大跨度上承式钢筋混凝土箱肋拱桥设计与施工
大跨径钢筋混凝土拱桥拱肋斜拉扣挂施工扣索索力计算与优化
第４８卷第１期２０２２年３月湖南交通科技ＨＵＮＡＮＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４８Ｎｏ．１Ｍａｒ．，２０２２ 收稿日期：２０２１０３?１５作者简介：谌 呈（１９８３—），男，工程师，主要从事农村公路与桥梁建设管理工作。
文章编号：１００８８４４Ｘ（２０２２）０１?００８４?０５大跨径钢筋混凝土拱桥拱肋斜拉扣挂施工扣索索力计算与优化谌 呈（怀化市农村公路建设办公室，湖南怀化 ４１８０００） 摘 要：为研究拱桥斜拉扣挂法扣索索力优化算法，以某主跨１９５ｍ钢筋混凝土拱桥为研究对象，运用改进零位移法和弹性－刚性支撑法进行斜拉扣挂法扣索索力计算。
对比挑选合理值，再基于Ｍｉｄａｓ软件中的未知荷载系数法对挑选值进行优化计算，结果表明：优化后的扣索索力满足实际施工要求，能确保吊装过程中预制拱肋截面应力不超标，同时合龙成拱线形与一次落架成拱线形基本一致。
关键词：未知荷载系数法；弹性－刚性支撑法；改进零位移法；钢筋混凝土拱桥；扣索索力 中图分类号：Ｕ４４５文献标志码：Ａ０ 前言大跨度钢筋混凝土拱桥预制拱肋采用斜拉扣挂法吊装施工时，扣索索力计算是其中的一大难点，确保预制拱肋节段在吊装过程中截面上下缘拉压应力不超标以及拱肋节段合龙后线形与一次落架成拱线形一致是斜拉扣挂法扣索索力计算控制重点。
对于斜拉扣挂法合理扣索索力的计算，大量从业人员研究了许多实用方法，如零位移法、零弯矩法、力矩平衡法以及弹性－刚性支撑法等［１］，研究方向的偏重点不同导致各种方法各有利弊。
本文以改进零位移法和弹性－刚性支撑法对工程实例进行扣索索力计算，通过对比扣索索力大小和预制拱肋节段各施工阶段截面上下缘最大拉压应力的大小，挑选较为合理的一组索力，同时分析两种方法利与弊。
最后运用未知荷载系数法对该组索力进行优化分析，使拱肋施工阶段应力与合龙成拱后线形更加出色，从而达到预定的控制要点，满足实际施工要求。
１ 计算理论１ １ 改进零位移法零位移法基本原理为：以拱肋索扣点处的位移为零作为控制目标，通过调整索力大小，使索力与拱肋节段自重达到平衡，此时拱肋上索扣点均达到设计拱轴线的标高［２］。
混凝土拱桥(-施工方法)
混凝土拱桥
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悬臂浇筑施工
混凝土拱桥
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拱桥浇筑施工
混凝土拱桥
第四章 拱桥的施工 第一节 混凝土拱桥施工方法简介 10
2、预制安装法
预制安装法按所采用的材料可以分以下两种： （1）整体安装法； （2）阶段悬拼法
整体安装法中拱片需进行三点验算： a）拱肋从平卧到竖立的翻转过程中，应将此两个起吊点视为作用于其
阶段悬臂拼装示意图
混凝土拱桥
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阶段悬拼法中预制安装（缆索吊装设备）
混凝土拱桥
14
缆索吊装施工
混凝土拱桥
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3、转体施工法
转体施工是将主拱圈从拱顶截面分开，把主拱圈混凝土高空浇筑作业 改为桥孔下面或两岸进行，并预先设置好旋转装置，待主拱圈混凝土达到 设计强度后，再将它就地旋转就位成拱。按照旋转的几何平面可分为三种： （1）平面转体施工法 （2）竖向转体施工法 （3）平—竖相结合的转体施工法
混凝土拱桥
第四章 拱桥的施工 第二节 上承式拱桥的有支架施工 29
◆ 间隔槽混凝土，应待拱圈分段浇筑完成后且其强度达到75%以上 设计强度，并且接缝按施工缝经过处理后，再由拱脚向拱顶对称 进行浇筑。 ◆ 浇筑大跨径拱圈时，纵向钢筋接头应安排在设计规定的最后浇 筑的几个间隔槽内，并应在浇筑这些间隔槽时再连接。 ◆ 浇筑大跨径拱圈（拱肋）混凝土时，宜采用分环（层）分段法 浇筑，也可沿纵向分成若干条幅，中间条幅先行浇筑合龙，达到 设计要求后，再按横向对称，分层浇筑合龙其它条幅。 ◆ 大跨径钢筋混凝土箱形拱圈（拱肋）可采取在拱架上组装并现 浇的施工方法。
1、就地浇筑法
