用下就存在较大的面外弯矩，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。由于拱肋的面内刚度较大，面外刚度小，且拱肋无风撑，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，直接影响大桥施工安全和质量，采取合理措施保证倾斜拱肋的面外稳定是施工的关键。也由于两个钢拱肋分别向外倾斜而无横联，拱肋节段的空间相对位置既有垂直倾角，又有平面扭角，拱肋的节段吊装应有可靠的空间姿态调整和定位调整措施。

这些造型奇异的外倾拱结构，造价虽然比常规拱桥高，但该结构一般是应用在人行桥、自行车桥、景观桥或小跨径小规模的车行桥中，由于规模小、总造价有限，因此结构异化所引起的构造复杂、施工困难和费用上升都是有限的。但国内所建造的蝴蝶拱桥均为车行荷载较大的城市桥梁，跨度也较大，特别是300m跨径的南宁大桥，以其宽7.4m、高5.6～10m的钢箱拱肋，加上外倾以后产生的阴影，拱肋显得过于粗笨，而且外倾的无风撑拱肋，与传统的平行拱或提篮拱的稳重感完全相反，对桥梁稳定的担心将很大部分受众对其美感大打折扣。大跨径的曲线蝶形拱桥花了巨大的经济代价所追求的美观造型不仅引起很多受众的大的争议，其独特的受力特性也对其上部结构的安装施工技术提出了很高的要求。

对于该类桥型的吊装架设，国内采取的技术有：

(1)满布支架支撑的大吨位船机“先梁后拱”拼装法

采用河道封航、搭设水上施工栈桥供大吨位吊机通行吊装、满布支架原位拼装、“先梁后拱”的总体施工方案。钢箱梁安装施工采用分块定位、组拼、焊接的安装方式，由2台大吨位履带吊机(如2台200t汽车吊)以双机抬四吊点的方式进行吊装。钢箱梁经现场定位、成组焊接施工后，搭设支撑钢拱肋的满堂支架平台，由大吨位汽车吊机分节段吊装拱肋到支架平台上对位焊接、合拢，完成体系转换。如天津大沽桥。

另外，采用此方法时，有时会根据具体情况，由大型浮吊代替大吨位吊机进行施工。

(2)横移式缆索吊机无支架斜拉扣挂的“先拱后梁”架设法

该方法是采用“先拱后梁、以拱承梁、钢肋拱通过缆索吊机无支架吊装”的总体施工方案，如广西南宁大桥。由于该桥向外倾斜的两拱肋中心线之间最大距离达92.577m，拱节段最大长度21.6m，最大重量218吨，作为斜拉扣挂-缆索吊装系统中的关键施工设备，临时索塔采用了吊塔、扣塔一体化设计。索塔采用门式组合钢塔结构，高度为138m，横向宽度达110m，该索塔在横梁宽度、横梁最大载重、索鞍横向移动距离、塔吊高度、钢箱拱最大吊重等方面，均创下了国内桥梁施工之最。起重设备的缆吊主跨为452m，由东西索道组成，每条索道包含两组主索，并各自负责对应索区的拱肋吊装。