淺談鋼管混凝土系桿拱橋主拱肋施工方法

2008/12/22 00:00 來(lái)源:李龍俊

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  摘要:目前鋼管混凝土拱橋在我國(guó)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(jiǎn)單介紹了鋼管混凝土拱橋的特點(diǎn),并對(duì)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(wèn)題,因此,一種新型的拱橋—鋼管混凝土拱橋近年來(lái)在我國(guó)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(guò)程中又可作為支架和模板,給施工帶來(lái)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(guó)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(lái)國(guó)外也有修建,但其真正的發(fā)展在我國(guó),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(guó)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(guó)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(guó)過(guò)去的交通土建工程中得到廣泛的應(yīng)用,為我國(guó)的主橋型。由于我國(guó)的國(guó)情,拱橋橋型中主要是鋼筋混凝土拱和污工拱,現(xiàn)在仍無(wú)法大量應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu);材料強(qiáng)度低,施工方面的問(wèn)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。 

 ?。ǘ╀摴芑炷料禇U拱橋的特點(diǎn) 

  由于我國(guó)的國(guó)情所限,污工拱橋和鋼筋混凝土拱橋長(zhǎng)期以來(lái)在我國(guó)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(duì)鋼管混凝土拱,若做成無(wú)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(wèn)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(wèn)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(guò)程所用的時(shí)間比起成橋使用周期來(lái)說(shuō)要短暫的多,但是施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)行為并不比成橋后的簡(jiǎn)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(chǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guó)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(duì)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(duì)稱的半跨,分別在橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)兩側(cè)利用實(shí)際地形先做好簡(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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。 

 ?。?)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 

  (1)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。 

 ?。?)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。 

 ?。?)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(chǎng)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(guò)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(wú)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(duì)較少,造價(jià)較低,施工工序簡(jiǎn)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(duì)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(lái)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(guó)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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