鋼管拱橋探析

摘要：經(jīng)濟的發(fā)展和城市建設(shè)速度的加快促進了交通運輸行業(yè)的發(fā)展和進步。橋梁是交通運輸?shù)闹匾M成部分，給人們的出行帶來便利的同時，也促進了城市交通的發(fā)展。鋼管拱橋具有跨度大、結(jié)構(gòu)輕、材料省、造型美觀的特點，在公路工程中應(yīng)用廣泛。

關(guān)鍵詞：橋梁;鋼管拱橋;結(jié)構(gòu);制作;完善

一、前言

當(dāng)前，我國橋梁事業(yè)飛速發(fā)展。鋼管拱橋是橋梁中的一種，在橋梁建設(shè)使用中發(fā)揮特有的作用，可謂功不可沒。

二、鋼管拱橋的特征與基本結(jié)構(gòu)

1、鋼管拱橋的特征介紹

現(xiàn)在大量的鋼管拱橋都是在鋼管內(nèi)部填充混凝土，這樣，由于鋼管的徑向約束力，從而很好的限制了受壓的混凝土的膨脹，使得混凝土受到三個方向受壓的狀態(tài)，這樣能夠非常顯著有效地提高混凝土的抗壓強度，與此同時，鋼管由于兼有縱向主筋和橫向套箍的作用，同時能夠作為施工的模版，能夠便于混凝土的澆筑。在工程施工的過程之中，鋼管可以作為一個勁性的承重骨架，因為這樣焊接的工作任務(wù)簡單，吊裝的重量很輕，從而可以簡化施工的工藝，達到縮短工期的效果。

2、鋼管拱橋的結(jié)構(gòu)

鋼管拱橋的結(jié)構(gòu)多種多樣，就從支承的形式來劃分，可以分為上承式，中承式和下承式。這個三種形式的適用條件和處理水平推力的方式也都不相同。

上承式拱橋構(gòu)造簡單，橋面支承于立柱上，這樣的結(jié)構(gòu)會使拱橋的整體性，橫向穩(wěn)定性和抗震性都比較好，但是由于有推力拱的存在，它對于地基的要求比較高。所以在修建中數(shù)量并不多，，這個主要是受到地質(zhì)條件的限制。中承式拱橋采用帶有兩個懸臂的無推力鋼架系桿拱的。主要是帶懸臂的三跨式，它又被稱為飛鳥式或者是飛燕式。除此之外，有相當(dāng)部分都是有推力結(jié)構(gòu)的。它對于地質(zhì)條件的要求同上承式拱橋，但是橋面也分上承部分和下承部分。下承式拱橋一般帶有拉桿，它主要是用在建筑高度受到限制或者是地基條件比較差的情況之下的。下承式根據(jù)是否有支座，可以被分為有支座的拱梁組合結(jié)構(gòu)和無支座的鋼架系桿拱。

三、鋼管拱工廠加工制作

鋼管拱的加工制作和現(xiàn)場安裝質(zhì)量直接決定著橋梁的功能和使用壽命。因此，應(yīng)選擇有資質(zhì)、有能力、有經(jīng)驗和有條件的生產(chǎn)廠家在工廠內(nèi)加工制作。由于運輸條件受到限制，一般采用工廠分段加工與施工現(xiàn)場拼裝焊接相結(jié)合的辦法。

1、選材。鋼材質(zhì)量是鋼管質(zhì)量的基礎(chǔ)。一般設(shè)計采用Q345qE鋼材，其機械性能和化學(xué)成分指標應(yīng)符合《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（GBT714-2000）的標準。對每批進場的鋼材都要按規(guī)范和設(shè)計的規(guī)定取樣檢測，驗證出廠合格證書和材質(zhì)試驗報告單。其它焊接加工材料應(yīng)滿足設(shè)計和《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（GBT714-2000）中的要求。

