提篮系杆钢箱拱桥施工关键技术研究

杨芳

1  绪论

1.1  研究背景及意义

大跨径中、下承式系杆拱桥施工过程中结构内力和位移变化频繁，不同的施工阶段相互影响，尤其桥面系的预应力钢绞线根据结构受力状态分批在不同施工阶段进行张拉，全桥不同位置吊杆的张拉程序对全桥结构的内力和线形都有显著影响;同时受施工过程中温度、施工荷载变化、材料的物理力学参数等因素的影响，结构的内力、线形难以与设计计算值保持一致，拱肋浇筑或架设一旦形成，其线形很难调整。

本项目研究背景桥梁九湾浍河特大桥，结构主跨跨径较大，构件种类比较多，在施工中存在工序多、难度大等技术难题。桥梁施工期间拱肋、主梁线形及内力发生多次变化，致使结构多次产生体系转换，在施工过程中结构有可能发生失稳、结构应力超过构件本身承载力等情况。而且，施工过程中，由于材料、机具、施工、计算、测量等方面的误差，如果不及时加以调整并反馈到施工中，可能由于误差的积累，导致最后结构线形及内力严重偏离设计要求，桥梁在施工过程中发生安全事故的概率也大大增加。严重者甚至危及结构安全，在工程中出现灾害。

由此，为保证桥梁施工质量和桥梁施工安全，对中、下承式系杆拱桥的施工方法研究是不可缺少的。

1.3  本项目主要研究内容及方法

内倾刚构一提篮系杆拱组合桥在国内的研究尚处于起步阶段，缺乏相应的设计施工规范，超宽大跨提篮系杆结构在组合体系中的应用又遇到许多难题，加之对该桥型的参考资料又少之甚少，因此，有必要对大桥进行施工关键技术研究，以保证其施工安全和质量。木课题以泅河兴隆大桥为依托，通过阅读大量文献和工程实例，采用现场监测等方法，并运用数学计算工具和有限元分析手段，建立空间有限元分析模型，对影响工程质量的关键技术环节，开展了大量的试验研究和分析，总结出一些结论与规律为同类型桥梁施工提供参考。

2  杆系拱桥钢梁架设施工过程研究

2.1  施工重点以及难点。1、主桥钢梁采用浮吊吊装，支架法组拼，由于通航要求临时墩预留通航孔净宽至少35m，且纵横梁为全焊接结构，安装精度高，跨度大，对设备有很高的要求;2、主桥钢箱拱高度较高，具有一定的线型，采用浮吊支架法高空架设，因此对施工的全过程对支架进行监控，监测受力、变形、位移，确保施工期间的安全非常重要。

2.2  总体施工方案。九湾浍河特大桥分三部分组成，北岸引桥1361米，主桥135米，南岸引桥1108米，共计2604米，钢结构部分总重约为13605.3吨。主桥跨越浍河，跨度为132米，总长为135米，为钢箱系杆拱桥，由纵横梁，钢箱拱，风撑，系杆、吊杆等组成。上桥面系为混凝土桥面板。架设时需预留单线40米宽（净宽35米）双向航道。

2.3  主桥架设流程。

步骤一：1、使用一台50t汽车吊上驳船，至桥位处现场施工临时支架和防撞桩;

步骤二：1、将吊装节段运输至吊装位置;2、用1台500t浮吊安装拱肋交点和纵横梁，拱肋交点一端临时固定在混凝土主墩上，另一头定位于临时支架上，通过支架的千斤顶和导链葫芦微调就位，线型满足设计要求后焊接固定，全桥所有杆件均通过此方法就位固定;3、主纵梁从小墩号往另大墩号架设，安装完纵梁安装中间横梁，最后一个纵梁合拢，纵梁和横梁采用悬拼法拼装，连接处设置匹配件和托板。安装合拢段前，需对已安装拱肋线型进行全天测量，找出拱肋温度控制变形量规律;根据测量数据对合拢段长度进行修整，然后依次焊接;4、安装时应进行全程线型监控，以保证杆件线型调整至设计要求，以下所有杆件安装均需要满足线型要求;5、依次焊接各杆件接头焊缝;

3  结论

3.1  本项目主要研究结论。兴隆大桥为一座结构新颖的V型刚构和超宽大跨径提篮系杆拱组合桥，由于跨径大、桥面宽，且这类结构形式的文献较少，所以该桥的施工技术是特别需要关注的问题，也是很有研究价值的问题。本课题应用MIDAS/Civil，对泅河兴隆大桥施工关键技术进行相应计算和分析，取得主要成果形成结论如下。（1）本课题研究方法多样，研究手段先进，介绍了兴隆大桥主跨系杆拱和边跨V型刚构的施工工艺，总体施工方案和主要施工手段充分考虑了结构设计特点和组合提篮系杆拱桥的施工难点，施工技术先进，施工工艺可操作性强，技术经济指标合理。（2）超宽大跨径提篮拱组合桥施工技术难度及施工风险大。采用碗扣支架与大直径钢管柱联合支架，既满足承载力需要，又可合理地利用资源，具有良好的经济效益。拱肋采用在横梁上布设钢管柱进行支承，将大跨径转换为多个小跨径，并且钢管柱之间设立横撑和斜撑，来抵消拱肋浇筑过程中产生的横向力。这种解决超宽和大跨径结构两个施工难点的措施，可为同类的大桥提供参考。（3）采用大型有限元分析软件MIDAS/Civil，对联合支承体系进行了模拟分析。选取最长横梁HO横梁进行计一算，建立横梁结构模型，模拟不同施工工况下的支反力，將荷载传递给支承体系，这样的分析方法较平均荷载法更为准确。经过计算分析得出各杆件应力水平较小，支架变形属于弹性变形，可判断支撑体系稳定可靠。（4）建立空间杆系单元模型，对兴隆大桥施工全过程进行模拟仿真分析，确定了施工主要控制工况、各工况下结构内力、控制节点位移等参数，作为施工方案设计的主要依据。

3.2  本项目主要创新点。（1）分析超宽大跨径组合提篮系杆拱桥的结构特点和力学行为，介绍浍河特大桥主跨系杆拱和边跨内倾刚构的关键施工技术方案，充分考虑了超宽大跨径组合系杆拱桥的施工难点，研究其施工过程中合理的施工技术、施工工艺。（2）分析组合支架的构成，分别介绍各自特点。建立横梁、组合支架空间有限元模型，详细叙述分析建模过程，包括边界条件的模拟、各类参数的确定、上部荷载的确定，模拟横梁的实际施工受力特点，分析影响支架稳定的因素和不利工况。（3）建立全桥空间有限元模型，选取若干关键工况进行仿真计算，总结结构位移、内力、应力的变化规律，找出结构应力、变形等方面可能发生的最不利状态。（4）对拱肋和边孔刚构的浇筑进行水化热分析，建立拱肋和边跨内倾刚构的三维实体有限元计算模型，分析内部和表面的温度与应力变化趋势，找出大体积混凝土和异型混凝土温度和温度应力的变化规律，为混凝土的正确施工提供依据。综合考虑混凝土配合比、高标号异形混凝土水化热以及浇筑工艺等方面的影响，提出了施工过程中降低水化热，避免拱肋和内倾刚构产生裂缝的措施，提高抗裂性能。

参考文献

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