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摘要：重庆永川长江大橋钢箱梁在重庆东港船厂生产，通过船舶运输至桥位现场，倒运，吊装。钢箱梁结构不对称，通过三维建模，确定重心，从而合理设置吊耳确保吊装安全，在运输过程中如何固定，避免倾覆，存放过程中合理设置临时支座。
关键词：CAD；钢箱梁；重心；永川长江大桥
Abstract: donggang shipyard production in chongqing yongchuan chongqing Yangtze river bridge steel box girder, transported by ship to the bridge site, transship, hoisting. Asymmetric steel box girder structure, through the three-dimensional modeling, determine the center of gravity, thus setting up reasonable lifting lugs ensure the safety of the lifting in the course of carriage fixed, how to avoid capsizing, deposited in the process of setting up reasonable temporary support.
Keywords: CAD; Steel box girder; Center of gravity; Yongchuan Yangtze river bridge
中图分类号：U448.21+3文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1.工程概况
重庆永川长江大桥，北起重庆市永川区松溉镇，经跨长江后，进入重庆市江津区石蟆镇，是重庆市三环高速公路的关键性控制工程，是永川区第一座长江大桥，也是重庆市辖区内上游的第一座长江大桥。
永川长江大桥为主跨608米的双塔双索面混合梁斜拉桥，全长1008米，桥跨布置为（64+68*2+608+68*2+64）米，其中永川侧索塔高196.7米，江津侧索塔高207.4米。大桥采用双向6车道高速公路标准，设计时速80公里/小时，桥涵设计荷载为公路I级。目前,同类型斜拉桥跨径在全国排名第十二位，全世界排名第十四位。大桥建成后将成渝、渝泸、渝黔等高速公路和重庆港、永川港区紧密串联起来，有利于重庆加快建设长江上游航运中心，打造渝西地区新的便捷出海通道，实现重庆高速、快捷的水陆联运交通体系。同时，也将更宽领域、更高层面串联起重庆永川、江津、四川泸州、合江、贵州赤水等地区的工业生产基地、矿产资源开发基地、现代农业发展区、旅游商贸及各资源要素市场，对推动渝西南、川东南、黔西北地区经济快速发展具有重要意义。
2.钢箱梁参数
钢箱梁采用PK断面，梁中心线处内轮廓高3.5m，全宽为37.6m（含布索区和风嘴），桥面设2%双向横坡。梁高与跨径比为1/173.7，与宽度之比为1/10.7。钢箱梁梁段采用工厂全焊结构生产，每个梁段在U型肋端头设置封板（抽湿机风口除外）。桥面板、底板、斜底板与中纵腹板纵向主体均采用U形加劲板，边纵腹板及顶板、斜底板的边角部采用板式加劲板。钢箱梁边纵腹板厚30mm，其板式加劲厚25mm，共三道，两道通长，一道位于斜拉索锚固区范围。钢箱梁横隔板分为HG1、HG2 和HG3 三类。
图2-1、钢箱梁A,B,C类梁段图
图2-2、钢箱梁A,B,C类梁段平面
图3-2、钢箱梁A,B,C类梁段平面
HG1 类用于斜拉索处，近索区厚16mm，中间部分14mm；HG2 类为普通横隔板，近索区厚14mm，中间部分12mm；HG3 类为钢混结合段（过渡段），厚16mm。钢箱梁梁段划分：钢箱梁梁段划分考虑结构受力、横隔板间距以及钢箱梁运输和安装架设起吊能力。全桥共分41 个梁段（6 种类型）：标准梁段36 个（A:280t、B:296、C:316t），合龙段1 个（F:85t），钢混结合段2 个（E :196t），特殊梁段2 个（D :175t）。标准梁段长度为15.5m，梁段吊装重量为85.5t～315.8t。
图3-3、钢箱梁断面图
永川长江大桥所有钢箱梁均在工厂预制，采用船舶运输、吊机进行吊装。这就涉及到钢箱梁的存放、运输、吊装安全稳固问题。钢箱梁存放，运输过程中支座设置不准，容易倾倒,发生事故，导致钢箱梁的变形，破坏，带来经济损失，甚至造成人员的伤亡。吊装时吊钩不在重心正上方时重物会发生旋转，重的一侧会下降，轻的一侧会上升，引起摆动，这会在放下重物时带来不便，进而很难确保吊装准确就位。由于一节钢箱梁都几十吨重，甚至上百吨，轻微的晃动，碰到已拼接完的钢箱梁，将会产生较大的晃动，而且此时的在建桥梁处于悬臂状态，容易造成过大变形破坏，或者疲劳破坏。钢箱梁摆动可能挤撞物体和人员，从而引起人员和设备伤亡和破坏事故发生。钢箱梁对接时，对空间位置的要求很高，钢箱梁的晃动，不利于钢箱梁精确的定位。因此需要求出钢箱梁的重心，确保在生产加工和运输以及吊装过程中的安全、准确满足工程技术规范要求。