2、鋼管卷制。根據(jù)施工圖設(shè)計線形、座標表、預(yù)拱度表等文件資料，在工廠內(nèi)預(yù)拼臺座上將鋼管拱（包括主拱管、橫撐、一字撐和K形撐等）以1：1比例放出施工大樣，量取各構(gòu)件的設(shè)計下料尺寸，并對部分單元構(gòu)件制作紙樣。然后對主拱管基本管節(jié)進行卷制。基本管節(jié)必須是整塊鋼板沿鋼板壓延方向卷制而成，采用半自動氧割機下料、滾床卷板機卷制。卷制前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計和規(guī)范要求將與鋼管縱縫和環(huán)縫相對應(yīng)的板邊分別開好坡口，采用縱向氧吹雙面坡口。縱縫在設(shè)置的專用夾具上分3次焊接。成形的鋼管，要采用糾圓機整體校圓。在無應(yīng)力狀態(tài)下管口橢圓度控制在3mm誤差以內(nèi)。

3、焊接。焊接施工以《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》GB50205-95的規(guī)定為標準。基本管節(jié)制作時，在卷制成管后先用手工電焊打底，然后焊接管內(nèi)4.5mm厚，再用自動電焊機對管外自動焊接。縱縫略高于母材1～2mm。制作主拱管安裝節(jié)段時，在加工胎架上先進行平面放置組裝。胎架在豎直面內(nèi)按施工拱軸線起拱。單啞鈴形鋼管拱構(gòu)件制作時，先焊接桁拱拱軸線內(nèi)側(cè)的綴板，然后焊接其處側(cè)的綴板。在施工內(nèi)側(cè)綴板之前，須先將外側(cè)綴板安裝到位并手工電焊打底和定位。焊接過程中應(yīng)注意胎架及構(gòu)件自身的臨時剛性定位和對稱交錯施焊，防止結(jié)構(gòu)變形，減少初應(yīng)力影響。

4、風(fēng)撐（一字撐、K形撐）單件制作。根據(jù)廠內(nèi)1：1比例放樣及紙樣，結(jié)合焊接工藝試驗評定參數(shù)，進行放樣與下料。

所有鋼管構(gòu)件均應(yīng)在工廠卷制成型。以便集中進行焊縫檢測和防腐處理。

5、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的運輸。工廠預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)設(shè)計分段由大型運輸板車或船舶運至施工現(xiàn)場，隨車攜帶該鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的各項檢測報告和施工資料。

四、鋼管拱現(xiàn)場安裝施工

運至現(xiàn)場的鋼構(gòu)件需在施工現(xiàn)場進行安裝，根據(jù)施工現(xiàn)場條件確定吊裝設(shè)備和安裝方法。一般采取整體安裝和分段安裝兩種方法，對于整體安裝必須根據(jù)施工圖的設(shè)計線形、座標表、預(yù)拱度表等文件資料，在施工現(xiàn)場以1：1比例制作預(yù)拼臺座，在臺座上將鋼管拱焊成整體由兩臺汽車吊或兩臺浮吊對抬將其安裝到安裝支架上與拱腳預(yù)埋段進行定位拼裝焊接（除特殊要求或施工環(huán)境影響，這種方法一般不用）。對于分段安裝相對就簡單多了，利用汽車吊或浮吊先將兩側(cè)的分段與拱腳預(yù)埋段定位拼裝焊接，焊好兩側(cè)分段后拼裝焊接中段。拼裝時各對接部位必須嚴格控制焊縫間隙和錯邊量，利用全站儀定位測量確保拱橋拱肋、吊桿（或吊索）等位置與設(shè)計要求相同才能進行焊接。

五、無損檢測

焊縫無損檢測有超聲波探傷和X射線探傷兩種，均在焊接完成24h后進行。鋼結(jié)構(gòu)的主要焊縫全部經(jīng)過100%超聲波探傷和20%的X射線探傷自檢檢測。為保證焊接質(zhì)量，建設(shè)單位委托有資質(zhì)的第三方檢測單位，對于廠內(nèi)制作的鋼結(jié)構(gòu)部件，進行不少于30%的超聲波探傷和X射線探傷;在工地現(xiàn)場的焊縫因無法進行X射線探傷，因此進行了100%超聲波探傷。抽檢工作由現(xiàn)場監(jiān)理根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、焊縫位置的重要性、現(xiàn)場施工過程中的具體情況來決定，嚴格按監(jiān)理指定的抽檢部位和長度進行抽檢并及時將抽檢結(jié)果向監(jiān)理報告。凡無損檢測發(fā)現(xiàn)有缺陷的，嚴格按焊縫返修工藝評定要求進行返修，返修后的焊縫仍要進行無損檢測。返修焊縫應(yīng)由高級技師完成，盡量使同一部位返修次數(shù)不超過兩次。

