大跨度钢管混凝土拱桥拱肋施工技术.docx

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大跨度钢管混凝土拱桥拱肋施工技术

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莫凤

文章以广西平南三桥的拱肋吊装为研究背景，对大跨度钢管混凝土拱桥拱肋节段架设施工、扣索索力问题进行了研究。混凝土灌注时，南岸和北岸拱肋横向偏位基本一致，拱肋失稳可能性降低。通过计算扣索索力，对比仿真计算分析技术、零弯矩法和零位移法的索力值，得到零弯矩法和零位移法的索力值误差较大，而仿真计算分析技术索力值误差较小。在拱肋拱轴线形偏差研究中，分析了三种技术应用效果，实验结果表明仿真计算分析技术设计的拱轴线与期望拱轴线最为接近，说明施工效果较好。从实验结果中可以看出，结合ANSYS软件分析功能，该技术能较好地保证大跨度钢管混凝土拱桥的稳定性，其索力值最大误差为1.2，拱形偏差1cm。

大跨度钢管混凝土;拱桥拱肋;施工;仿真计算分析;索力

U448.33A230794

0引言

近几年来，我国建造了越来越多的大跨度拱桥，这种钢管混凝土桥梁具有结构美观、受力大、节约大量建筑材料等优点[1]。伴随着钢管混凝土拱桥建设的增多，推动了桥梁结构分析设计理论与施工技术的创新与发展[2]。但从我国钢管混凝土拱桥的发展历史和经验来看，传统的设计理论和施工工艺存在着诸多问题。如一些钢管混凝土拱桥缺乏合理的设计和施工规范，成桥后在拱背混凝土中出现空鼓现象，造成拱桥质量下降。由于施工方法和安装次序都与拱桥的拱圈形状以及拱桥的结构内力密切相关，而且由于拱桥的结构体系、施工阶段和荷载条件的不同，其内力和变形也会发生变化，因此有必要对拱桥拱肋的安装过程进行详细分析。钢管拱肋斜拉扣挂式悬臂式扣索是由钢绞线或高强度钢丝索制成，利用锚具固定两端，工作状态类似斜拉桥上的缆索，与传统索具相比，工作条件较好，节省材料，且可一次性拉出[3]。

对于在钢管拱肋钢索吊装中的斜拉索吊装施工工艺，有很多方法来确定索力值。部分学者和桥梁设计施工专业人员使用了一种以手动调节拉索受力为主要思想的“零弯矩法”，该方法可实现拉索各拱肋连接处的零弯矩。其不足之处是没有考虑扣塔和锚索的作用，锚索数量调整过多，“接头弯矩为零”不适用。之后，又提出了“零位移法”的技术手段，零位移法的基本思想是假定钢管拱肋上所有索点都能在索力就位后达到预设的拱轴和标高，采用有限元模型计算各拱肋的索力。其缺点是忽略了吊装连接的影响，导致索力增量计算结果不准确。因此有必要对钢管混凝土大跨度拱桥拱肋施工过程进行模拟分析，以解决存在的问题。本文以广西平南三桥拱肋吊装索的受力分析为背景，并与实测数据进行对比分析。

1大跨度钢管混凝土拱桥拱肋节段架设施工过程

本文以横跨浔江的一座特大桥——广西平南三桥为例，对全长1035m、主桥全长575m的大跨度钢管混凝土拱桥拱肋施工进行分析。

1.1拱桥拱肋节段吊装

桥上钢管拱肋的吊装系统采用吊索系统的吊钩形式，以门式塔为主要塔型，利用万向杆铰接下端，上扣塔连接拱脚墩。升降系统由绞盘、钢丝绳和跑车组成，該系统在提升过程中由主绳上的牵引力提升，固定紧固索采用15.24mm预应力钢铰线，标准强度为1860MPa，上下对称布置。钢铰线锚采用P型挤出锚固在拱肋扣上，然后相应的索鞍通过扣塔座进入地锚，穿过地锚上的张拉梁，再用夹子夹住张拉锚杆的千斤顶，以达到调节拱肋扣高度、锚固拱肋的目的。在提升过程中，每个肋骨的稳定性也受每个肋骨控制，肋骨轴线也受索横风的调节[4]。通过对索吊系统设计承载力的分析，确定该桥上、下拱肋分别为44、29，共22根，其中提升12根。要求拱的靶面之间位移≤30mm，拱的对接误差不能超过3mm，拱的轴线横向位移≤10mm。

每一个拱肋的安装应按以下程序进行：（1）观察钢拱肋前缘各测点的标高，并将其调整到理想位置;（2）安装缆索，但不加力（只是为了克服重量）[5];（3）在索钩吊装起拱肋轴线正下方运输的拱肋段，调整纵角（沿桥），用横向索调整横角;（4）临时架设连接完成后，进行螺栓结构安装;（5）在吊车进行其他作业时，电缆紧固力调整为弹力;（6）利用仿真计算得到的力值调整索力，使钢管拱尽可能接近理想位置，高强度螺栓采用偏心微调紧，对称下提[6]。

1.2拱肋合龙

安装拱肋时，由于各体系受力最大，安全系数最小，因此，对钢管拱的成功合龙是最终控制的关键，也是最危险的环节，所以必须设计合理的合龙方式及施工工艺。

为了保证最终合龙的安全性，广西平南三桥采用单侧预埋式，跨中留空，对钢管桁架的处理遵循对称性原理，先对称两侧的台面，第一等待段为梁底与横臂之间，第二等待段为上，第三等待段为钢管拱肋吊装的最后北面，钢管拱肋吊装南岸，调整吊装高度，往复第一等待段;第一等待段结束后，采用套焊方式，第一等待段固定后，将切口永久关闭[7]。这同样适用于上游和下游。再次测量拱肋合龙前的截面高度、轴线及索力。通过调节索力和索风，