提籃系桿鋼箱拱橋施工關鍵技術研究

楊芳

1? 緒論

1.1? 研究背景及意義

大跨徑中、下承式系桿拱橋施工過程中結構內力和位移變化頻繁，不同的施工階段相互影響，尤其橋面系的預應力鋼絞線根據結構受力狀態分批在不同施工階段進行張拉，全橋不同位置吊桿的張拉程序對全橋結構的內力和線形都有顯著影響;同時受施工過程中溫度、施工荷載變化、材料的物理力學參數等因素的影響，結構的內力、線形難以與設計計算值保持一致，拱肋澆筑或架設一旦形成，其線形很難調整。

本項目研究背景橋梁九灣澮河特大橋，結構主跨跨徑較大，構件種類比較多，在施工中存在工序多、難度大等技術難題。橋梁施工期間拱肋、主梁線形及內力發生多次變化，致使結構多次產生體系轉換，在施工過程中結構有可能發生失穩、結構應力超過構件本身承載力等情況。而且，施工過程中，由于材料、機具、施工、計算、測量等方面的誤差，如果不及時加以調整并反饋到施工中，可能由于誤差的積累，導致最后結構線形及內力嚴重偏離設計要求，橋梁在施工過程中發生安全事故的概率也大大增加。嚴重者甚至危及結構安全，在工程中出現災害。

由此，為保證橋梁施工質量和橋梁施工安全，對中、下承式系桿拱橋的施工方法研究是不可缺少的。

1.3? 本項目主要研究內容及方法

內傾剛構一提籃系桿拱組合橋在國內的研究尚處于起步階段，缺乏相應的設計施工規范，超寬大跨提籃系桿結構在組合體系中的應用又遇到許多難題，加之對該橋型的參考資料又少之甚少，因此，有必要對大橋進行施工關鍵技術研究，以保證其施工安全和質量。木課題以泅河興隆大橋為依托，通過閱讀大量文獻和工程實例，采用現場監測等方法，并運用數學計算工具和有限元分析手段，建立空間有限元分析模型，對影響工程質量的關鍵技術環節，開展了大量的試驗研究和分析，總結出一些結論與規律為同類型橋梁施工提供參考。

2? 桿系拱橋鋼梁架設施工過程研究

2.1? 施工重點以及難點。1、主橋鋼梁采用浮吊吊裝，支架法組拼，由于通航要求臨時墩預留通航孔凈寬至少35m，且縱橫梁為全焊接結構，安裝精度高，跨度大，對設備有很高的要求;2、主橋鋼箱拱高度較高，具有一定的線型，采用浮吊支架法高空架設，因此對施工的全過程對支架進行監控，監測受力、變形、位移，確保施工期間的安全非常重要。

2.2? 總體施工方案。九灣澮河特大橋分三部分組成，北岸引橋1361米，主橋135米，南岸引橋1108米，共計2604米，鋼結構部分總重約為13605.3噸。主橋跨越澮河，跨度為132米，總長為135米，為鋼箱系桿拱橋，由縱橫梁，鋼箱拱，風撐，系桿、吊桿等組成。上橋面系為混凝土橋面板。架設時需預留單線40米寬（凈寬35米）雙向航道。

2.3? 主橋架設流程。

步驟一：1、使用一臺50t汽車吊上駁船，至橋位處現場施工臨時支架和防撞樁;

步驟二：1、將吊裝節段運輸至吊裝位置;2、用1臺500t浮吊安裝拱肋交點和縱橫梁，拱肋交點一端臨時固定在混凝土主墩上，另一頭定位于臨時支架上，通過支架的千斤頂和導鏈葫蘆微調就位，線型滿足設計要求后焊接固定，全橋所有桿件均通過此方法就位固定;3、主縱梁從小墩號往另大墩號架設，安裝完縱梁安裝中間橫梁，最后一個縱梁合攏，縱梁和橫梁采用懸拼法拼裝，連接處設置匹配件和托板。安裝合攏段前，需對已安裝拱肋線型進行全天測量，找出拱肋溫度控制變形量規律;根據測量數據對合攏段長度進行修整，然后依次焊接;4、安裝時應進行全程線型監控，以保證桿件線型調整至設計要求，以下所有桿件安裝均需要滿足線型要求;5、依次焊接各桿件接頭焊縫;

3? 結論

3.1? 本項目主要研究結論。興隆大橋為一座結構新穎的V型剛構和超寬大跨徑提籃系桿拱組合橋，由于跨徑大、橋面寬，且這類結構形式的文獻較少，所以該橋的施工技術是特別需要關注的問題，也是很有研究價值的問題。本課題應用MIDAS/Civil，對泅河興隆大橋施工關鍵技術進行相應計算和分析，取得主要成果形成結論如下。（1）本課題研究方法多樣，研究手段先進，介紹了興隆大橋主跨系桿拱和邊跨V型剛構的施工工藝，總體施工方案和主要施工手段充分考慮了結構設計特點和組合提籃系桿拱橋的施工難點，施工技術先進，施工工藝可操作性強，技術經濟指標合理。（2）超寬大跨徑提籃拱組合橋施工技術難度及施工風險大。采用碗扣支架與大直徑鋼管柱聯合支架，既滿足承載力需要，又可合理地利用資源，具有良好的經濟效益。拱肋采用在橫梁上布設鋼管柱進行支承，將大跨徑轉換為多個小跨徑，并且鋼管柱之間設立橫撐和斜撐，來抵消拱肋澆筑過程中產生的橫向力。這種解決超寬和大跨徑結構兩個施工難點的措施，可為同類的大橋提供參考。（3）采用大型有限元分析軟件MIDAS/Civil，對聯合支承體系進行了模擬分析。選取最長橫梁HO橫梁進行計一算，建立橫梁結構模型，模擬不同施工工況下的支反力，將荷載傳遞給支承體系，這樣的分析方法較平均荷載法更為準確。經過計算分析得出各桿件應力水平較小，支架變形屬于彈性變形，可判斷支撐體系穩定可靠。（4）建立空間桿系單元模型，對興隆大橋施工全過程進行模擬仿真分析，確定了施工主要控制工況、各工況下結構內力、控制節點位移等參數，作為施工方案設計的主要依據。

3.2? 本項目主要創新點。（1）分析超寬大跨徑組合提籃系桿拱橋的結構特點和力學行為，介紹澮河特大橋主跨系桿拱和邊跨內傾剛構的關鍵施工技術方案，充分考慮了超寬大跨徑組合系桿拱橋的施工難點，研究其施工過程中合理的施工技術、施工工藝。（2）分析組合支架的構成，分別介紹各自特點。建立橫梁、組合支架空間有限元模型，詳細敘述分析建模過程，包括邊界條件的模擬、各類參數的確定、上部荷載的確定，模擬橫梁的實際施工受力特點，分析影響支架穩定的因素和不利工況。（3）建立全橋空間有限元模型，選取若干關鍵工況進行仿真計算，總結結構位移、內力、應力的變化規律，找出結構應力、變形等方面可能發生的最不利狀態。（4）對拱肋和邊孔剛構的澆筑進行水化熱分析，建立拱肋和邊跨內傾剛構的三維實體有限元計算模型，分析內部和表面的溫度與應力變化趨勢，找出大體積混凝土和異型混凝土溫度和溫度應力的變化規律，為混凝土的正確施工提供依據。綜合考慮混凝土配合比、高標號異形混凝土水化熱以及澆筑工藝等方面的影響，提出了施工過程中降低水化熱，避免拱肋和內傾剛構產生裂縫的措施，提高抗裂性能。

參考文獻

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