連續梁拱組合橋梁設計關鍵技術對策研究

張凌

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西太原030032）

0 引言

連續梁拱組合橋梁設計關鍵技術的復雜程度相對較高，如整體橋面受拉、拱腳的受力、鋼管拱灌注混凝土、柔性支撐等，都是連續梁拱組合橋梁設計時需要考慮的問題。只有不斷地進行關鍵技術的創新及優化，才能讓連續梁拱組合橋梁建設取得較好的效果，提高我國交通運輸行業的發展，推動國家綜合實力的提升。由此可見，探究連續梁拱組合橋梁設計關鍵技術是十分必要的，本文重點針對該問題展開探討綜述如下。

1 連續梁拱組合橋梁發展簡介

在交通樞紐中，橋梁是交通樞紐的重要建筑結構物，橋梁的建設標志了我國交通業的發展與進步，橋梁在設計過程中有很多種形式，包括簡支以及連續梁的形式等，伴隨著橋梁跨徑的增大，跨中彎矩也會增大。與此同時橋梁在施工過程中，梁高增大，會直接影響到橋梁的活載占有利用率，使橋梁的應用范圍受到限制。所以在行業不斷發展的情況下，出現了拱橋、斜拉橋以及懸索橋的形式。這幾種形式各有優勢。其中梁拱組合體系橋梁的方式，能夠將梁橋和拱橋的優勢結合在一起，從而提升荷載力，擴大應用范圍[1]。

2 剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面受拉對策研究

2.1 關鍵技術

2.1.1 組合結構受力狀態

針對剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面受拉問題，技術人員應加強對組合結構受力狀態的研究，優化關鍵技術。其一，技術人員應當將連續梁拱組合橋梁的主縱梁與橋上的四個橋墩結構結合，呈現出受力狀態。而后進行分段澆筑施工，待預應力形成后，再進行吊桿和拱形結構的加工，以分橋面的方式分散完成邊孔的施工工作，保障連續梁拱組合橋梁的施工效率和質量的有效提升。再由技術人員需要將主梁的支撐力量移除，讓連續梁拱組合橋梁設計的主要受力結構成為縱梁和拱形結構的自重，保障橋體整體的穩固性。其二，在經過多環節施工后，橋面受力狀態已經初見成效，此時，可以進行中孔的小橫梁澆筑工作，確保所有施工過程都有條不紊地推進。在所有的小梁結構的施工結束后，需將注意力放在小縱梁和橋面的施工，讓連續梁拱組合橋梁整體成型，成為橋體的主要受力結構。其三，技術人員應對二期恒載以及活載的受力狀態進行檢查，而后進行連續梁拱組合橋梁附屬結構的施工，如防水層、隔音層等。在這一過程中，設計人員應當注意結構設計的核心不在于承載力，而是荷載力，保障能夠在連續梁拱組合橋梁設計中發揮應有的作用。

2.1.2 剛梁剛拱縱橫梁體系整體橋面在上述結構受力狀態下主要受到的拉力導致剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面受到拉力因素較多，容易造成橋面開裂。結合上述受力狀態的描述，對剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面所承受的拉力展開研究：第一，收縮應力。剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面受到的收縮應力，主要來源于二次澆筑時，兩道主梁之間的橋面會因剛梁剛拱的收縮應力出現變形的情況發生，對于橋梁的長期使用以及車輛行駛的安全性都構成了威脅。因此需要對剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面受力狀態展開研究，保障橋梁的使用質量。第二，拉應力。在連續梁拱組合橋梁受到較為強大的拱腳推力后，縱橫梁體系的整體橋面會受到一定的拉應力，促使連續梁拱組合橋梁設計的安全性大大降低，否則無法保障連續梁拱組合橋梁的使用壽命。第三，連續梁拱組合橋梁的中支點位置的彎曲問題，也會導致連續梁拱組合橋梁的橋面受到拉應力，進而影響連續梁拱組合橋梁的長期使用。

2.2 橋面開裂的解決方法

橋面開裂不僅會為后續的維護工作帶來巨大的壓力，還會極大地降低連續梁拱組合橋梁的使用壽命和使用安全性，因此企業應當重視連續梁拱組合橋梁的橋面開裂的問題。可從三個方面展開研究：第一，在二次澆筑剛梁剛拱縱橫梁的整體橋面環節，利用膨脹混凝土降低橋面的預應力，達成降低橋面開裂概率的目的。第二，在進行橋面混凝土混合時，加入鋼纖維、聚合物纖維等原材料，按照科學配比混合，并進行攪拌，有效地提升混凝土的抗拉力，幫助連續梁拱組合橋梁的橋面更好地抵抗多種影響因素，實現對橋面開裂問題的有效控制。第三，可以采取相應的技術提高連續梁拱組合橋梁內部的預應力，使其能夠與外部所承受的拉應力相互抵消，實現對橋面的有效保護。第四，在二期恒載的影響下，連續梁拱組合橋梁橋面的內拉應力幾乎為零，這對于減少橋面開裂有較大的幫助。針對這一現象，施工人員可以通過提前增加橋面壓重的方式，維持這一數值，為解決橋面開裂問題，提供可靠的支持力量。