六、鋼管拱橋的完善

1、結(jié)構(gòu)的選擇和完善

鋼管拱橋一般為肋拱橋，由于它的材料強度高，隨著跨度的增大，橫向穩(wěn)定的問題尤為突出，所以對于此類問題，橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性至關(guān)重要，對于上承式的肋拱，可以采用多肋結(jié)構(gòu)，由于橫向通常會布置等間距的徑向橫系梁，其橫向穩(wěn)定性主要就取決于整座橋的寬跨比。對于中，下承式的肋拱，橫向的布置在橋面附近受到行車空間的限制，同時對于橫向的動力特性和美觀也有很大的影響，有時候為了加強橫向穩(wěn)定性，可以將兩肋內(nèi)傾而成提籃拱。當(dāng)然，如果是對于跨徑不是很大的城市橋梁，可以做成無風(fēng)撐拱，甚至是單肋拱。鋼管中的混凝土最顯著地一個特點就是在構(gòu)件受到壓迫力的時候，鋼管對于混凝土的緊箍力作用之下，會使得混凝土的抗壓強度得到提高，因為有鋼管的套箍作用，并且拱式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定控制，所以鋼管內(nèi)部的混凝土的強度不必要求過高，一般采用C40混凝土。

2、橋面系的完善

鋼管拱橋的拱上建筑一般大多是立柱橫梁上架設(shè)橋面板。這種橋面系不參與到總體的受力，是屬于局部受力傳力的結(jié)構(gòu)。其單位自重不會隨著橋梁跨徑的增加而明顯提高。在已經(jīng)建成的鋼管拱橋的中下承式中，主拱的跨徑一般在50到60米之間時，吊桿間距一般在4米左右;60到150米之間時，吊桿間距在5到10米之間。跨徑超過150米之后，吊桿間距在8到12米之間，吊桿間距如果繼續(xù)的增大，這樣橋面的自重就會增加很多，這樣對于中下承式的拱橋非常不利。

為了縮短橫梁的跨徑，降低跨中的彎矩。一般采用伸臂式的橫梁，這樣可以利用肋下的空間來布置系桿盒或者系梁，另設(shè)置人行道，這樣不僅可以滿足行人交通的要求，還可以簡化設(shè)計與施工的工作量。

3、施工技術(shù)和材料準備的完善

（1）鋼管拱橋的拱肋加工的分段長度應(yīng)該根據(jù)實際的材料，工藝，運輸，吊裝等因素來確定，在實施制作之前，應(yīng)該根據(jù)溫度和焊接變形的影響。確定合攏節(jié)段的尺寸來繪制施工圖紙。

（2）橋梁拱肋的所有焊縫都應(yīng)該嚴格的進行外觀方面的檢查，它的質(zhì)量要符合設(shè)計要求和國家的現(xiàn)行標準規(guī)范，對接的焊縫應(yīng)該進行超聲波的探傷。

（3）彎管應(yīng)該采用加熱頂壓的方式，溫度不能超過800攝氏度，鋼管對接的端頭失圓度不能大于鋼管外徑的3%。鋼管的焊縫間距，不小于管的直徑，螺旋焊接不小于3米，對接徑向偏差不能超過壁厚的0.2倍。

（4）鋼管拱肋的加工成品應(yīng)該在出廠前在場內(nèi)進行試拼，經(jīng)檢驗合格后方能解體出廠。

（5）大型的徑拱肋混凝土應(yīng)該根據(jù)設(shè)計加載程序，分環(huán)，分段的從拱腳向拱頂隔艙對均勻壓筑，壓筑的過程中，拱肋的變位不得超過設(shè)計的要求。

七、結(jié)束語

綜上所述，隨著我國對鋼管拱橋的研究不斷深入，對拱橋的應(yīng)用也更加廣泛。但是由于該種橋型的施工技術(shù)復(fù)雜，施工的難度很大。因此。要加強對該項技術(shù)的研究，進而提高鋼管拱橋的質(zhì)量和安全性能。

參考文獻：

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