连续梁拱组合桥梁设计关键技术对策研究

张凌

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原030032）

0 引言

连续梁拱组合桥梁设计关键技术的复杂程度相对较高，如整体桥面受拉、拱脚的受力、钢管拱灌注混凝土、柔性支撑等，都是连续梁拱组合桥梁设计时需要考虑的问题。只有不断地进行关键技术的创新及优化，才能让连续梁拱组合桥梁建设取得较好的效果，提高我国交通运输行业的发展，推动国家综合实力的提升。由此可见，探究连续梁拱组合桥梁设计关键技术是十分必要的，本文重点针对该问题展开探讨综述如下。

1 连续梁拱组合桥梁发展简介

在交通枢纽中，桥梁是交通枢纽的重要建筑结构物，桥梁的建设标志了我国交通业的发展与进步，桥梁在设计过程中有很多种形式，包括简支以及连续梁的形式等，伴随着桥梁跨径的增大，跨中弯矩也会增大。与此同时桥梁在施工过程中，梁高增大，会直接影响到桥梁的活载占有利用率，使桥梁的应用范围受到限制。所以在行业不断发展的情况下，出现了拱桥、斜拉桥以及悬索桥的形式。这几种形式各有优势。其中梁拱组合体系桥梁的方式，能够将梁桥和拱桥的优势结合在一起，从而提升荷载力，扩大应用范围[1]。

2 刚梁刚拱纵横梁体系的整体桥面受拉对策研究

2.1 关键技术

2.1.1 组合结构受力状态

针对刚梁刚拱纵横梁体系的整体桥面受拉问题，技术人员应加强对组合结构受力状态的研究，优化关键技术。其一，技术人员应当将连续梁拱组合桥梁的主纵梁与桥上的四个桥墩结构结合，呈现出受力状态。而后进行分段浇筑施工，待预应力形成后，再进行吊杆和拱形结构的加工，以分桥面的方式分散完成边孔的施工工作，保障连续梁拱组合桥梁的施工效率和质量的有效提升。再由技术人员需要将主梁的支撑力量移除，让连续梁拱组合桥梁设计的主要受力结构成为纵梁和拱形结构的自重，保障桥体整体的稳固性。其二，在经过多环节施工后，桥面受力状态已经初见成效，此时，可以进行中孔的小横梁浇筑工作，确保所有施工过程都有条不紊地推进。在所有的小梁结构的施工结束后，需将注意力放在小纵梁和桥面的施工，让连续梁拱组合桥梁整体成型，成为桥体的主要受力结构。其三，技术人员应对二期恒载以及活载的受力状态进行检查，而后进行连续梁拱组合桥梁附属结构的施工，如防水层、隔音层等。在这一过程中，设计人员应当注意结构设计的核心不在于承载力，而是荷载力，保障能够在连续梁拱组合桥梁设计中发挥应有的作用。

2.1.2 刚梁刚拱纵横梁体系整体桥面在上述结构受力状态下主要受到的拉力导致刚梁刚拱纵横梁体系的整体桥面受到拉力因素较多，容易造成桥面开裂。结合上述受力状态的描述，对刚梁刚拱纵横梁体系的整体桥面所承受的拉力展开研究：第一，收缩应力。刚梁刚拱纵横梁体系的整体桥面受到的收缩应力，主要来源于二次浇筑时，两道主梁之间的桥面会因刚梁刚拱的收缩应力出现变形的情况发生，对于桥梁的长期使用以及车辆行驶的安全性都构成了威胁。因此需要对刚梁刚拱纵横梁体系的整体桥面受力状态展开研究，保障桥梁的使用质量。第二，拉应力。在连续梁拱组合桥梁受到较为强大的拱脚推力后，纵横梁体系的整体桥面会受到一定的拉应力，促使连续梁拱组合桥梁设计的安全性大大降低，否则无法保障连续梁拱组合桥梁的使用寿命。第三，连续梁拱组合桥梁的中支点位置的弯曲问题，也会导致连续梁拱组合桥梁的桥面受到拉应力，进而影响连续梁拱组合桥梁的长期使用。

2.2 桥面开裂的解决方法

桥面开裂不仅会为后续的维护工作带来巨大的压力，还会极大地降低连续梁拱组合桥梁的使用寿命和使用安全性，因此企业应当重视连续梁拱组合桥梁的桥面开裂的问题。可从三个方面展开研究：第一，在二次浇筑刚梁刚拱纵横梁的整体桥面环节，利用膨胀混凝土降低桥面的预应力，达成降低桥面开裂概率的目的。第二，在进行桥面混凝土混合时，加入钢纤维、聚合物纤维等原材料，按照科学配比混合，并进行搅拌，有效地提升混凝土的抗拉力，帮助连续梁拱组合桥梁的桥面更好地抵抗多种影响因素，实现对桥面开裂问题的有效控制。第三，可以采取相应的技术提高连续梁拱组合桥梁内部的预应力，使其能够与外部所承受的拉应力相互抵消，实现对桥面的有效保护。第四，在二期恒载的影响下，连续梁拱组合桥梁桥面的内拉应力几乎为零，这对于减少桥面开裂有较大的帮助。针对这一现象，施工人员可以通过提前增加桥面压重的方式，维持这一数值，为解决桥面开裂问题，提供可靠的支持力量。

