钢管混凝土拱施工方案比选研究

王润清 游莹莹

(1.郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450000； 2.郑州大学水利与环境学院，河南 郑州 450000)



钢管混凝土拱施工方案比选研究

王润清1游莹莹2

(1.郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450000； 2.郑州大学水利与环境学院，河南 郑州 450000)

分析了影响钢管混凝土拱施工的主要因素，通过层次分析法，建立了适用于钢管混凝土拱施工方案比选的评价体系，并以蒲山大桥为例，对不同的施工方案进行比选，得出了合理的施工方案，为同类桥梁建设施工方案的选择提供了一定的参考借鉴。

钢管混凝土拱，施工方案，层次分析法

0 引言

早期拱桥的施工材料往往是以石材为主，由于自重大，因此跨度受到制约，但是随着钢管混凝土的出现，使得拱桥的跨度可大大增加，并且随着理论知识的丰富和实践经验的积累，使得钢管混凝土拱桥在我国各地兴建。然而钢管混凝土拱的施工方法的多样化使得方案的选比极为重要，建立科学的评价模型可以为钢管混凝土拱桥的施工方案的优化提供一定的理论依据。本文将层次分析法作为基本方法，在此基础上考虑到钢管混凝土拱桥施工的具体特点，提出了一种适用于钢管混凝土拱的施工方案的选比方法，同时本方法还期待可为其他类似工程评价提供参考。

1 模型建立

层次评价法是一种定性与定量相结合的评价方法，对评价有着很好的可靠性。虽然层次分析法在国内得到了较多的应用，但是根据实践结果分析发现，这些方法体系还不能完全适合钢管混凝土拱桥施工方案的选比。主要表现在：1)评价体系对具体的工程本身的特点考虑的较少。2)评价人员专业、经验、能力有限，不能够对工程项目做出合理科学的评价。3)钢管混凝土拱施工方案的影响因素众多，许多因素并未能够考虑。

1.1 确定因素，并建立层次结构

根据层次评价分析，按不同的性质把各影响因素分类并建立层次关系。对某一层次的元素来说，它既受上一层次的元素支配，又对下一层的元素起到支配作用，全部因素建立递阶结构(见表1)。本文中各因子不仅要能全面而且能够充分的反映钢管混凝土各施工方案的特点，同时尽可能的避免重复和交叉，以保证最终结果的客观性。

1.2 确定各因子权重

层次结构建立后，将每个层次的影响因素两两比较，判断该层次中各有关元素相对重要性程度，根据重要性等级的比较构造判断矩阵。最后求出最大特征值根相对应的特征向量，就是每个因素在整个多因素综合层次评价结构中的权重(见表2)。

表1 钢管混凝土拱施工影响因素分析表

表2 判断矩阵的标度及其含义

比较矩阵P为：

其中，bij>0；bji=1/bij(i，j=1，2，…，n)；bii=1(i=1，2，…，n)。

对于一个由n个元素构成的判断矩阵只需给出上三角或下三角矩阵，就能计算出判断矩阵的特征根。

1.3 一致性检验

表3 随机一致性指标

1.4 指标评价

由n位专家对备选的施工方案按照评价指标进行打分得到各指标的评价。本文采用定性与定量结合的方式来对方案进行选比，以保证对各施工方案评价的正确性。

2 实例分析

2.1 蒲山大桥拱肋的具体工况

蒲山大桥位于南水北调工程，焦支铁路以及洛阳至南阳高速公路联络线的交叉处。该桥主要采用桁架式钢管混凝土系杆拱结构，主桥跨径为225 m，计算跨径219 m。拱轴线采用二次抛物线，计算的矢跨比为1∶5。全桥3片拱肋，两个边拱肋，一个中拱肋，边拱肋采用4根主弦钢管规格为D1 000 mm，而中拱肋采用的是6根主弦钢管规格为D1 000 mm。拱肋的截面为变高度，由拱顶的4.15 m变化至拱脚的6.15 m。拱肋间共设14道风撑，中间设置1道“米”字撑、两端各设置1道“K”字撑。两上弦钢管间的缀板都采用20 mm厚的钢板相联接，下平联及腹杆采用短钢管联接，共同组成空间钢桁架。

2.2 评价指标权重确定

本文针对钢管混凝土拱选比体系，结合蒲山大桥的具体工况和施工技术的水平，综合比较各项因子的相对重要性，建立判断矩阵，经过一致性检验后获得因子的权重，见表4。

2.3 各施工方案具体评价

经过调查和相关实例的分析最终得到该蒲山大桥的各施工方案的最终得分，见表5。

蒲山大桥实际上采用了支架施工的方法。此评价中支架法打分也是最高。根据实际情况可知，蒲山大桥与焦枝铁路夹角为71.95°，铁路上方的拱桥必须一次性通过铁路，通过支架施工法可以解决这个问题，与缆索吊装法相比技术要求性不高，而且支架采用的是格构式钢管柱支架施工，不仅有足够的强度，稳定性，同时并不像满堂式那样浪费材料，节约了建设的成本。

表4 各底层指标所占权重

表5 各施工方案评价结果

3 结语

1)本文重点从成本、工期、技术可行性、施工条件和环境因素对钢管混凝土拱施工方案选择进行评价，明确了评价体系的重要影响因素，为该同类项目的施工方案的选择提供了一定的依据。通过对蒲山大桥钢管混凝土拱做了方案选择的评价，证明了该评价体系的正确性，同时也说明了蒲山大桥的施工方法是较优的施工方案。2)在本文中只是考虑了重要的因素，建立的评价模型和指标体系都是初步的，有许多地方都需要改善。同时在具体的施工方案评价的时候由于掌握的资料有限和个人的主观性的影响，所以评判的不一定完全正确。3)由于我国各地桥梁建设大小不一，施工环境不尽相同，施工方案的选择要结合当地的实际情况分析，同时由于桥梁建设施工技术的发展，评价体系中的影响因素和指标权重会发生变化。

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[2] 安文杰.基于模糊层次分析法的隧道施工组织方案评价与优化研究[D].成都：西南交通大学，2012.

[3] 仇一颗.模糊层次评价在逆作法施工方案优选中的应用[J].湖南农业大学学报(自然科学版)，2005，31(1)：1007-1032.

[4] 曹恒涛.桁架式钢管混凝土拱桥施工监控技术研究[D].郑州：郑州大学土木工程学院，2009.

On comparison of construction schemes for concrete-filled steel tube arch

Wang Runqing1You Yingying2

(1.CollegeofCivilEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450000,China; 2.CollegeofWaterConservancyandEnvironment,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450000,China)

By the analytical hierarchy process, the paper analyzes the main factors mainly affecting the concrete-filled steel tube arch, establishes the evaluation system for some construction schemes of the concrete, compares the construction schemes by taking Pushan Bridge as the example, and concludes reasonable construction schemes, so as to provide some reference for the selection for the construction schemes.

concrete-filled steel tube arch, construction scheme, analytical hierarchy process

1009-6825(2016)05-0196-02

2015-12-03

王润清(1995- )，男，在读本科生； 游莹莹(1995- )，女，在读本科生

U445

A