2.3 拱腳的受力分析和構造措施的對策研究

連續梁拱組合橋梁的拱腳為鋼筋混凝土材質結構，在整體結構中扮演著傳力機理的角色，是承擔著輔助主縱梁的作用。因此，想要實現對連續梁拱組合橋梁設計關鍵技術的掌握，加強對拱腳的受力分析和構造措施對策的研究是必不可少的環節，以下將從多個方面對采用SAP84 結構分析通用程序對拱腳部分進行三維空間分析展開研究。

2.3.1 采用SAP84 計算機模型分析拱腳部位的三維空間

目前我國大多數的連續梁拱組合橋梁都采取雙主梁、縱橫梁作為橋面體系構建的基礎。設計人員可以將鋼管混凝土作為橋體拱肋的主要材料，并且在拱肋梁的連接上，依舊采用鋼筋混凝土材料，進而提升拱肋穩定性的同時，實現對計算機模型構建的化繁為簡，僅使用一種計算機模型進行拱肋空間應力的檢驗。此外，連續梁拱組合橋梁的主梁具有受力相對均勻的特點。因此在建立空間計算模型時，應當將結構中的一片拱肋作為拆分研究的主體，采取科學的措施將位于主縱梁之中的橫梁省略，讓整體結構更為清晰明確，達成對結構的進一步優化的目的，同時有效縮短施工的工期。

2.3.2 對連續梁拱組合橋梁的構造設計采取關鍵技術

第一，受到橋梁實際使用的影響，設計師通常會在連續梁拱組合橋梁中拱肋和主縱梁的連接部位做特殊處理，這也就使得二者連接位置的剛度變化相對較大，極容易出現應力集中的問題，這對于拱肋與主縱梁整體使用的安全性和可靠性都有著較大的負面影響。對此，相關工作人員可以采取將拱腳向內側過渡的方式，讓呈現出一個弧形結構，有效的降低剛性連接處突變問題的出現概率，實現對連續梁拱組合橋梁設計關鍵技術的有效掌握。第二，拱肋所產生的水平推力會直接傳導給主縱梁，而后以上緣位置作為導向進入連續梁拱組合橋梁部位。在這一過程中推力均勻性的保持尤為重要，一旦水平方向上的力無法保持均勻傳遞，則連續梁拱組合橋梁上緣位置將會凝聚大量的拉應力，沿著拱肋主鋼筋軸線持續發揮負面作用，最終對連續梁拱組合橋梁整體的安全性構成威脅。因此，在連續梁拱組合橋梁設計中相關工作人員應當注意對關鍵技術的掌握，緊跟時代的發展步伐，加強對 SAP84 結構分析通用程序的研究，通過將SAP84 結構分析通用程序與連續梁拱組合橋梁設計相結合的方式實現對拱腳三維空間有效分析的目的。第三，拱腳部分鋼筋間距的加大對于后續的施工工作的開展有著較大的良性作用，能夠規避諸多隱患問題，因此在進行連續梁拱組合橋梁設計時應當在拱腳間距的拓寬上投入更多的時間和精力，并且加強對混凝土質量的分析與研究，以保障連續梁拱組合橋梁最終設計成果能夠獲得更多的認可，創造出更多的良性影響力[2]。

2.4 鋼管拱處灌注混凝土整個過程中的整體和局部應力狀態策略

2.4.1 在鋼管拱處灌注混凝土進行施工

想要實現對鋼管拱灌注混凝土的全過程設計關鍵技術的有效掌控，必須先實現對鋼管拱灌注施工過程的全面了解，經過分析與整合以下將對此展開研究：第一，在具體的鋼管拱灌注施工工作開始前，需要先進行鋼管拱的管節的制造，在這一環節需要實現對工藝的有效把控，以保障后續施工的順利性。第二，鋼管拱材料需要在橋面上直接進行安裝，在進行拼接安裝時相關管理人員需要注意對材料規格的進一步檢查，為鋼管拱灌注混凝土施工水平的提升打下堅實的基礎。第三，在基礎施工工作結束后需要將負責穩固結構的鋼管拱支架拆除，在這一過程中相關工作人員必須嚴格按照規范要求進行，避免盲目拆除而帶來的安全隱患問題的出現。第三，鋼管拱灌注混凝土無法一次完成，關系工作人員應當依據實際情況采取多次澆灌的方式施工，以保障最終的施工質量效果呈現能夠符合預期要求，為連續梁拱組合橋梁使用的安全性和可靠性保駕護航。

