飛燕式鋼結(jié)構(gòu)提籃拱橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工控制

石建標(biāo)

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

1 飛燕式鋼結(jié)構(gòu)提籃拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

飛燕式鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)成穩(wěn)定性更佳的空間拱式結(jié)構(gòu)。在飛燕式鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)傾特點(diǎn)的中承式拱。在跨端部橫梁處錨固預(yù)應(yīng)力拉索，利用該裝置達(dá)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(jié)構(gòu)提籃拱橋?qū)偻獠砍o定結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)組成豐富，受力條件較為復(fù)雜，構(gòu)成一條較長的受力傳遞路徑。在工程設(shè)計(jì)階段，為了提高直觀性，常采用有限元的方法組織計(jì)算與分析工作。

在系桿張拉前，拱座基礎(chǔ)和鋼結(jié)構(gòu)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(duì)拱橋主動(dòng)施加預(yù)應(yīng)力，并平衡該水平推力。經(jīng)系桿張拉作業(yè)后，該部分張拉力應(yīng)用優(yōu)勢顯著，但其不具備完全平衡水平推力的效果，拱座基礎(chǔ)需要承受部分水平推力。應(yīng)根據(jù)此受力特點(diǎn)，對(duì)系桿采取超張拉處理措施，充分發(fā)揮其在優(yōu)化力學(xué)性能方面的優(yōu)勢。

飛燕提籃式拱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于主拱拱圈內(nèi)傾，相較常規(guī)的平行肋拱，其橫向穩(wěn)定性更為良好，在寬跨較小的拱橋中具有更佳的應(yīng)用優(yōu)勢。

評(píng)定提籃拱的應(yīng)用性能時(shí)，開度為關(guān)鍵的指標(biāo)：

任一點(diǎn)的拱腳寬度：

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

以常規(guī)的平行拱為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，經(jīng)內(nèi)傾后形成提籃拱，原拱軸線關(guān)系式為y=y（x）。

發(fā)生內(nèi)傾后，關(guān)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(wěn)定性，易受到多項(xiàng)因素的影響。

（1）拱肋間肋距的變化會(huì)導(dǎo)致其橫向穩(wěn)定性發(fā)生改變；在橫撐長度縮短的變化條件下，拱橋的橫向穩(wěn)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(jīng)吊桿發(fā)生傳遞，由拱肋接收該部分荷載，該力的作用機(jī)制未具有完全垂直的特點(diǎn)，在存在傾角時(shí)會(huì)產(chǎn)生水平分力。具體至中承式拱橋，吊桿的水平分力可充分發(fā)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(duì)拱肋橫向穩(wěn)定的作用

隨著傾角的增加，下部結(jié)構(gòu)的施工量隨之加大，拱座可直接穩(wěn)定安放至基巖上。提籃式拱圈內(nèi)傾的方式，可提高橋梁結(jié)構(gòu)體系的橫向穩(wěn)定性，也會(huì)增加設(shè)計(jì)難度、施工難度，因此，設(shè)定合適的傾角較重要。

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

系桿的預(yù)應(yīng)力可有效優(yōu)化飛燕式提籃拱橋的施工條件，可達(dá)到無推力的狀態(tài)，滿足飛燕式提籃拱橋?qū)Χ张_(tái)基礎(chǔ)的相關(guān)要求，若現(xiàn)場地質(zhì)條件特殊，仍具有可行性，可擴(kuò)寬拱橋的應(yīng)用范圍，解決施工受限于地形、地質(zhì)的問題[1]。

2 施工控制的重要性分析

（1）在橋梁事業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，鋼結(jié)構(gòu)拱橋的結(jié)構(gòu)體系具有復(fù)雜化的變化趨勢，其跨徑相對(duì)較大，對(duì)施工技術(shù)提出了更高的要求。大跨度鋼結(jié)構(gòu)拱橋普遍采用無支架施工的方案，使用轉(zhuǎn)體施工法架設(shè)空鋼管，再組織管內(nèi)混凝土灌注、橋面系安裝、橋面鋪裝等相關(guān)工作，最終成型。

