淺談鋼管混凝土系桿拱橋主拱肋施工方法
摘要:目前鋼管混凝土拱橋在我國的應(yīng)用前景非常廣泛，主拱肋施工又是鋼管混凝土拱橋施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文簡單介紹了鋼管混凝土拱橋的特點(diǎn)，并對其中的主拱肋施工方法進(jìn)行研究。
關(guān)鍵詞:鋼管混凝土；主拱肋；施工方法；拱橋
一、鋼管混凝土拱橋概述
將鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋同時(shí)解決了拱橋材料高強(qiáng)化和拱圈施工輕型化的兩大問題，因此，一種新型的拱橋—鋼管混凝土拱橋近年來在我國得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)鋼管混凝土發(fā)揮材料作用和施工作用的不同側(cè)重，出現(xiàn)了兩種不同的利用鋼管混凝土的形式。一種為鋼管內(nèi)填混凝土，即鋼管管壁外露，與核心況凝土共同作為結(jié)構(gòu)的主要受力組成部分，鋼管在混凝土施工過程中又可作為支架和模板，給施工帶來方便，材料方面的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)采用這一結(jié)構(gòu)的最主要考慮。一般將這種類型的拱橋稱為鋼管混凝土拱橋。
（一）鋼管混凝土拱橋在我國迅速發(fā)展的原因
鋼管混凝土拱橋在30年代的前蘇聯(lián)就已出現(xiàn)，近年來國外也有修建，但其真正的發(fā)展在我國，主要原因如下:
1、拱橋是一種極具美學(xué)表現(xiàn)力的橋型，在我國又有著深厚的文化底蘊(yùn)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，使拱橋更加輕巧、柔美，尤其是中承式和下承式橋型，以其獨(dú)特的美感在風(fēng)景區(qū)和城市橋梁中備受青睞。
2、我國的鋼管混凝土理論研究處于世界先進(jìn)水平，一些鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)程相繼頒布實(shí)施，出版了一批有代表性的專著，鋼管混凝土在廠房、高層建筑、輸變電工程中的應(yīng)用不斷發(fā)展，為鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋莫定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，并提供了寶貴的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
3、拱橋作為橋梁的基本橋型之一，在我國過去的交通土建工程中得到廣泛的應(yīng)用，為我國的主橋型。由于我國的國情，拱橋橋型中主要是鋼筋混凝土拱和污工拱，現(xiàn)在仍無法大量應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu);材料強(qiáng)度低，施工方面的問題一直制約著拱橋跨徑的發(fā)展。鋼管混凝土拱橋一定程度上解決了這兩大難題，成為許多適合拱橋情況下的一個(gè)選擇。
（二）鋼管混凝土系桿拱橋的特點(diǎn)
由于我國的國情所限，污工拱橋和鋼筋混凝土拱橋長期以來在我國的拱橋中占絕大多數(shù)。但在工程實(shí)際中，這兩種橋型主要有以下兩方面的缺點(diǎn):
1、由于自重較大，水平推力也較大，在軟弱地基的地方不適合修建。對鋼管混凝土拱，若做成無推力的下承式或中承式拱，拉桿的代價(jià)較大，且跨徑也不大，因此不經(jīng)濟(jì)。
2、上承式拱在平原地區(qū)受通航和兩地接線問題的影響較大。鋼管混凝土系桿拱橋的出現(xiàn)，較好的解決了這兩大問題，大幅度提高了拱橋的跨徑，充分發(fā)揮了拱橋豐富的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力。首先，系桿作為全橋受力的構(gòu)件，主要平衡恒載產(chǎn)生的拱腳水平推力，從而減輕了基礎(chǔ)的受力負(fù)擔(dān)，減小了基礎(chǔ)工程量，降低了拱橋?qū)Φ鼗囊蟆?nbsp;
二、鋼管混凝土系桿拱橋主拱肋主要施工方法的重要性
橋梁作為跨越障礙物的空中道路，其施工過程所用的時(shí)間比起成橋使用周期來說要短暫的多，但是施工過程中的結(jié)構(gòu)行為并不比成橋后的簡單。橋梁的施工技術(shù)是橋梁技術(shù)的重要組成部分，而且往往是大橋建設(shè)的關(guān)健技術(shù)。
