鋼結(jié)構(gòu)系桿拱橋梁施工方法研究

張濤

泰安宏大建設(shè)工程有限公司 山東 泰安 271000

引言

系桿拱橋是拱橋的一種特殊形式，因其對(duì)傳統(tǒng)拱橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，增加了內(nèi)部的超靜定結(jié)構(gòu)，使其具有了比傳統(tǒng)拱橋更優(yōu)良的性能。系桿拱橋因?yàn)閮?nèi)部擁有拱的支撐，也有梁的支撐，將兩種結(jié)構(gòu)同時(shí)構(gòu)建于自身內(nèi)部，載荷也因此得到了拱和梁的共同承擔(dān)，因而擁有了拱和梁的共性優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榱褐饕脕沓惺軓澢爸饕脕沓惺軌毫Γ税憬M合成功地提升了傳統(tǒng)拱橋?qū)澢蛪毫Φ目剐浴?/p>

1 鋼結(jié)構(gòu)系桿拱橋梁施工的優(yōu)勢(shì)

（1）符合綠色設(shè)計(jì)要求。低碳環(huán)保是新時(shí)期橋梁建設(shè)的新要求，全橋預(yù)制拼裝工藝的提出正是基于綠色設(shè)計(jì)理念，利用工業(yè)化生產(chǎn)確保混凝土澆筑質(zhì)量，通過預(yù)留后澆帶解決預(yù)制構(gòu)件間的拼接問題，通過設(shè)置拱肋半剛性鉸解決主橋拱肋預(yù)制構(gòu)件的臨時(shí)定位。大橋引橋更是全部采用裝配式的組合箱梁結(jié)構(gòu)，加快了項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度，保證了項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量。

（2）樹立全壽命設(shè)計(jì)理念。隨著近年來系桿拱橋梁事故的頻發(fā)，人們?cè)桨l(fā)關(guān)注此種結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限范圍內(nèi)的安全性，結(jié)構(gòu)的整體性差與吊桿失效是這類橋梁事故的主要原因，所以需要在實(shí)際的設(shè)計(jì)和施工中樹立全壽命設(shè)計(jì)理念，采用防落梁設(shè)計(jì)，同時(shí)采用系桿拱橋剛性吊桿的專利設(shè)計(jì)，確保吊桿的防腐與更換的便捷性[1]。

2 鋼結(jié)構(gòu)系桿拱橋梁施工方法研究

某橋?yàn)殡p向六車道城鎮(zhèn)道路斷面，斷面總寬50m，分三幅布置。大橋橋梁全長(zhǎng)462.76m，主橋采用預(yù)制拼裝的鋼筋混凝土系桿拱結(jié)構(gòu)，引橋采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁結(jié)構(gòu)。

（1）施工方案的選取。下承式系桿拱橋的施工常用的有兩種方法，即滿堂支架施工與吊裝施工。不同的施工方法會(huì)導(dǎo)致施工和成橋階段不同的橋梁內(nèi)力分布，進(jìn)而影響橋梁設(shè)計(jì)配筋，所以施工方案的選取至關(guān)重要。而施工方案的選取主要取決于以下因素，即河道施工期間是否有通航要求；河道現(xiàn)狀有無搭設(shè)支架條件。針對(duì)某工程實(shí)例，由于河道現(xiàn)狀河水較深，水面較寬，且施工期間有通航要求，故該橋除橋面系外主受力構(gòu)件采用場(chǎng)地預(yù)制節(jié)段吊裝安裝的施工方案，在河道間設(shè)臨時(shí)墩并引導(dǎo)通航，將混凝土系梁分段吊裝施工，預(yù)留通航孔，吊裝施工拱肋、橫梁、鋼桁風(fēng)撐及行車道板。

（2）系梁設(shè)計(jì)。在系桿拱橋混凝土系梁的設(shè)計(jì)中，系梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮以下因素，即橫梁高度對(duì)系桿高度的影響；系桿壓應(yīng)力的控制；系梁梁端支座寬度對(duì)系梁寬度的控制；系梁在吊桿處的頂緣鋼筋應(yīng)繞開吊桿，不宜截?cái)啵戮変摻钤诘鯒U槽口兩側(cè)適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。系梁的設(shè)計(jì)計(jì)算還應(yīng)注意以下方面：若直接通過系梁?jiǎn)卧┘踊钶d，應(yīng)注意系梁?jiǎn)卧哪M需與其實(shí)際傳力途徑一致；系梁皆為分段預(yù)制，后澆濕接縫連接成整體，計(jì)算模型中應(yīng)能真實(shí)反映此過程，即分階段模擬先簡(jiǎn)支后連續(xù)過程；受預(yù)留通航孔的限制，系梁中間段較大，為控制系梁施工期間的應(yīng)力水平與變形，應(yīng)通過計(jì)算設(shè)置合適的短束滿足施工期的受力要求。