（2）鋼結(jié)構(gòu)拱橋施工期間，隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，會(huì)不斷提升強(qiáng)度、剛度，且結(jié)構(gòu)體系具有復(fù)雜化的特點(diǎn)，在分析變形值和設(shè)定預(yù)拱度時(shí)，均將面臨較多的難點(diǎn)。

（3）以纜索吊裝空鋼管拱肋為例，若未合理控制拱肋的預(yù)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(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致拱肋的受力條件欠佳。在橋面系架設(shè)階段，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)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(yīng)重視結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力偏大、穩(wěn)定性不足等問題，會(huì)影響橋梁的正常施工狀態(tài)，易引發(fā)質(zhì)量、安全層面的問題。

（4）飛燕式鋼結(jié)構(gòu)提籃拱橋的成橋質(zhì)量受多重因素的影響，如設(shè)計(jì)方法不合理、管內(nèi)混凝土灌注不到位、橋面系的架設(shè)不達(dá)標(biāo)、系桿張拉階段未合理控制應(yīng)力等。為了在安全的環(huán)境下高效完成飛燕式鋼結(jié)構(gòu)提籃拱橋的建設(shè)工作，應(yīng)加強(qiáng)施工控制[2]。

（5）飛燕式鋼結(jié)構(gòu)提籃拱橋在結(jié)構(gòu)、受力條件等方面均較為復(fù)雜，對(duì)施工工藝提出了較高的要求，工程人員應(yīng)高度重視各項(xiàng)影響因素，并采取有效的控制措施。應(yīng)對(duì)施工方案進(jìn)行可行性評(píng)價(jià)，根據(jù)需求適當(dāng)修改方案，將通過驗(yàn)證的方案投入使用.根據(jù)已掌握的信息預(yù)測施工狀態(tài)，為后續(xù)工作的開展提供參考，合理進(jìn)行工作部署[3]。

3 施工控制的主要內(nèi)容

3.1 線形控制

拱肋和橋面兩處的線形控制為重點(diǎn)內(nèi)容，拱肋的線形與該結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，橋面線形不合理時(shí)，會(huì)出現(xiàn)行車舒適度下降的情況，嚴(yán)重時(shí)易誘發(fā)安全事故[4]。在飛燕式鋼結(jié)構(gòu)提籃拱橋工程中，拱肋的線形控制更為復(fù)雜，需充分考慮拱肋面內(nèi)和面外的線形要求。

（1）前期設(shè)計(jì)。

應(yīng)在前期合理設(shè)計(jì)，在后續(xù)規(guī)范施工，如準(zhǔn)確計(jì)算扣索的索力和各節(jié)段的預(yù)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(yīng)滿足要求[5]。

3.2 應(yīng)力控制

主拱和邊拱拱肋均為關(guān)鍵的受力結(jié)構(gòu)，拱肋普遍采用鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，邊拱拱肋以混凝土結(jié)構(gòu)居多。在施工期間，應(yīng)嚴(yán)格控制拱肋的截面軸力和彎矩，以保證拱肋的應(yīng)力具有合理性[6]。

平衡主拱產(chǎn)生的水平推力，可適當(dāng)加大邊拱的荷載集度，并將邊拱肋設(shè)置為混凝土結(jié)構(gòu)，此時(shí)受力條件良好，可避免邊拱肋開裂問題。在飛燕式鋼結(jié)構(gòu)提籃拱橋施工中，應(yīng)充分關(guān)注應(yīng)力的控制問題，如主拱和邊拱拱肋的應(yīng)力、拱腳水平推力、系桿張拉力等均應(yīng)進(jìn)行充分考慮。

3.3 穩(wěn)定性控制

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

4 結(jié)語

綜上所述，飛燕式鋼結(jié)構(gòu)提籃拱橋綜合應(yīng)用優(yōu)勢顯著，如承載力高、跨越能力強(qiáng)、適用范圍廣等，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工期間的應(yīng)力控制要求較高，在工程實(shí)踐中，工作人員需準(zhǔn)確掌握實(shí)際情況，并合理優(yōu)化施工技術(shù)，加強(qiáng)質(zhì)量檢測與控制，在安全的環(huán)境下高效施工，以提高橋梁的建設(shè)品質(zhì)。