飛燕式鋼結構提籃拱橋結構特點及施工控制

石建標

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

1 飛燕式鋼結構提籃拱橋的結構特點

飛燕式鋼結構提籃拱橋是基于中承式拱橋衍生的全新形式，其將拱肋沿橋軸線方向適度傾斜，構成穩定性更佳的空間拱式結構。在飛燕式鋼結構提籃拱橋中，主拱及兩端的半拱共同組成飛燕提籃式拱，兩邊跨為上承式拱，主拱采用具有內傾特點的中承式拱。在跨端部橫梁處錨固預應力拉索，利用該裝置達到平衡主拱的效果，可有效抵御不平衡水平推力，使受力條件更合理。

飛燕式鋼結構提籃拱橋屬外部超靜定結構，其結構組成豐富，受力條件較為復雜，構成一條較長的受力傳遞路徑。在工程設計階段，為了提高直觀性，常采用有限元的方法組織計算與分析工作。

在系桿張拉前，拱座基礎和鋼結構拱肋兩部分可承受絕大部分拱的不平衡水平推力，通過系桿的作用，可對拱橋主動施加預應力，并平衡該水平推力。經系桿張拉作業后，該部分張拉力應用優勢顯著，但其不具備完全平衡水平推力的效果，拱座基礎需要承受部分水平推力。應根據此受力特點，對系桿采取超張拉處理措施，充分發揮其在優化力學性能方面的優勢。

飛燕提籃式拱的結構特點在于主拱拱圈內傾，相較常規的平行肋拱，其橫向穩定性更為良好，在寬跨較小的拱橋中具有更佳的應用優勢。

評定提籃拱的應用性能時，開度為關鍵的指標：

任一點的拱腳寬度：

式中：c——開度；Bj——拱腳寬度（m）；θ——內傾角度；B——拱腳寬度（m）；Bd——拱頂高度（m）；y——內拱軸線傾角（°）；f——矢高（m）。

以常規的平行拱為基礎結構，經內傾后形成提籃拱，原拱軸線關系式為y=y（x）。

發生內傾后，關系式變更為y=y-cosθ。

相較普通平行拱，提籃式肋拱具有良好的橫向穩定性，易受到多項因素的影響。

（1）拱肋間肋距的變化會導致其橫向穩定性發生改變；在橫撐長度縮短的變化條件下，拱橋的橫向穩定性有提高的變化趨勢。

飛燕提籃式拱的拱軸線如圖1所示。

圖1 飛燕提籃式拱的拱軸線

（2）橋面系的恒載和活載均可經吊桿發生傳遞，由拱肋接收該部分荷載，該力的作用機制未具有完全垂直的特點，在存在傾角時會產生水平分力。具體至中承式拱橋，吊桿的水平分力可充分發揮顯著的作用，即約束拱圈的傾斜，具體如圖2所示。

圖2 橋面系對拱肋橫向穩定的作用

隨著傾角的增加，下部結構的施工量隨之加大，拱座可直接穩定安放至基巖上。提籃式拱圈內傾的方式，可提高橋梁結構體系的橫向穩定性，也會增加設計難度、施工難度，因此，設定合適的傾角較重要。

應用提籃式肋拱后，橫向穩定性無明顯提高，相比常規的平行肋拱，可提高1.2～2倍，可有效控制拱肋的面內極限承載力，使其處于相對較低的狀態，綜合應用效果較好。提籃式肋拱內傾角取值區間通常為3°～15°，且普遍采用10°的內傾角。

系桿的預應力可有效優化飛燕式提籃拱橋的施工條件，可達到無推力的狀態，滿足飛燕式提籃拱橋對墩臺基礎的相關要求，若現場地質條件特殊，仍具有可行性，可擴寬拱橋的應用范圍，解決施工受限于地形、地質的問題[1]。