对于对称结构的钢梁分段，重心与形心重合，吊耳以形心为中心，再考虑到起吊设备的半径，拔杆高度，钢丝绳抗拉等因素，即可确定吊耳的位置。对于非对称结构的钢箱梁分段，重心很难确定，一个分段往往包括几十根I、U型肋板，腹板，横隔板，顶板，底板的组合，重达几百吨，还有可能有平曲线，倒角，倒圆角。利用数学形心计算公式逐个断面计算重心，再用积分求总重心的工作量相当大并且容易出错使工作变得繁琐。利用CAD的massprop功能求重心，能收到事半功倍的效果。这里仅以永川长江大桥主桥钢箱梁的C段为例介绍如何运用计算机辅助设计确定钢箱梁重心做以介绍。
3.钢箱梁施工工艺
钢箱梁在重庆的东港船厂生厂。岸上部分运输车运至钢箱梁所在处下面，江面部分采用吊机装船，通过船舶运到永川长江大桥施工江面上该梁段桥位的正下面。通过桥面吊机，进行吊装。
图3-1、钢箱梁从江中倒运到岸边图
图3-2、钢箱梁吊装示意图
4.钢箱梁的CAD三维建模
建模采用”总-分-总”,先画出钢箱梁的总横断面图。从断面图分离出顶板,HG1横隔板,HG2横隔板,底板,边腹板,中腹板的断面图。如U肋三维的生成，从顶板的横断面图中复制出U形肋的横断面图，通过面域（reg快捷命令）生成一个面整体。
图4-1、面域图 图4-1、扩展图
通过形成面域后的U肋通过CAD的扩展（extrude快捷命令）成三维。利用顶板(和顶板U肋)断面图,扩展成三维图形。可以画成其他小构件的三维图形。再利用原来的平面图拼装成一整体：
图4-3、拼装图图4-4、拼装好的顶板图
图4-5、拼装后的钢箱梁图（除顶板）
5.计算钢箱梁重心
利用CAD的并集命令（union）,将这些块件合并成整体。由于钢箱梁的倒角,构件较小,合并时节点太多（07版CAD）无法合并成一个整体。将钢箱梁合并成两块大构件,分别求出其重心,再用数学方法求出他们重心。
图5-1、钢箱梁坐标原点图
用CAD三维画出的钢箱梁图,不包括钢箱梁的顶板,和顶板U以钢箱梁中轴线为坐标原点，横桥向为x坐标，顺桥向为y轴。
图5-1、钢箱梁（一）
钢箱梁1的重心坐标为，X: 8919.7；Y: 7956.7；Z:-2547.9，质量为：8556059009.7（单位下同）。
图5-1、钢箱梁（二）
钢箱梁2的重心坐标为X: 8773.1； Y: 7167.1； Z: -478.0，质量为：9515105396.9。钢箱梁质量为8556059010+9515105397＝18071164407
则整体钢箱梁坐标为：9515105397/(8556059010+9515105397)=0.5265
X=-8919.6736+(8919.6736-8773.1377) ×0.5265=8842
Y= -7956.7241+( 7956.7241-7167.1033) ×0.5265=7541
Z=-2547.8991+(2547.8991-477.9848) ×0.5265=-1458
故半边钢箱梁的位置在距离钢箱梁轴线8.84m处，离钢箱梁一端7.54m处，离钢箱梁表面1.46m处。在钢箱梁存放，运输固定，支座的中心为重心。吊点的位置中心为重心。运输运程中钢箱梁的支护高度应高于钢箱梁重心的位置。
6.结论
通过上述介绍我们发现，在我们的工作中，CAD三维能够让我们更加直观了解钢箱梁的构造。如果能经常利用CAD技术解决实际问题，常常能收到事半功倍的效果。
参考文献：
1、单机起吊非对称结构钢箱梁吊耳位置的确定 王威 （上海城建（集团）公司，上海市200125）
关键词：CAD；钢箱梁；重心；永川长江大桥
Abstract: donggang shipyard production in chongqing yongchuan chongqing Yangtze river bridge steel box girder, transported by ship to the bridge site, transship, hoisting. Asymmetric steel box girder structure, through the three-dimensional modeling, determine the center of gravity, thus setting up reasonable lifting lugs ensure the safety of the lifting in the course of carriage fixed, how to avoid capsizing, deposited in the process of setting up reasonable temporary support.