2.4.2 在鋼管拱內灌注混凝土整個過程中使用ADINA 結構分析程序

在進行鋼管拱灌注混凝土施工時所選擇的鋼管剛度相對較小，因此呈現出了“大位移小應變”的特點，這也同時為鋼管拱灌注混凝土施工的復雜性奠定了堅實的基礎，如果在進行這一部分的設計時采取了較為普通的線彈性原理程序，將極容易因忽略其特殊性而導致最終的計算結果誤差過大，不具備實際運用價值。因此，相關設計人員應當及時的在程序選擇上做出優化，積極的引入ADINA 結構分析通用程序，通過采集大量信息資源的方式搭建模擬模型，實現對實際施工場景的有效還原，讓鋼管拱灌注混凝土的全過程數據都可以通過模擬模型獲得，從而使得企業能夠在設計環節就對鋼管拱灌注混凝土的實際情況有所了解，在有效的時間內進行設計優化與創新，以保障真實環境下的鋼管拱灌注混凝土工作可以順利進行，真正的做到對隱患問題的有效規避，保障施工工作可以在規定的時間內完成，實現對施工成本的有效節約，達成對企業信譽形象的有效樹立。

3 柔性支撐上制作預應力混凝土梁的對策研究

3.1 關鍵技術

目前，我國的多數連續梁拱組合橋梁工程都應用了橋梁支架，有助于提升預應力混凝土的能力。第一，橋梁支架以三跨連續結構作為基礎支持力量，能夠實現對既定道路、橋梁的有效跨越，在保障整體的穩定性和安全性方面有著較大的優勢。第二，橋梁支架柔性結構相對特殊，為了發揮橋梁支架的作用，必須先實現對連續梁拱組合橋梁預應力施工全過程的有效計算，這也使橋梁支架的使用門檻隨之提高，對我國交通規劃、勘察、設計帶來了一定的挑戰。

3.2 采用虛擬的桿件模擬方法

虛擬的桿件模擬方法的包容性較強，使用范圍也相對較廣，上文中提到了三跨施工梁這種柔性結構，進行張拉之后，很難使其內力進行重新分配，反而會產生較大的反彈現象，結束張力之后，梁體并不能夠脫離施工梁。應用單向受壓桿很難真實地模擬這種受力現象，通過采用虛擬的桿件模擬方法，可以更好地保證其結構的安全性。首先，設計人員應將施工梁的部分結構與虛擬的桿件模擬模型結合，保障虛擬的模擬桿件和施工梁之間能夠形成較為穩固的結構體系。其次，在進行模擬計算時應當加強對虛擬桿特點的分析，以保障施工梁受壓情況能夠被有效的監測，一旦監測較為明顯的受壓現象，則計算結果作廢，切實的保障最終數據結果的精準性，實現虛擬的桿件模擬計算方法使用的有效性。最后，在施工梁還未脫離時使用虛擬的桿件模擬能夠實現對現場環境的有效還原，讓計算的結果精準性得到針對性的提高，不過這一舉措也讓虛擬的桿件模擬計算的工作量大幅提升，為交通規劃勘察設計院工作人員帶來了一定的挑戰。

3.3 注意要點

結合虛擬的桿件模擬方法、柔性支撐模擬方法，橋梁支架制作預應力混凝土梁有較好的效果。不過，在實際的連續梁拱組合橋梁設計中，設計人員還應當注意對以下要點的掌握，保障連續梁拱組合橋梁設計關鍵技術價值能夠得到最大化的發揮，為我國道路橋梁工程在新時期的持續發展保駕護航。第一，在拆除橋梁支架前，采用支撐元模擬的方式進行受壓桿的檢測，最終所得結果的精準性無法得到有效的保障，應當以雙向受力桿模擬替換支撐模擬方式，避免出現過大的誤差對連續梁拱組合橋梁造成較大的安全隱患。第二，在拆除橋梁支架后，應當進行進一步的計算，在獲得相近數值后，證明橋梁支架實際性能對最終的建設結果不構成較大影響，反之則代表橋梁支架的質量較差無法投入使用。設計人員應當及時地作出改變，對橋梁支架進行進一步的材質檢測，保障橋梁支架能夠在連續梁拱組合橋梁中發揮真正的作用和價值[3]。

4 結語

綜上所述，自改革開放以后我國的經濟水平得到了顯著的提升，對交通運輸的需求也隨之增多，連續梁拱組合橋梁設計的出現有助于滿足人們的需求，以及提升工程建設質量水平。所以，相關企業應當重視連續梁拱組合橋梁設計的關鍵技術的掌握，積極地開展技術優化工作，為連續梁拱組合橋梁設計作用價值的充分發揮保駕護航，以實現自身行業的可持續發展。