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浅析钢管混凝土系杆拱桥的吊装优化设计程林

发表时间：2021/7/27 来源：《基层建设》2021年第14期作者：程林

[导读] 随着我国经济飞速发展，在桥梁建设方面投入了很大的精力。由于钢管混凝土系杆拱桥施工具有结构新颖、受力合理等优势

        成都市路桥工程股份有限公司 404000
        摘要：随着我国经济飞速发展，在桥梁建设方面投入了很大的精力。由于钢管混凝土系杆拱桥施工具有结构新颖、受力合理等优势，在桥梁建设方面得到了越来越广泛的应用，但钢管混凝土系杆拱桥的自重、材料弹性模量、温度场等因素，会由于预应力钢束和吊杆张拉力误差的存在，所以混凝土系杆拱桥的吊装优化设计显得尤为重要。本文以徐家坝州河大桥为例，
        阐述钢管混凝土系杆拱桥的吊装优化设计，以期为类似工程建设项目提供一定的借鉴与参考价值。
        关键词：吊装；钢管混凝土；系杆拱桥

        管混凝土系杆拱桥作为一种新的桥型，他的主要特点是钢筋混凝土拱桥具有跨度适应能力强、承载能力大、地基适应能力强及施工快捷、技术成熟等优点，近年来得到飞速发展。在钢管混凝土拱桥常见的斜拉扣挂悬臂拼装法施工中，由于拱肋架设的动态过程，结构形态不断变化，大大增加了拱肋合拢精度的控制。因此，拱肋吊装设计过程中的控制显得尤为重要。
        1.工程概况
        徐家坝州河大桥位于达州城市规划区，长475.5米，宽36.5米，双向六车道和人行道。为横向双幅分离式结构，分为主桥和东、西引桥三部分。主桥跨度为149米（计算跨径为140米）下承式钢管拱桥结构，引桥为30米T梁与20米小箱梁组合结构。大桥采用简支T梁+简支小箱梁和下承式系杆拱桥结构设计，横向双幅分离式桥面对称布置，设计时速80公里。
        桥型布置见下图。

主拱圈拱肋采用悬链线，拱轴线矢跨比1/5，拱轴系数m=1.25，桁架高为3.3米，肋宽为2米；采用四管桁式拱肋，内灌C50自密实补偿收缩混凝土，上弦和下弦横向用平联钢管连接，上、下弦之间腹杆连接，竖腹杆处布置肋内剪力撑。

