鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
摘 要 通過介紹虹橋綜合交通樞紐工程的施工詳圖設計，探討三維模型施工詳圖設計方法在橋梁工程領域中的應用及突破。
關鍵字 吊裝段；制造段；設計詳圖；工藝詳圖；三維模型預拼裝。
1 工程概況
虹橋綜合交通樞紐是高速鐵路、城際和城市軌道交通、公共汽車、出租車及航空港緊密銜接的國際一流的現代化大型綜合交通樞紐。東起外環線（環西一大道），西至現狀鐵路外環線，北起北翟路、北青公路，南至滬青高速公路，總用地約26.26平方公里，見圖1-1。
圖1-1 虹橋綜合交通樞紐工程的施工詳圖設計
I標段的范圍為連接核心區高鐵、磁浮、東交通中心、西航站樓的環路高架系統。環路高架分南、北兩部分，南、北兩部分又各分東、西兩區段。以北部的東、西段為例，如圖1-2~1-3。
① 東段長580米、均寬40米，帶一轉彎段，東段第四區段最寬處51米；
② 西段長180米、寬16～36米，帶一轉彎段，西段區最寬處36米；
③ 鋼結構總量約1.4萬噸。橋梁的主要鋼材為Q345q-D。
圖1-2 北部總布置圖 虹橋綜合交通樞紐工程的施工詳圖設計
圖1-3 橫斷面圖
2 幾個概念介紹
2.1 吊裝段：根據現場起吊能力、位置的布置及安裝順序所劃分出吊裝區塊，即為橋梁每一區段的吊裝塊布置圖，每一吊裝塊有相應編號，如4-1、4-2、4-3、4-4等。
2.2 制造段：又稱運輸段，即根據運輸限制（構件的長、寬、高及重量的限制）而劃分的工廠加工出廠的橋梁制作區塊。
2.3 吊裝段與制造段間的關系：吊裝段由若干制造段組成，如圖2.3-1~圖2.3-2所示，即工廠加工完成的若干制造段運至現場，在地面拼裝為吊裝段后進行吊裝。
圖2.3-1 吊裝段示意
圖2.3-2 制造段示意
3. 項目的施工詳圖設計
3.1 詳圖設計對吊裝段、制造段劃分原則：
(1)吊裝分段的重量控制在200噸以內，在適當的范圍內可調整尺寸。
(2)沿橋長方向的分段位置，橋面板、腹板、底板相互間錯位250mm。
(3)橋寬方向的分段位置，橋面板、底板相互間錯開200mm。
(4)橋寬方向的分段位置錯開U型肋、球扁鋼、橫向加筋100mm。
(5)吊裝段分段口需考慮吊裝的先后順序，先吊裝的分段塊沿橋長向的橋底板比面板外伸500mm。在橋寬向橋底板比面板外伸200mm。
(6)制造段的分段位置設定需考慮：
1)考慮制造段運輸的穩定性，制造分段至少包含一塊腹板和兩塊完整隔板，分段寬度為腹 板間距制造段的尺寸；
2)制造分段位置如遇人孔、筋板，則人孔、筋板移位；
3)原材料的拼接位置需保證橋面板、底板、腹板的焊縫錯位200mm和方便吊裝的錯位方向。
3.2 施工詳圖的內容
根據工廠加工及現場安裝的需要，詳圖分設計詳圖和工藝詳圖兩類：
3.2.1 設計詳圖
(1)根據吊裝分塊及加工車間布置確定制作區域后，繪制該制作區域的平面布置圖3.2.1-1，其類似于某一區域的樓面布置圖，如吊裝段4-1、4-2、4-3、4-4確定為一個制作區域，其中每一吊裝段按運輸條件劃分出多個制造段。
圖3.2.1-1 制作區域平面布置圖 虹橋綜合交通樞紐工程的施工詳圖設計
(2)針對制作區域平面布置圖對每一橋寬、橋長的不同位置作剖面圖3.2.1-2。沿橋長方向的每一道有變化的橫隔板線、橫向加筋均作剖面圖，剖面號為數字，且唯一。沿橋寬方向每一道腹板均作剖面圖，剖面號為大寫字母，且唯一。剖面上需反映：①制造分段的位置尺寸；
②各零件號；③隔板（橫向加筋）的安裝位置標記；④焊接符號和方向。
圖3.2.1-2 制作區域平面布置圖及剖面圖
(3)制造段構件詳圖：每一制造段（運輸段）的構件詳圖，其內容中包含：
1)制造段的面板、底板圖，圖面中反映出腹板、U型加勁、球扁鋼加勁肋等零件的安裝位置信息；
