鋼管混凝土拱施工方案比選研究

王潤清 游瑩瑩

(1.鄭州大學土木工程學院，河南 鄭州 450000； 2.鄭州大學水利與環境學院，河南 鄭州 450000)

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鋼管混凝土拱施工方案比選研究

王潤清1游瑩瑩2

(1.鄭州大學土木工程學院，河南 鄭州 450000； 2.鄭州大學水利與環境學院，河南 鄭州 450000)

分析了影響鋼管混凝土拱施工的主要因素，通過層次分析法，建立了適用于鋼管混凝土拱施工方案比選的評價體系，并以蒲山大橋為例，對不同的施工方案進行比選，得出了合理的施工方案，為同類橋梁建設施工方案的選擇提供了一定的參考借鑒。

鋼管混凝土拱，施工方案，層次分析法

0 引言

早期拱橋的施工材料往往是以石材為主，由于自重大，因此跨度受到制約，但是隨著鋼管混凝土的出現，使得拱橋的跨度可大大增加，并且隨著理論知識的豐富和實踐經驗的積累，使得鋼管混凝土拱橋在我國各地興建。然而鋼管混凝土拱的施工方法的多樣化使得方案的選比極為重要，建立科學的評價模型可以為鋼管混凝土拱橋的施工方案的優化提供一定的理論依據。本文將層次分析法作為基本方法，在此基礎上考慮到鋼管混凝土拱橋施工的具體特點，提出了一種適用于鋼管混凝土拱的施工方案的選比方法，同時本方法還期待可為其他類似工程評價提供參考。

1 模型建立

層次評價法是一種定性與定量相結合的評價方法，對評價有著很好的可靠性。雖然層次分析法在國內得到了較多的應用，但是根據實踐結果分析發現，這些方法體系還不能完全適合鋼管混凝土拱橋施工方案的選比。主要表現在：1)評價體系對具體的工程本身的特點考慮的較少。2)評價人員專業、經驗、能力有限，不能夠對工程項目做出合理科學的評價。3)鋼管混凝土拱施工方案的影響因素眾多，許多因素并未能夠考慮。

1.1 確定因素，并建立層次結構

根據層次評價分析，按不同的性質把各影響因素分類并建立層次關系。對某一層次的元素來說，它既受上一層次的元素支配，又對下一層的元素起到支配作用，全部因素建立遞階結構(見表1)。本文中各因子不僅要能全面而且能夠充分的反映鋼管混凝土各施工方案的特點，同時盡可能的避免重復和交叉，以保證最終結果的客觀性。

1.2 確定各因子權重

層次結構建立后，將每個層次的影響因素兩兩比較，判斷該層次中各有關元素相對重要性程度，根據重要性等級的比較構造判斷矩陣。最后求出最大特征值根相對應的特征向量，就是每個因素在整個多因素綜合層次評價結構中的權重(見表2)。

表1 鋼管混凝土拱施工影響因素分析表

表2 判斷矩陣的標度及其含義

比較矩陣P為：

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

對于一個由n個元素構成的判斷矩陣只需給出上三角或下三角矩陣，就能計算出判斷矩陣的特征根。

1.3 一致性檢驗

表3 隨機一致性指標

1.4 指標評價

由n位專家對備選的施工方案按照評價指標進行打分得到各指標的評價。本文采用定性與定量結合的方式來對方案進行選比，以保證對各施工方案評價的正確性。

2 實例分析

2.1 蒲山大橋拱肋的具體工況

蒲山大橋位于南水北調工程，焦支鐵路以及洛陽至南陽高速公路聯絡線的交叉處。該橋主要采用桁架式鋼管混凝土系桿拱結構，主橋跨徑為225 m，計算跨徑219 m。拱軸線采用二次拋物線，計算的矢跨比為1∶5。全橋3片拱肋，兩個邊拱肋，一個中拱肋，邊拱肋采用4根主弦鋼管規格為D1 000 mm，而中拱肋采用的是6根主弦鋼管規格為D1 000 mm。拱肋的截面為變高度，由拱頂的4.15 m變化至拱腳的6.15 m。拱肋間共設14道風撐，中間設置1道“米”字撐、兩端各設置1道“K”字撐。兩上弦鋼管間的綴板都采用20 mm厚的鋼板相聯接，下平聯及腹桿采用短鋼管聯接，共同組成空間鋼桁架。

2.2 評價指標權重確定

本文針對鋼管混凝土拱選比體系，結合蒲山大橋的具體工況和施工技術的水平，綜合比較各項因子的相對重要性，建立判斷矩陣，經過一致性檢驗后獲得因子的權重，見表4。

2.3 各施工方案具體評價

經過調查和相關實例的分析最終得到該蒲山大橋的各施工方案的最終得分，見表5。

蒲山大橋實際上采用了支架施工的方法。此評價中支架法打分也是最高。根據實際情況可知，蒲山大橋與焦枝鐵路夾角為71.95°，鐵路上方的拱橋必須一次性通過鐵路，通過支架施工法可以解決這個問題，與纜索吊裝法相比技術要求性不高，而且支架采用的是格構式鋼管柱支架施工，不僅有足夠的強度，穩定性，同時并不像滿堂式那樣浪費材料，節約了建設的成本。

表4 各底層指標所占權重

表5 各施工方案評價結果

3 結語

1)本文重點從成本、工期、技術可行性、施工條件和環境因素對鋼管混凝土拱施工方案選擇進行評價，明確了評價體系的重要影響因素，為該同類項目的施工方案的選擇提供了一定的依據。通過對蒲山大橋鋼管混凝土拱做了方案選擇的評價，證明了該評價體系的正確性，同時也說明了蒲山大橋的施工方法是較優的施工方案。2)在本文中只是考慮了重要的因素，建立的評價模型和指標體系都是初步的，有許多地方都需要改善。同時在具體的施工方案評價的時候由于掌握的資料有限和個人的主觀性的影響，所以評判的不一定完全正確。3)由于我國各地橋梁建設大小不一，施工環境不盡相同，施工方案的選擇要結合當地的實際情況分析，同時由于橋梁建設施工技術的發展，評價體系中的影響因素和指標權重會發生變化。

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[2] 安文杰.基于模糊層次分析法的隧道施工組織方案評價與優化研究[D].成都：西南交通大學，2012.

[3] 仇一顆.模糊層次評價在逆作法施工方案優選中的應用[J].湖南農業大學學報(自然科學版)，2005，31(1)：1007-1032.

[4] 曹恒濤.桁架式鋼管混凝土拱橋施工監控技術研究[D].鄭州：鄭州大學土木工程學院，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

王潤清(1995- )，男，在讀本科生； 游瑩瑩(1995- )，女，在讀本科生

U445

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