2 施工控制的重要性分析

（1）在橋梁事業發展進程中，鋼結構拱橋的結構體系具有復雜化的變化趨勢，其跨徑相對較大，對施工技術提出了更高的要求。大跨度鋼結構拱橋普遍采用無支架施工的方案，使用轉體施工法架設空鋼管，再組織管內混凝土灌注、橋面系安裝、橋面鋪裝等相關工作，最終成型。

（2）鋼結構拱橋施工期間，隨著施工進程的推進，會不斷提升強度、剛度，且結構體系具有復雜化的特點，在分析變形值和設定預拱度時，均將面臨較多的難點。

（3）以纜索吊裝空鋼管拱肋為例，若未合理控制拱肋的預抬高量，加之施工誤差的不良影響，形成的拱肋線形易偏離設計要求，導致拱肋的受力條件欠佳。在橋面系架設階段，應加強對橋面線形的控制，避免影響行車舒適性。除此之外，工作人員應重視結構局部應力偏大、穩定性不足等問題，會影響橋梁的正常施工狀態，易引發質量、安全層面的問題。

（4）飛燕式鋼結構提籃拱橋的成橋質量受多重因素的影響，如設計方法不合理、管內混凝土灌注不到位、橋面系的架設不達標、系桿張拉階段未合理控制應力等。為了在安全的環境下高效完成飛燕式鋼結構提籃拱橋的建設工作，應加強施工控制[2]。

（5）飛燕式鋼結構提籃拱橋在結構、受力條件等方面均較為復雜，對施工工藝提出了較高的要求，工程人員應高度重視各項影響因素，并采取有效的控制措施。應對施工方案進行可行性評價，根據需求適當修改方案，將通過驗證的方案投入使用.根據已掌握的信息預測施工狀態，為后續工作的開展提供參考，合理進行工作部署[3]。

3 施工控制的主要內容

3.1 線形控制

拱肋和橋面兩處的線形控制為重點內容，拱肋的線形與該結構的受力狀態相關聯，橋面線形不合理時，會出現行車舒適度下降的情況，嚴重時易誘發安全事故[4]。在飛燕式鋼結構提籃拱橋工程中，拱肋的線形控制更為復雜，需充分考慮拱肋面內和面外的線形要求。

（1）前期設計。

應在前期合理設計，在后續規范施工，如準確計算扣索的索力和各節段的預抬高量，保證其具有合理性；

（2）橋面安裝。

在橋面系安裝中，需考慮系桿的張拉力、吊桿的索力，其均應滿足要求[5]。

3.2 應力控制

主拱和邊拱拱肋均為關鍵的受力結構，拱肋普遍采用鋼管混凝土桁架結構，邊拱拱肋以混凝土結構居多。在施工期間，應嚴格控制拱肋的截面軸力和彎矩，以保證拱肋的應力具有合理性[6]。

平衡主拱產生的水平推力，可適當加大邊拱的荷載集度，并將邊拱肋設置為混凝土結構，此時受力條件良好，可避免邊拱肋開裂問題。在飛燕式鋼結構提籃拱橋施工中，應充分關注應力的控制問題，如主拱和邊拱拱肋的應力、拱腳水平推力、系桿張拉力等均應進行充分考慮。

3.3 穩定性控制

拱橋普遍呈受壓的受力狀態，在此條件下，提高拱橋的穩定性較為重要。在飛燕式鋼結構提籃拱橋施工中，需營造安全的施工環境，以保證各結構的穩定性，如拱橋的面內、面外、拱肋等均應滿足穩定性要求，構成完整、可靠的結構體系[7]。施工期間加強檢查，若存在穩定性不足的情況，需隨即采取控制措施。

4 結語

綜上所述，飛燕式鋼結構提籃拱橋綜合應用優勢顯著，如承載力高、跨越能力強、適用范圍廣等，其結構較為復雜，施工期間的應力控制要求較高，在工程實踐中，工作人員需準確掌握實際情況，并合理優化施工技術，加強質量檢測與控制，在安全的環境下高效施工，以提高橋梁的建設品質。