Keywords: CAD; Steel box girder; Center of gravity; Yongchuan Yangtze river bridge
中图分类号：U448.21+3文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1.工程概况
重庆永川长江大桥，北起重庆市永川区松溉镇，经跨长江后，进入重庆市江津区石蟆镇，是重庆市三环高速公路的关键性控制工程，是永川区第一座长江大桥，也是重庆市辖区内上游的第一座长江大桥。
永川长江大桥为主跨608米的双塔双索面混合梁斜拉桥，全长1008米，桥跨布置为（64+68*2+608+68*2+64）米，其中永川侧索塔高196.7米，江津侧索塔高207.4米。大桥采用双向6车道高速公路标准，设计时速80公里/小时，桥涵设计荷载为公路I级。目前,同类型斜拉桥跨径在全国排名第十二位，全世界排名第十四位。大桥建成后将成渝、渝泸、渝黔等高速公路和重庆港、永川港区紧密串联起来，有利于重庆加快建设长江上游航运中心，打造渝西地区新的便捷出海通道，实现重庆高速、快捷的水陆联运交通体系。同时，也将更宽领域、更高层面串联起重庆永川、江津、四川泸州、合江、贵州赤水等地区的工业生产基地、矿产资源开发基地、现代农业发展区、旅游商贸及各资源要素市场，对推动渝西南、川东南、黔西北地区经济快速发展具有重要意义。
2.钢箱梁参数
钢箱梁采用PK断面，梁中心线处内轮廓高3.5m，全宽为37.6m（含布索区和风嘴），桥面设2%双向横坡。梁高与跨径比为1/173.7，与宽度之比为1/10.7。钢箱梁梁段采用工厂全焊结构生产，每个梁段在U型肋端头设置封板（抽湿机风口除外）。桥面板、底板、斜底板与中纵腹板纵向主体均采用U形加劲板，边纵腹板及顶板、斜底板的边角部采用板式加劲板。钢箱梁边纵腹板厚30mm，其板式加劲厚25mm，共三道，两道通长，一道位于斜拉索锚固区范围。钢箱梁横隔板分为HG1、HG2 和HG3 三类。
图2-1、钢箱梁A,B,C类梁段图
图2-2、钢箱梁A,B,C类梁段平面
图3-2、钢箱梁A,B,C类梁段平面
HG1 类用于斜拉索处，近索区厚16mm，中间部分14mm；HG2 类为普通横隔板，近索区厚14mm，中间部分12mm；HG3 类为钢混结合段（过渡段），厚16mm。钢箱梁梁段划分：钢箱梁梁段划分考虑结构受力、横隔板间距以及钢箱梁运输和安装架设起吊能力。全桥共分41 个梁段（6 种类型）：标准梁段36 个（A:280t、B:296、C:316t），合龙段1 个（F:85t），钢混结合段2 个（E :196t），特殊梁段2 个（D :175t）。标准梁段长度为15.5m，梁段吊装重量为85.5t～315.8t。
图3-3、钢箱梁断面图
永川长江大桥所有钢箱梁均在工厂预制，采用船舶运输、吊机进行吊装。这就涉及到钢箱梁的存放、运输、吊装安全稳固问题。钢箱梁存放，运输过程中支座设置不准，容易倾倒,发生事故，导致钢箱梁的变形，破坏，带来经济损失，甚至造成人员的伤亡。吊装时吊钩不在重心正上方时重物会发生旋转，重的一侧会下降，轻的一侧会上升，引起摆动，这会在放下重物时带来不便，进而很难确保吊装准确就位。由于一节钢箱梁都几十吨重，甚至上百吨，轻微的晃动，碰到已拼接完的钢箱梁，将会产生较大的晃动，而且此时的在建桥梁处于悬臂状态，容易造成过大变形破坏，或者疲劳破坏。钢箱梁摆动可能挤撞物体和人员，从而引起人员和设备伤亡和破坏事故发生。钢箱梁对接时，对空间位置的要求很高，钢箱梁的晃动，不利于钢箱梁精确的定位。因此需要求出钢箱梁的重心，确保在生产加工和运输以及吊装过程中的安全、准确满足工程技术规范要求。