系杆拱桥吊装图

        2.主拱肋吊装施工方法
        2.1设计标准
        设计荷载：公路Ⅰ级，人群—3.0kN/㎡。
        桥面宽度：桥面全宽36.5米，左右分线设置，左右线设计线间距11.4米；两侧人行道宽2.25米；
        桥面横坡：2%；
        航道等级：Ⅳ（4）级
        设计洪水频率：P= 1/100。
        2.2施工方法
        本桥主拱肋采用斜拉扣挂法无支架缆索吊装技术施工，扣吊塔合二为一，拱肋共分为32个吊装节段，呈对称分布，左右岸对称吊装施工。
        2.3施工步骤
        2.3.1拱肋节段安装
        本桥主拱肋分32个节段，两岸对称吊装悬拼，每半跨为8个节段，每节段吊装的最大重量约40吨。节段吊装施工时，先将该节段上下游拱肋安装就位并对高度及横向偏位进行调整后，立即安装节段间连接（按施工顺序安装临时及永久）横撑，安装完毕立即监测该双肋节段的高度及偏位，如均在误差范围内，则进行下一节段吊装施工。同时施工过程中，采用临时扣索，以确保拱肋横向稳定。扣段完成后，节段间焊缝可以安排施焊，扣段间的焊缝，待拱肋合拢并调整拱圈标高达到设计要求后进行。拱肋接头设计为先栓接后焊接，横撑接头设计为定位后直接焊接方式进行。
        2.3.2合拢段安装
        合拢段是全桥施工的重点，也是线形控制的重点。当拱肋对称吊装至跨中合拢段时，对合拢段左右两个安装节段进行高程及偏位监测，将相对差控制在最小范围内，并在一天内最低温度时合拢，合拢温度控制在12~15℃。
        3.施工控制的原则与方法
        3.1施工控制的原则
        拱桥主拱肋安装及成拱过程是一个不断发生变化的动态进程，随着拱肋逐节段悬拼安装成形及体系转换，主拱肋受力状态也在发生不断变化，加上本桥结构复杂、技术含量高、施工控制影响因素多，为使成桥时主拱线形与设计相符，整体结构受力利于合理状态，需在施工过程中时时监测，全程监控。
        3.2施工控制的主要任务
        根据拱肋吊装施工环节的重要程度及施工全过程控制要点，施工监控主要任务如下：
        1）拱肋合拢时达到设计理想的几何线形；
        2）大桥在建成时达到合理的内力状态；
        3）在大桥整体施工全过程中保证结构的安全、施工质量、工期。
        作为大跨径钢管混凝土拱桥施工监控的主要任务，如何根据施工全过程及现场影响因素，控制拱肋合拢线性及全桥成桥时内力分布达到设计理想状态，是国内该类型桥梁施工监控的关键性问题。
        结合桥梁施工过程控制及结构受力体系转换，在全桥主拱肋重要节点布设应变计，通过对应变计数据采集及分析，将吊装节段高程及偏位数据与设计理想状态进行分析比较，判断施工过程是否安全，并对产生的误差进行分析，进一步优化结构线形，同时也确保施工期间的结构安全，施工质量和施工工期。
        4钢管拱桥施工要点
        4.1钢管拱的加工和吊装
        钢管拱在加工制作过程中，他是由若干个钢管板焊接而成，他的每个端头都在管内设有不同的加劲构造。所加工制造的吊装在生产之前必须经过严格的检验，合格后才会对他们进行分组编号，这样在吊装过程中才能够实现对号入座，如果在检验过程中发现问题，需要及时加以处理，在吊装预拼时还应该测量好钢管拱的尺寸，以此来确定制造的精确度。待各段位位置确定以后，可以利用施工图纸来确定吊杆的位置以及横撑位置。此外，钢管在焊接过程中他的焊接质量需要严格把控，所有的焊接口位置都需要采用超声波探伤技术挨个排查。拱肋需要采用分段缆索的吊装来完成，缆索吊装是由整个缆索系统来控制，缆索塔的位置选择上也需要注意，整个拱肋吊装需要在缓慢中进行，操之过急只会起到适得其反的作用。
        4.2主拱加载程序和钢管混凝土浇筑
        等到拱肋完全合拢后，需要安装拱肋本阶段要张拉的系杆，然后进行第一批系杆束的张拉；随后（按施工顺序）进行下弦管内混凝土灌注，等到管内的混凝土达到设计的强度80%后，实施第二批系杆束的张拉；等到第二批系杆束完成后，进行上弦管内混凝土灌注，待达到设计强度80%后，实施第三批系杆束张拉；采用超声波检测法检测所有钢管内混凝土，如发现问题及时采取补救措施，待管内混凝土强度达到设计要求后，拆除拱肋扣索。准备吊杆及横梁、纵梁安装，从拱脚向拱顶方向顺序、对称进行，最多相差一道，安装完毕后进行第四批系杆张拉；第四批系杆张拉完毕后，进行桥面板安装（方法与纵、横梁相同），桥面板安装完毕后进行第五批系杆张拉；待桥面湿接缝、人行道苑石、防撞护栏、桥面铺装、沥青铺装实施完毕后，分别按照施工顺序进行第六、七、八批系杆张拉；最后调整各束内力以及封锚。
        钢管混凝土浇筑时需要采用大功率泵送，以下弦管混凝土为先，等到混凝土的硬度达到设计强度80%后，再进行下弦外侧管混凝土泵送；等到管混凝土到达一定硬度后，最后再进行上管混凝土泵送。泵送混凝土从两侧拱脚同时对称向拱顶灌注，按对称平衡原则进行，且中途不得停泵。泵送混凝土的配合比必须经试验确定，严格控制水灰比与坍落度，并适当掺加减水剂和微膨胀剂。拱圈浇筑混凝土时应建立拱肋纵横向坐标的观测记录，以便预测拱肋受力发展趁势，采取相对应的措施。对于两端墩还应进行水平位移观测，用以控制系杆张拉力。
        5.结语
        近年来对钢管混凝土拱桥的相关研究越来越多，国内修建的钢管混凝土拱桥数量也日益增加，但是，受其本身结构体系特点及施工方法等因素影响，对于大跨径钢管混凝土拱桥的理论研究尚处于初级阶段，对许多系统化先进性理论与影响因素的分析仍不够系统与深入，对施工过程的监测控制也不够系统、精确，本文以实际工程项目为依托，以期对类似工程项目提供一定参考与借鉴。
        参考文献：
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        [2] 李秀，陈晓文，柳凌云.大跨钢管混凝土拱桥施工质量控制[J].中国水运（下半月），2008，8（6）：250-251.
        [2] 杨刚.中承式系杆拱桥中跨钢挂孔异常振动原因分析[J].城市道桥与防洪，2020（6）：54-56.