橋梁的施工方法，除要考慮施工技術(shù)設(shè)備和現(xiàn)場環(huán)境條件等因素外，還與橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)密切相關(guān)。不同的施工方法，在各階段施工過程中的內(nèi)力是不同的，有時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往由施工內(nèi)力所控制，所以施工方法、施工內(nèi)力與變形的研究應(yīng)當(dāng)成為橋梁建設(shè)所關(guān)注的焦點(diǎn)，在大橋建設(shè)過程中予以充分的重視。
橋梁的橋型、結(jié)構(gòu)、材料、施工工藝等是在相互促進(jìn)的過程中不斷發(fā)展的。隨著鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用推廣，它的施工問題日益受到重視，并已取得了相當(dāng)?shù)难芯砍晒?。眾多科學(xué)家未保證施工的順利進(jìn)行，做了許多有益的技術(shù)探索，此外國家贊助的科研項(xiàng)目和新修訂的技術(shù)規(guī)范中有關(guān)鋼管混凝土拱橋的內(nèi)容都對這種橋型的發(fā)展起到了有力的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。
三、轉(zhuǎn)體施工法
轉(zhuǎn)體施工法是將拱橋主拱圈大致分為兩個(gè)對稱的半跨，分別在橋梁施工現(xiàn)場兩側(cè)利用實(shí)際地形先做好簡單支架或拱胎模架，在支架或模架上按照設(shè)計(jì)拱軸線形完成組拼拱肋析架節(jié)段和橫向連接構(gòu)件的工作，并用扣索將組拼成形的半跨拱肋與轉(zhuǎn)體系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備連成一體，然后操作動(dòng)力系統(tǒng)施使拱肋旋轉(zhuǎn)一定空間角度實(shí)現(xiàn)主拱肋的合龍。轉(zhuǎn)體施工根據(jù)主拱圈繞拱座的轉(zhuǎn)動(dòng)方向可分為三種：豎向轉(zhuǎn)體施工法；平面轉(zhuǎn)體施工法；豎轉(zhuǎn)、平轉(zhuǎn)組合法。
?。ㄒ唬┴Q向轉(zhuǎn)體施工法
豎向轉(zhuǎn)體施工法一般是將拱圈從跨中分為兩半，在橋軸線上利用地形搭設(shè)簡單支架，在支架上組拼或現(xiàn)澆拱肋。在拱腳安裝轉(zhuǎn)動(dòng)較，利用扣索的牽引將結(jié)構(gòu)豎向轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，跨中合龍完成結(jié)構(gòu)的安裝。
1、豎向轉(zhuǎn)體施工技術(shù)要求
?。?）拱肋:在豎轉(zhuǎn)過程中，拱肋內(nèi)力隨豎轉(zhuǎn)角度不斷變化，因而要求拱肋在不同豎轉(zhuǎn)狀態(tài)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性;同時(shí)拱肋安裝重量直接關(guān)系到豎轉(zhuǎn)規(guī)模和技術(shù)難度，這就要求拱肋輕型化。
?。?）豎轉(zhuǎn)鉸:要求轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)校的接觸面滿足局部承壓要求。常用的豎轉(zhuǎn)鉸有鋼板銷子鉸、鋼管混凝土鉸、插入式球鉸。
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?。?）扣索:根據(jù)豎轉(zhuǎn)重量及牽引設(shè)備，選用鋼絲繩或鋼紋線?？鬯鲾?shù)量的配置應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)沖擊、自然環(huán)境、以及扣索在轉(zhuǎn)向處的育折影響。
?。?）索塔:因地制宜的選用各組拼構(gòu)件拼裝索塔。由于索塔高度直接關(guān)系到拱肋在豎轉(zhuǎn)過程中的受力狀況及扣索力的大小，應(yīng)綜合考慮索塔施工難度及材料用量時(shí)索塔高度進(jìn)行優(yōu)化。
（5）拱上撐架:在拱肋上設(shè)置撐架可降低索塔的高度、改善拱肋的受力狀況。
2、豎向轉(zhuǎn)體施工主要流程
?。?）進(jìn)行主拱基礎(chǔ)、承臺(tái)、拱座的施工，同時(shí)精確安裝主拱鋼管析架，預(yù)埋鋼管和施工所用的活動(dòng)鉸和索塔預(yù)埋件。