2)對于有特殊構造的部位，如橋墩位置、廊橋牛腿位置等，可采用局部剖視圖表達；若剖面與布置圖中剖面重合時，剖面號采用布置圖中的相同字母、數字以便于對應一致；
3)圖中的剖面視向規定為面向橋長的外側，即橋寬中的標高高的一側；
4)圖中局部詳細說明的部位，標定取出點的位置，局部說明要保持原方向；
5)完整的零件圖，對于腹板、隔板要反映出橋面的標高變化，圖上有安裝位置標記。
3.2.2 工藝詳圖
(1)胎架定位點坐標圖
按制作區域為單元出圖，以道路中心線為0.000標高，提供橋箱體腹板與隔板、加勁板相交點的Z向坐標。該Z向坐標綜合考慮橋面的坡度及拱度。
(2)現場吊裝段的吊點、支點位置圖3.2.3-1。
以吊裝段4-1～4-4為例，按圖3.2.2-1所示的吊點布置，確定出每個吊點的重量，合理安排吊機。同時，因為采用雙機四點抬吊不對稱構件的計算屬于超靜定問題，鋼絲繩的長短會影響載重的分配，為了確保每個吊點不超重，一臺行車的2各吊點即1#、2#采用同一根鋼絲繩。
圖3.2.3-1 吊裝段吊點布置圖
(3)運輸分段在制作時翻身的吊點、支點位置圖
吊點按吊裝的位置設計成二類，大吊點焊接于橋底板處側向筋板處，主要目的是構件制作時翻身；中吊耳用于構件的起吊、平移。吊耳必須安裝在隔板或腹板位置上；吊耳的大小按照安全負荷40噸選擇。
(4）吊裝段的橋墩定位圖，利用三角法定位和復位。此圖可用于安裝和檢驗。
(5）橋體面板、底板的排料圖，圖中表達了分段的尺寸，制造段的相對位置標記。橋長方向為材料軋制方向。此圖可使鋼板間的拼接有效地避開運輸段間的拼縫，又可用于檢驗。
(6）球扁鋼、U型肋的中心線在面板上的位置圖,即類示于鋼梁連續整體布置圖，同時利用此圖可畫出油漆范圍布置圖。
3.3 施工詳圖設計過程和步驟
運用三維實體建模出圖進行深化設計的過程，其本質就是進行電腦預拼裝、實現“所見即所得”的過程。建出的三維實體模型與以后實際建造的建筑完全一致，所有加工詳圖（包括布置圖、構件圖、零件圖等）均是利用三視圖原理投影生成的，因此可以保證鋼構件精度達到理想狀態。以下是虹橋樞紐局部橋體箱梁三維實體建模設計的過程及步驟演示：
完成以上步驟后，便可直接生成制造段的構件詳圖，制作區域布置圖、剖面圖，以及各類工藝用詳圖。
3.4 利用三維實體模型實現吊裝分段間的預拼裝
3.4.1實測分段前、后接口的截面數據，接口檢查記錄表見圖3.4.1；
圖3.4.1 接口檢查記錄表
3.4.2 根據接口處的實測數據分別繪制分段前、后接口斷面，并以道路中心線為基準進行疊加，觀察兩斷面間的誤差；
3.4.3 根據以上實測數據搭建三維實體模型，更為直觀觀察構件之間現場對接處的對接情況，詳見圖3.4.3。
圖3.4.3 三維模型模擬預拼裝
4 三維實體建模詳圖設計在橋梁施工詳圖設計中的應用及突破
4.1 為解決橋面泄水問題，橋面不是平直的，而是有坡度和拱度的，即橋面在同一橫截面內由眾多非規則拱線組成。利用三維實體建模的技術優勢，在構件建模時直接通過詳圖中的零件反映出橋體的拱度，因此從同一模型中導出的胎架圖、構件圖、零件圖有著極好的匹配性。
4.2 利用三維實體模型可精確定出吊裝分塊的重量和重心位置，從而合理安排吊點的分布位置，消除吊裝過程中的不安全因素。
4.3 為消除制作過程中的積累誤差，確保各制作區塊之間連接無誤，吊裝段間需進行預拼裝。但是預裝需要時間和場地，如果通過有效的管理和控制方法，對同時進行制作的部件經測量得數據后，通過計算機三維模型模擬進行預裝，對預裝錯邊量超差的進行矯正，同樣可以達到預裝的效果。
參 考 文 獻:
[1] 《TEKLA STRUCTURES使用手冊》 2006
[2] 《市政公用工程設計文件編制深度規定》北京 建設部，2004.
[3] 《公路橋涵設計通用規范》人民交通出版社，2004
作者簡介：賀明玄：寶鋼鋼構有限公司總工程師
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