2.3 拱脚的受力分析和构造措施的对策研究

连续梁拱组合桥梁的拱脚为钢筋混凝土材质结构，在整体结构中扮演着传力机理的角色，是承担着辅助主纵梁的作用。因此，想要实现对连续梁拱组合桥梁设计关键技术的掌握，加强对拱脚的受力分析和构造措施对策的研究是必不可少的环节，以下将从多个方面对采用SAP84 结构分析通用程序对拱脚部分进行三维空间分析展开研究。

2.3.1 采用SAP84 计算机模型分析拱脚部位的三维空间

目前我国大多数的连续梁拱组合桥梁都采取双主梁、纵横梁作为桥面体系构建的基础。设计人员可以将钢管混凝土作为桥体拱肋的主要材料，并且在拱肋梁的连接上，依旧采用钢筋混凝土材料，进而提升拱肋稳定性的同时，实现对计算机模型构建的化繁为简，仅使用一种计算机模型进行拱肋空间应力的检验。此外，连续梁拱组合桥梁的主梁具有受力相对均匀的特点。因此在建立空间计算模型时，应当将结构中的一片拱肋作为拆分研究的主体，采取科学的措施将位于主纵梁之中的横梁省略，让整体结构更为清晰明确，达成对结构的进一步优化的目的，同时有效缩短施工的工期。

2.3.2 对连续梁拱组合桥梁的构造设计采取关键技术

第一，受到桥梁实际使用的影响，设计师通常会在连续梁拱组合桥梁中拱肋和主纵梁的连接部位做特殊处理，这也就使得二者连接位置的刚度变化相对较大，极容易出现应力集中的问题，这对于拱肋与主纵梁整体使用的安全性和可靠性都有着较大的负面影响。对此，相关工作人员可以采取将拱脚向内侧过渡的方式，让呈现出一个弧形结构，有效的降低刚性连接处突变问题的出现概率，实现对连续梁拱组合桥梁设计关键技术的有效掌握。第二，拱肋所产生的水平推力会直接传导给主纵梁，而后以上缘位置作为导向进入连续梁拱组合桥梁部位。在这一过程中推力均匀性的保持尤为重要，一旦水平方向上的力无法保持均匀传递，则连续梁拱组合桥梁上缘位置将会凝聚大量的拉应力，沿着拱肋主钢筋轴线持续发挥负面作用，最终对连续梁拱组合桥梁整体的安全性构成威胁。因此，在连续梁拱组合桥梁设计中相关工作人员应当注意对关键技术的掌握，紧跟时代的发展步伐，加强对 SAP84 结构分析通用程序的研究，通过将SAP84 结构分析通用程序与连续梁拱组合桥梁设计相结合的方式实现对拱脚三维空间有效分析的目的。第三，拱脚部分钢筋间距的加大对于后续的施工工作的开展有着较大的良性作用，能够规避诸多隐患问题，因此在进行连续梁拱组合桥梁设计时应当在拱脚间距的拓宽上投入更多的时间和精力，并且加强对混凝土质量的分析与研究，以保障连续梁拱组合桥梁最终设计成果能够获得更多的认可，创造出更多的良性影响力[2]。

2.4 钢管拱处灌注混凝土整个过程中的整体和局部应力状态策略

2.4.1 在钢管拱处灌注混凝土进行施工

想要实现对钢管拱灌注混凝土的全过程设计关键技术的有效掌控，必须先实现对钢管拱灌注施工过程的全面了解，经过分析与整合以下将对此展开研究：第一，在具体的钢管拱灌注施工工作开始前，需要先进行钢管拱的管节的制造，在这一环节需要实现对工艺的有效把控，以保障后续施工的顺利性。第二，钢管拱材料需要在桥面上直接进行安装，在进行拼接安装时相关管理人员需要注意对材料规格的进一步检查，为钢管拱灌注混凝土施工水平的提升打下坚实的基础。第三，在基础施工工作结束后需要将负责稳固结构的钢管拱支架拆除，在这一过程中相关工作人员必须严格按照规范要求进行，避免盲目拆除而带来的安全隐患问题的出现。第三，钢管拱灌注混凝土无法一次完成，关系工作人员应当依据实际情况采取多次浇灌的方式施工，以保障最终的施工质量效果呈现能够符合预期要求，为连续梁拱组合桥梁使用的安全性和可靠性保驾护航。