（3）吊桿設(shè)計(jì)。吊桿設(shè)計(jì)考慮如下幾方面：第一，剛性吊桿與柔性吊桿的選擇，常見的系桿拱橋設(shè)計(jì)中，相當(dāng)部分采用了柔性拉索吊桿，外套很薄的防護(hù)不銹鋼套管，在實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)此種吊桿在小跨度的剛性系桿拱橋應(yīng)用中有后張拉吊桿對(duì)已安裝吊桿影響較大，換索相對(duì)困難等問題，故建議采用外套受力鋼管的剛性拉索吊桿。第二，明確吊桿施工過程中的張拉索力，大橋施工過程與成橋階段吊桿受力差異較大，有必要根據(jù)實(shí)際施工過程的需要確定吊桿拉索的分批張拉力，依據(jù)施工階段及成橋階段的控制要求，一般宜做到使剛性吊桿在施工和成橋階段始終不出現(xiàn)拉應(yīng)力為宜。吊桿在施工階段需能承受施工恒載及結(jié)構(gòu)恒載，第一批張拉控制應(yīng)力可根據(jù)每根吊桿所分擔(dān)的恒載確定，并留一定的富余，最終張拉控制應(yīng)力應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)恒載和活載的共同作用確定。第三，合理確定吊桿外套鋼管的尺寸，在擬定鋼管內(nèi)徑時(shí)應(yīng)滿足帶冷鑄錨頭拉索穿過的需求，鋼管壁厚的確定以換索時(shí)吊桿外套鋼管能獨(dú)立承受該節(jié)段恒載為原則；同時(shí)滿足個(gè)別長(zhǎng)吊桿的壓桿穩(wěn)定要求。第四，為便于更換吊桿，吊桿在拱肋上的張拉段錨頭設(shè)計(jì)宜置于拱肋上端，下端錨固于系梁下緣，并做好錨頭防腐。

（4）拱肋設(shè)計(jì)。吊裝施工的拱肋設(shè)計(jì)主要考慮以下幾方面：第一，吊裝過程中不允許拱肋出現(xiàn)裂縫并能滿足承載力要求即須合理地分段和確定每段吊點(diǎn)位置；第二，拱肋在成橋階段的應(yīng)力水平應(yīng)滿足規(guī)范要求；第三，為保證施工過程中拱肋鋼筋的合理受力及施工過程拱軸線精度控制的需要，混凝土拱肋在濕接頭處須設(shè)置半剛性鉸；第四，在拱肋的主筋布置時(shí)應(yīng)注意由于拱肋中部鋼筋在吊桿的施工過程中須截?cái)啵以诘鯒U拱頂張拉端處粗鋼筋恢復(fù)連接困難，考慮不計(jì)入截?cái)嗟膸赘摻钍芰Γ贾霉袄咧鹘顣r(shí)應(yīng)盡量布置在吊桿穿過的兩側(cè)，中間僅布置較細(xì)的鋼筋，同時(shí)在截?cái)嗟牟课谎a(bǔ)充拱肋短筋。

（5）橫梁設(shè)計(jì)。橫梁的設(shè)計(jì)應(yīng)區(qū)分對(duì)待端橫梁與內(nèi)橫梁，計(jì)算分析表明端橫梁的邊界更接近于固端梁，內(nèi)橫梁的邊界則更接近簡(jiǎn)支梁。在計(jì)算橫梁的活載效應(yīng)時(shí)可先應(yīng)用杠桿法得到單車道車輛荷載產(chǎn)生的效應(yīng)，再采用橫向加載的模式計(jì)算橫梁配束或配筋。內(nèi)橫梁的設(shè)計(jì)宜盡量統(tǒng)一，支座順橋向的設(shè)置盡量保持與端橫梁形心軸一致或接近。

（6）風(fēng)撐設(shè)計(jì)。主車道主橋風(fēng)撐跨徑達(dá)25.1m，常規(guī)使用的混凝土結(jié)構(gòu)因吊裝重量較大不利于施工，故該橋采用了輕型鋼桁梁風(fēng)撐，在滿足受力的基礎(chǔ)上既方便施工也能提升橋梁景觀[2]。

3 結(jié)束語

綜上所述，本橋通過精心設(shè)計(jì)為工程的順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，受到業(yè)主方與施工方的一致好評(píng)，同時(shí)獲得了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，可為系桿拱橋技術(shù)的發(fā)展提供了一定的借鑒，對(duì)推動(dòng)系桿拱橋設(shè)計(jì)與施工成套技術(shù)的完善起到積極作用。