陳 敏

（中鐵山橋集團有限公司，河北秦皇島 066200）

1.工程概況

北口大橋跨江主橋位于浙江省溫州市甌江入?？谥?，是甬臺溫高速公路復線和南金公路兩大項目在溫州市內(nèi)跨越甌江的重要過江通道。主橋采用2×800m 的三塔雙層橋面鋼桁梁懸索橋，規(guī)模宏大，技術復雜，結構新穎獨特，充分體現(xiàn)創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展理念，設計使用壽命為100 年。大橋于2016 年1 月4 日動工興建、2021 年12 月30 日實現(xiàn)合龍、2022 年5 月27 日正式通車運營，實景與設計布置圖如圖1 所示。

圖1 北口大橋跨江主橋?qū)嵕皥D及設計立面

2.結構特點

橫向兩片主桁間距為36.2m，標準節(jié)間長為10m、梁端節(jié)間長為11.8m，全橋總計208 個節(jié)間，如圖2 所示[1]。

圖2 北口大橋跨江主橋BIM模型與設計橫斷面圖

上、下層公路橋面采用正交異性板整體鋼橋面結構，由橋面板和倒T 形橫梁組成，如圖3 所示。

圖3 上、下層公路橋面板塊布置圖

倒T 形橫梁在標準10m 節(jié)間順橋向間隔3.33m、3.34m、3.33m 各設一道，在梁端11.8m 節(jié)間順橋向間隔2.95m 設一道。共分為節(jié)點橫梁和節(jié)間橫梁兩種。

節(jié)點橫梁布置在主桁節(jié)點處，橫梁腹板厚14mm、中心高2.465m，豎向加勁肋寬150mm、厚12mm。水平加勁肋寬120mm、厚12mm。底板寬800mm、位于跨中區(qū)域板厚為36mm，其余位置為26mm，單重15.811t，如圖4 所示。

圖4 節(jié)點橫梁構造圖

節(jié)間橫梁為魚腹形，布置在節(jié)點橫梁之間。橫梁腹板厚14mm，由中心高2.469m 漸變至主桁處1.2m，每間隔1.8m 布置一對豎向肋加勁，寬150mm、厚12mm，在豎向加勁肋之間，在橫梁受壓翼緣腹板高度的1/4 ～1/5 處布置一道水平加勁肋，寬120mm，厚12mm。節(jié)間橫梁底板板厚為32mm，寬600mm，單重12.686t。如圖5所示。

圖5 節(jié)間橫梁構造圖

3.橫梁損耗率失控要因分析

倒T 形橫梁長34.1m，因超出國家公路運輸規(guī)定、鋼廠軋制能力和工廠加工能力，在工廠制造環(huán)節(jié)必須采用分段制作工藝[2]。所以節(jié)點橫梁、節(jié)間橫梁均選用了產(chǎn)生1道焊縫的2 段制作（16600+17500）工藝方案[3]（見圖6）。

圖6 節(jié)間橫梁劃分2段制作工藝示意圖

在北口大橋跨江主橋鋼結構工廠制作的技術備料環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)了橫梁鋼材損耗率失控的問題。依據(jù)當前橫梁各部位的損耗率情況繪制了上、下橫梁各部位損耗率占比排列圖，如圖7 所示。根據(jù)主次因素分析法，將北口大橋跨江主橋上橫梁各部位損耗率曲線的累計頻率分為4 級，并將與之相對應的因素分為兩類。其中：A 類因素為節(jié)間橫梁制作工藝，發(fā)生累計頻率為0%～90%，因此是主要影響因素；B 類因素為節(jié)點橫梁制作工藝，發(fā)生累計頻率為90%～100%，因此是一般影響因素。

圖7 北口大橋跨江主橋橫梁各部位損耗率占比排列圖

4.節(jié)間橫梁工藝降耗方案研選

針對橫梁消耗失控的要因，開展節(jié)間橫梁制作工藝方案研選工作。

4.1 鏡像疊合備料新技術

節(jié)間橫梁與節(jié)點橫梁唯一的不同點是腹板呈魚腹形。當橫梁同樣采用16600+17500 的兩段制作工藝方案時，節(jié)點橫梁腹板的鋼材損耗率為1.97%，但節(jié)間橫梁的魚腹形腹板鋼材損耗率卻高達24.83%（見圖8），所以確定其為消耗失控的癥結所在。

圖8 采用兩段制作工藝方案的腹板備料圖

只有去除圖8 兩側(cè)（魚尾側(cè)）產(chǎn)生的大量余料，才可能降低損耗率。而合理的排板規(guī)劃及下料管理有利于提高鋼材使用效率[4]。如果把腹板分為3 段，通過中段魚腹處單獨備料、兩側(cè)短節(jié)的魚頭和魚尾實現(xiàn)嵌套的鏡像疊合備料新技術，才可以消除余料。如圖9 所示。

圖9 鏡像疊合備料技術對應的腹板備料圖

4.2 確定三段制作工藝方案

實施鏡像疊合備料技術的前提是確定最經(jīng)濟、最有效的節(jié)間橫梁三段制作工藝方案。因此，運用計算機三維模擬實驗進行方案比選，尋找把鋼材損耗率降到最低黃金分割點，如表1 所示。

表1 魚腹形腹板制作工藝方案比選評價表

根據(jù)比選數(shù)據(jù)分析，魚腹形橫梁劃分3 段進行制作的工藝方案可使鋼材損耗率降至最低。具體劃分位置：上橋面節(jié)間橫梁為10790+12520+10790；下橋面節(jié)間橫梁為10180+13740+10180，如圖10 所示。

圖10 節(jié)間橫梁3段制作工藝方案示意圖

5.經(jīng)濟效益分析

在大橋BKGL-03 標段工廠制作環(huán)節(jié)，魚腹形橫梁全部采用了三段制作工藝方案，成功地將鋼材損耗率降低了12.37%。全部422 道魚腹形橫梁共實現(xiàn)節(jié)約鋼材662.227t，節(jié)約成本307.216 萬元，達成了工藝降耗的目標。

6.結語

伴隨著我國由“橋梁大國”邁向“橋梁強國”的堅實腳步，未來將會自主設計與建造更多形式的鋼桁梁懸索橋。通過北口大橋跨江主橋魚腹形橫梁工藝降耗新技術的研發(fā)與實施，為國內(nèi)鋼橋制造企業(yè)找尋降本增效新方向提供參考與借鑒。在全面推行綠色可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略之際，全體造橋人將秉承自信自強、守正創(chuàng)新、踔厲奮發(fā)、勇毅前行的精神品質(zhì)，助力中國橋搶占國際高端市場。