（2）在大橋設(shè)計(jì)橋位投影下方搭建鋼管樁支架及拼裝工作平臺(tái)，并修建安全防護(hù)設(shè)施，之后利用吊運(yùn)設(shè)備，進(jìn)行兩個(gè)半跨塊肋節(jié)段的就位拼裝和活動(dòng)鉸安裝定位，同時(shí)完成兩側(cè)主索塔的拼裝。
?。?）完成主拱肋拼裝后，安裝扣索和主拱肋錨固點(diǎn)
?。?）張拉扣索，豎轉(zhuǎn)主拱肋到設(shè)計(jì)標(biāo)高。
（5）調(diào)整標(biāo)高，并安裝合龍段的吊裝或現(xiàn)澆施工設(shè)備，拆除鋼管樁和工作平臺(tái)。
（6）調(diào)整拱肋線型并完成瞬時(shí)合龍。
?。?）焊接合龍段，完成全橋合龍。拆除合龍段吊裝設(shè)備，按設(shè)計(jì)要求封固主跨拱腳，拆除余下的施工用鋼管樁支架，并根據(jù)總體施工組織設(shè)計(jì)，逐步拆除提升扣索、反力扣索和主索塔。
?。?）灌注管內(nèi)混凝土。
3、豎向轉(zhuǎn)體施工優(yōu)缺點(diǎn)
?。?）塔架、拱肋同時(shí)施工，節(jié)約時(shí)間。
?。?）豎向轉(zhuǎn)體施工不需大量的施工場地，較好的解決了鋼管拱的安裝線形，拱肋主要在工廠內(nèi)焊接，焊接質(zhì)量得到保證。
?。?）在施工過程中體系內(nèi)力容易控制，施工設(shè)備自動(dòng)化程度高，操作方便靈活，無高空作業(yè)，安全性好，可靠性高，施工拆遷量少，施工設(shè)備、物資人員投入相對較少，造價(jià)較低，施工工序簡潔，操作規(guī)程明確，施工迅速。
（4）需要在搭建鋼管樁及作業(yè)平臺(tái)，在水域較深的河道上相對比較困難，并在一定程度上影響河道通航。因此豎向轉(zhuǎn)體施工不失為不跨度鋼管拱橋施工的一種重要方法，越來越多的被設(shè)計(jì)工作者們所考慮并采納。
參考文獻(xiàn)：
[1]鐘善桐，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，黑龍江省科學(xué)技術(shù)出版社，1994
[2]陳寶春，鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工，人民交通出版社，2000
[3]鐘善桐，鋼管混凝土在我國高層建筑中的應(yīng)用，哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1997
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）
關(guān)鍵詞:鋼管混凝土；主拱肋；施工方法；拱橋
一、鋼管混凝土拱橋概述
將鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋同時(shí)解決了拱橋材料高強(qiáng)化和拱圈施工輕型化的兩大問題，因此，一種新型的拱橋—鋼管混凝土拱橋近年來在我國得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)鋼管混凝土發(fā)揮材料作用和施工作用的不同側(cè)重，出現(xiàn)了兩種不同的利用鋼管混凝土的形式。一種為鋼管內(nèi)填混凝土，即鋼管管壁外露，與核心況凝土共同作為結(jié)構(gòu)的主要受力組成部分，鋼管在混凝土施工過程中又可作為支架和模板，給施工帶來方便，材料方面的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)采用這一結(jié)構(gòu)的最主要考慮。一般將這種類型的拱橋稱為鋼管混凝土拱橋。
（一）鋼管混凝土拱橋在我國迅速發(fā)展的原因
鋼管混凝土拱橋在30年代的前蘇聯(lián)就已出現(xiàn)，近年來國外也有修建，但其真正的發(fā)展在我國，主要原因如下:
1、拱橋是一種極具美學(xué)表現(xiàn)力的橋型，在我國又有著深厚的文化底蘊(yùn)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，使拱橋更加輕巧、柔美，尤其是中承式和下承式橋型，以其獨(dú)特的美感在風(fēng)景區(qū)和城市橋梁中備受青睞。
2、我國的鋼管混凝土理論研究處于世界先進(jìn)水平，一些鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)程相繼頒布實(shí)施，出版了一批有代表性的專著，鋼管混凝土在廠房、高層建筑、輸變電工程中的應(yīng)用不斷發(fā)展，為鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋莫定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，并提供了寶貴的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