对于对称结构的钢梁分段，重心与形心重合，吊耳以形心为中心，再考虑到起吊设备的半径，拔杆高度，钢丝绳抗拉等因素，即可确定吊耳的位置。对于非对称结构的钢箱梁分段，重心很难确定，一个分段往往包括几十根I、U型肋板，腹板，横隔板，顶板，底板的组合，重达几百吨，还有可能有平曲线，倒角，倒圆角。利用数学形心计算公式逐个断面计算重心，再用积分求总重心的工作量相当大并且容易出错使工作变得繁琐。利用CAD的massprop功能求重心，能收到事半功倍的效果。这里仅以永川长江大桥主桥钢箱梁的C段为例介绍如何运用计算机辅助设计确定钢箱梁重心做以介绍。
3.钢箱梁施工工艺
钢箱梁在重庆的东港船厂生厂。岸上部分运输车运至钢箱梁所在处下面，江面部分采用吊机装船，通过船舶运到永川长江大桥施工江面上该梁段桥位的正下面。通过桥面吊机，进行吊装。
图3-1、钢箱梁从江中倒运到岸边图
图3-2、钢箱梁吊装示意图
4.钢箱梁的CAD三维建模
建模采用”总-分-总”,先画出钢箱梁的总横断面图。从断面图分离出顶板,HG1横隔板,HG2横隔板,底板,边腹板,中腹板的断面图。如U肋三维的生成，从顶板的横断面图中复制出U形肋的横断面图，通过面域（reg快捷命令）生成一个面整体。
图4-1、面域图 图4-1、扩展图
通过形成面域后的U肋通过CAD的扩展（extrude快捷命令）成三维。利用顶板(和顶板U肋)断面图,扩展成三维图形。可以画成其他小构件的三维图形。再利用原来的平面图拼装成一整体：
图4-3、拼装图图4-4、拼装好的顶板图
图4-5、拼装后的钢箱梁图（除顶板）
5.计算钢箱梁重心
利用CAD的并集命令（union）,将这些块件合并成整体。由于钢箱梁的倒角,构件较小,合并时节点太多（07版CAD）无法合并成一个整体。将钢箱梁合并成两块大构件,分别求出其重心,再用数学方法求出他们重心。
图5-1、钢箱梁坐标原点图
用CAD三维画出的钢箱梁图,不包括钢箱梁的顶板,和顶板U以钢箱梁中轴线为坐标原点，横桥向为x坐标，顺桥向为y轴。
图5-1、钢箱梁（一）
钢箱梁1的重心坐标为，X: 8919.7；Y: 7956.7；Z:-2547.9，质量为：8556059009.7（单位下同）。
图5-1、钢箱梁（二）
钢箱梁2的重心坐标为X: 8773.1； Y: 7167.1； Z: -478.0，质量为：9515105396.9。钢箱梁质量为8556059010+9515105397＝18071164407
则整体钢箱梁坐标为：9515105397/(8556059010+9515105397)=0.5265
X=-8919.6736+(8919.6736-8773.1377) ×0.5265=8842
Y= -7956.7241+( 7956.7241-7167.1033) ×0.5265=7541
Z=-2547.8991+(2547.8991-477.9848) ×0.5265=-1458
故半边钢箱梁的位置在距离钢箱梁轴线8.84m处，离钢箱梁一端7.54m处，离钢箱梁表面1.46m处。在钢箱梁存放，运输固定，支座的中心为重心。吊点的位置中心为重心。运输运程中钢箱梁的支护高度应高于钢箱梁重心的位置。
6.结论
通过上述介绍我们发现，在我们的工作中，CAD三维能够让我们更加直观了解钢箱梁的构造。如果能经常利用CAD技术解决实际问题，常常能收到事半功倍的效果。
参考文献：
1、单机起吊非对称结构钢箱梁吊耳位置的确定 王威 （上海城建（集团）公司，上海市200125）