2.4.2 在钢管拱内灌注混凝土整个过程中使用ADINA 结构分析程序

在进行钢管拱灌注混凝土施工时所选择的钢管刚度相对较小，因此呈现出了“大位移小应变”的特点，这也同时为钢管拱灌注混凝土施工的复杂性奠定了坚实的基础，如果在进行这一部分的设计时采取了较为普通的线弹性原理程序，将极容易因忽略其特殊性而导致最终的计算结果误差过大，不具备实际运用价值。因此，相关设计人员应当及时的在程序选择上做出优化，积极的引入ADINA 结构分析通用程序，通过采集大量信息资源的方式搭建模拟模型，实现对实际施工场景的有效还原，让钢管拱灌注混凝土的全过程数据都可以通过模拟模型获得，从而使得企业能够在设计环节就对钢管拱灌注混凝土的实际情况有所了解，在有效的时间内进行设计优化与创新，以保障真实环境下的钢管拱灌注混凝土工作可以顺利进行，真正的做到对隐患问题的有效规避，保障施工工作可以在规定的时间内完成，实现对施工成本的有效节约，达成对企业信誉形象的有效树立。

3 柔性支撑上制作预应力混凝土梁的对策研究

3.1 关键技术

目前，我国的多数连续梁拱组合桥梁工程都应用了桥梁支架，有助于提升预应力混凝土的能力。第一，桥梁支架以三跨连续结构作为基础支持力量，能够实现对既定道路、桥梁的有效跨越，在保障整体的稳定性和安全性方面有着较大的优势。第二，桥梁支架柔性结构相对特殊，为了发挥桥梁支架的作用，必须先实现对连续梁拱组合桥梁预应力施工全过程的有效计算，这也使桥梁支架的使用门槛随之提高，对我国交通规划、勘察、设计带来了一定的挑战。

3.2 采用虚拟的杆件模拟方法

虚拟的杆件模拟方法的包容性较强，使用范围也相对较广，上文中提到了三跨施工梁这种柔性结构，进行张拉之后，很难使其内力进行重新分配，反而会产生较大的反弹现象，结束张力之后，梁体并不能够脱离施工梁。应用单向受压杆很难真实地模拟这种受力现象，通过采用虚拟的杆件模拟方法，可以更好地保证其结构的安全性。首先，设计人员应将施工梁的部分结构与虚拟的杆件模拟模型结合，保障虚拟的模拟杆件和施工梁之间能够形成较为稳固的结构体系。其次，在进行模拟计算时应当加强对虚拟杆特点的分析，以保障施工梁受压情况能够被有效的监测，一旦监测较为明显的受压现象，则计算结果作废，切实的保障最终数据结果的精准性，实现虚拟的杆件模拟计算方法使用的有效性。最后，在施工梁还未脱离时使用虚拟的杆件模拟能够实现对现场环境的有效还原，让计算的结果精准性得到针对性的提高，不过这一举措也让虚拟的杆件模拟计算的工作量大幅提升，为交通规划勘察设计院工作人员带来了一定的挑战。

3.3 注意要点

结合虚拟的杆件模拟方法、柔性支撑模拟方法，桥梁支架制作预应力混凝土梁有较好的效果。不过，在实际的连续梁拱组合桥梁设计中，设计人员还应当注意对以下要点的掌握，保障连续梁拱组合桥梁设计关键技术价值能够得到最大化的发挥，为我国道路桥梁工程在新时期的持续发展保驾护航。第一，在拆除桥梁支架前，采用支撑元模拟的方式进行受压杆的检测，最终所得结果的精准性无法得到有效的保障，应当以双向受力杆模拟替换支撑模拟方式，避免出现过大的误差对连续梁拱组合桥梁造成较大的安全隐患。第二，在拆除桥梁支架后，应当进行进一步的计算，在获得相近数值后，证明桥梁支架实际性能对最终的建设结果不构成较大影响，反之则代表桥梁支架的质量较差无法投入使用。设计人员应当及时地作出改变，对桥梁支架进行进一步的材质检测，保障桥梁支架能够在连续梁拱组合桥梁中发挥真正的作用和价值[3]。

4 结语

综上所述，自改革开放以后我国的经济水平得到了显著的提升，对交通运输的需求也随之增多，连续梁拱组合桥梁设计的出现有助于满足人们的需求，以及提升工程建设质量水平。所以，相关企业应当重视连续梁拱组合桥梁设计的关键技术的掌握，积极地开展技术优化工作，为连续梁拱组合桥梁设计作用价值的充分发挥保驾护航，以实现自身行业的可持续发展。