3、拱橋作為橋梁的基本橋型之一，在我國過去的交通土建工程中得到廣泛的應(yīng)用，為我國的主橋型。由于我國的國情，拱橋橋型中主要是鋼筋混凝土拱和污工拱，現(xiàn)在仍無法大量應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu);材料強(qiáng)度低，施工方面的問題一直制約著拱橋跨徑的發(fā)展。鋼管混凝土拱橋一定程度上解決了這兩大難題，成為許多適合拱橋情況下的一個(gè)選擇。
（二）鋼管混凝土系桿拱橋的特點(diǎn)
由于我國的國情所限，污工拱橋和鋼筋混凝土拱橋長期以來在我國的拱橋中占絕大多數(shù)。但在工程實(shí)際中，這兩種橋型主要有以下兩方面的缺點(diǎn):
1、由于自重較大，水平推力也較大，在軟弱地基的地方不適合修建。對鋼管混凝土拱，若做成無推力的下承式或中承式拱，拉桿的代價(jià)較大，且跨徑也不大，因此不經(jīng)濟(jì)。
2、上承式拱在平原地區(qū)受通航和兩地接線問題的影響較大。鋼管混凝土系桿拱橋的出現(xiàn)，較好的解決了這兩大問題，大幅度提高了拱橋的跨徑，充分發(fā)揮了拱橋豐富的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力。首先，系桿作為全橋受力的構(gòu)件，主要平衡恒載產(chǎn)生的拱腳水平推力，從而減輕了基礎(chǔ)的受力負(fù)擔(dān)，減小了基礎(chǔ)工程量，降低了拱橋?qū)Φ鼗囊蟆?nbsp;
二、鋼管混凝土系桿拱橋主拱肋主要施工方法的重要性
橋梁作為跨越障礙物的空中道路，其施工過程所用的時(shí)間比起成橋使用周期來說要短暫的多，但是施工過程中的結(jié)構(gòu)行為并不比成橋后的簡單。橋梁的施工技術(shù)是橋梁技術(shù)的重要組成部分，而且往往是大橋建設(shè)的關(guān)健技術(shù)。
橋梁的施工方法，除要考慮施工技術(shù)設(shè)備和現(xiàn)場環(huán)境條件等因素外，還與橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)密切相關(guān)。不同的施工方法，在各階段施工過程中的內(nèi)力是不同的，有時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往由施工內(nèi)力所控制，所以施工方法、施工內(nèi)力與變形的研究應(yīng)當(dāng)成為橋梁建設(shè)所關(guān)注的焦點(diǎn)，在大橋建設(shè)過程中予以充分的重視。
橋梁的橋型、結(jié)構(gòu)、材料、施工工藝等是在相互促進(jìn)的過程中不斷發(fā)展的。隨著鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用推廣，它的施工問題日益受到重視，并已取得了相當(dāng)?shù)难芯砍晒?。眾多科學(xué)家未保證施工的順利進(jìn)行，做了許多有益的技術(shù)探索，此外國家贊助的科研項(xiàng)目和新修訂的技術(shù)規(guī)范中有關(guān)鋼管混凝土拱橋的內(nèi)容都對這種橋型的發(fā)展起到了有力的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。
三、轉(zhuǎn)體施工法
轉(zhuǎn)體施工法是將拱橋主拱圈大致分為兩個(gè)對稱的半跨，分別在橋梁施工現(xiàn)場兩側(cè)利用實(shí)際地形先做好簡單支架或拱胎模架，在支架或模架上按照設(shè)計(jì)拱軸線形完成組拼拱肋析架節(jié)段和橫向連接構(gòu)件的工作，并用扣索將組拼成形的半跨拱肋與轉(zhuǎn)體系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備連成一體，然后操作動(dòng)力系統(tǒng)施使拱肋旋轉(zhuǎn)一定空間角度實(shí)現(xiàn)主拱肋的合龍。轉(zhuǎn)體施工根據(jù)主拱圈繞拱座的轉(zhuǎn)動(dòng)方向可分為三種：豎向轉(zhuǎn)體施工法；平面轉(zhuǎn)體施工法；豎轉(zhuǎn)、平轉(zhuǎn)組合法。
?。ㄒ唬┴Q向轉(zhuǎn)體施工法
豎向轉(zhuǎn)體施工法一般是將拱圈從跨中分為兩半，在橋軸線上利用地形搭設(shè)簡單支架，在支架上組拼或現(xiàn)澆拱肋。在拱腳安裝轉(zhuǎn)動(dòng)較，利用扣索的牽引將結(jié)構(gòu)豎向轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，跨中合龍完成結(jié)構(gòu)的安裝。
1、豎向轉(zhuǎn)體施工技術(shù)要求
?。?）拱肋:在豎轉(zhuǎn)過程中，拱肋內(nèi)力隨豎轉(zhuǎn)角度不斷變化，因而要求拱肋在不同豎轉(zhuǎn)狀態(tài)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性;同時(shí)拱肋安裝重量直接關(guān)系到豎轉(zhuǎn)規(guī)模和技術(shù)難度，這就要求拱肋輕型化。
?。?）豎轉(zhuǎn)鉸:要求轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)校的接觸面滿足局部承壓要求。常用的豎轉(zhuǎn)鉸有鋼板銷子鉸、鋼管混凝土鉸、插入式球鉸。
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?。?）扣索:根據(jù)豎轉(zhuǎn)重量及牽引設(shè)備，選用鋼絲繩或鋼紋線?？鬯鲾?shù)量的配置應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)沖擊、自然環(huán)境、以及扣索在轉(zhuǎn)向處的育折影響。
?。?）索塔:因地制宜的選用各組拼構(gòu)件拼裝索塔。由于索塔高度直接關(guān)系到拱肋在豎轉(zhuǎn)過程中的受力狀況及扣索力的大小，應(yīng)綜合考慮索塔施工難度及材料用量時(shí)索塔高度進(jìn)行優(yōu)化。
（5）拱上撐架:在拱肋上設(shè)置撐架可降低索塔的高度、改善拱肋的受力狀況。
2、豎向轉(zhuǎn)體施工主要流程
?。?）進(jìn)行主拱基礎(chǔ)、承臺(tái)、拱座的施工，同時(shí)精確安裝主拱鋼管析架，預(yù)埋鋼管和施工所用的活動(dòng)鉸和索塔預(yù)埋件。
（2）在大橋設(shè)計(jì)橋位投影下方搭建鋼管樁支架及拼裝工作平臺(tái)，并修建安全防護(hù)設(shè)施，之后利用吊運(yùn)設(shè)備，進(jìn)行兩個(gè)半跨塊肋節(jié)段的就位拼裝和活動(dòng)鉸安裝定位，同時(shí)完成兩側(cè)主索塔的拼裝。
?。?）完成主拱肋拼裝后，安裝扣索和主拱肋錨固點(diǎn)
?。?）張拉扣索，豎轉(zhuǎn)主拱肋到設(shè)計(jì)標(biāo)高。
（5）調(diào)整標(biāo)高，并安裝合龍段的吊裝或現(xiàn)澆施工設(shè)備，拆除鋼管樁和工作平臺(tái)。
（6）調(diào)整拱肋線型并完成瞬時(shí)合龍。
?。?）焊接合龍段，完成全橋合龍。拆除合龍段吊裝設(shè)備，按設(shè)計(jì)要求封固主跨拱腳，拆除余下的施工用鋼管樁支架，并根據(jù)總體施工組織設(shè)計(jì)，逐步拆除提升扣索、反力扣索和主索塔。
?。?）灌注管內(nèi)混凝土。
3、豎向轉(zhuǎn)體施工優(yōu)缺點(diǎn)
?。?）塔架、拱肋同時(shí)施工，節(jié)約時(shí)間。
?。?）豎向轉(zhuǎn)體施工不需大量的施工場地，較好的解決了鋼管拱的安裝線形，拱肋主要在工廠內(nèi)焊接，焊接質(zhì)量得到保證。
?。?）在施工過程中體系內(nèi)力容易控制，施工設(shè)備自動(dòng)化程度高，操作方便靈活，無高空作業(yè)，安全性好，可靠性高，施工拆遷量少，施工設(shè)備、物資人員投入相對較少，造價(jià)較低，施工工序簡潔，操作規(guī)程明確，施工迅速。
（4）需要在搭建鋼管樁及作業(yè)平臺(tái)，在水域較深的河道上相對比較困難，并在一定程度上影響河道通航。因此豎向轉(zhuǎn)體施工不失為不跨度鋼管拱橋施工的一種重要方法，越來越多的被設(shè)計(jì)工作者們所考慮并采納。
參考文獻(xiàn)：
[1]鐘善桐，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，黑龍江省科學(xué)技術(shù)出版社，1994
[2]陳寶春，鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工，人民交通出版社，2000
[3]鐘善桐，鋼管混凝土在我國高層建筑中的應(yīng)用，哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1997
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