就地浇筑法就是把拱桥主拱圈混凝土的基本施工工艺流程（立模、 扎筋、浇筑混凝土、养护及拆模等）直接在桥孔位置来完成。按所使 用的设备分为以下两种： （a)支架施工法； （b)悬臂浇筑法。
大跨度钢管混凝土拱桥设计与施工综述
金华职业技术学院学报
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接。为了比较这两种桥道系结构的力学性能与行车 条件， 这里选取一个节间的桥面结构用薄板有限元 理论进行分析， 连续桥道系简化为对边夹支对边自 由板， 简支桥道系简化为对边简支对边自由板。计 算结果 显示：
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的所有焊缝（ 包括拱脚三角铰在内） 应达到一级焊 缝标准， 其余均为二级焊缝标准。焊缝的内部质量 检验按以下要求进行： （ 对接接头焊缝应 $((, 进行超声波探伤， 并 $） 抽取不小于其焊缝长度的 $/, 进行射线探伤； （ 角焊缝应 $((, 进行超声波探伤； %） （ "）若经超声波探伤已可认定焊缝存在裂缝， 则应判定焊缝质量不合格； （ 若用超声波探伤不能确认缺陷严重程度的 0） 焊缝， 应补充进行射线探伤， 并以射线探伤为准。
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施工中
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施工中
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!"! 拱轴线的选择
拱轴线形状直接影响 主 拱 截 面 内 力 的 分 布 和 大小， 选择拱轴线的原则就是尽可能降低由， 必须用扣索斜拉到 塔架上， 拱肋分段长度要考虑到起吊能力和扣索的 拉力。缆索吊装系统和斜拉扣挂系统（ 图 %） 均是施 工临时设备， 但由于它们在大跨径拱桥施工中的重 要性， 必须单独设计计算和施工。千斤顶斜拉扣挂 悬拼 架 设 法 在 大 跨 径 钢 管 混 凝 土 拱 桥 施 工 中 普 遍 采用， 其主要优点 !&1 2#是： 采用强度高、 承载力大、 延伸量小、 变形稳 （ $） 定的钢绞线作斜拉索， 减小了架设过程中的不稳定 非弹性变形； （ %）采用千斤顶张拉系统对斜拉索加卸拉力、 收放索长， 张拉能力大， 行程控制精度高， 索力调整 灵活， 锚固可靠； （ 斜拉扣挂体系自成系统， 不受缆索吊装系 "） 统干扰； （ 可以准确计算悬拼架设过程中各施工阶段 0） 的索 力 、 延 伸 量 以 及 由 此 产 生 的 大 段 接 头 预 抬 高 量， 作为施工监测适时控制的依据。
大跨径钢管砼拱桥吊索施工及监控技术
0 引言下承式钢管混凝土系杆拱桥以其跨度大、结构轻、造型美、省建材等优点，被广泛应用。
该桥型的吊索是将外部荷载由系杆传递给拱肋的关键构件，决定桥梁最终成败的关键，通过对国内类似桥梁结构监控技术的了解发现：唐俊等[1]的连续刚构桥挂篮主体结构监控点布设并采集挂篮数据进行应力应变分析。
黄中营等[2]利用Midas 空间有限元程序对钢栈桥施工各工况进行仿真分析计算方法。
本文在此基础上结合空间有限元仿真和频谱法实测的数据相互对比，并借鉴了黎栋家等[3]对钢管砼拱桥结构分析方法，验证吊索在施工中精度以及后期加动载作用下的结构可靠性。
提出通过监控取得实测数据与仿真设计和理论研究的对比，分析桥梁在各种工况下吊索力学性能变化的观点。
1 工程概况新建桥梁——山阴路跨秦淮河桥位于南京市江宁区禄口街道山阴路。
桥梁全长289.56m。
桥梁荷载等级是公路I 级，跨径布置（3×20）m+（4×20）m+83.2m+（3×20）m，主桥采用1～83.2m 下承式钢管砼系杆拱一座，其立面图如图1所示。
2 技术应用的目的对于系杆拱来说，吊索是该类桥型的施工控制难点，究其原因，吊索的张拉将引起拱肋和系杆的受力及变形的耦合效应。
吊索的施工精度、张拉的次序直接决定着系杆拱桥成桥后的内力分布状态以及桥梁的安全运营和使用寿命。
吊索的施工技术目的是确保各构件的制作安装精度满足设计要求。
监控技术的应用旨在通过全程收集吊索参与整体受力后各主要构件的结构数据，印证吊索在不同工况下，引起的系杆、拱肋的应力和变形及自身的索力值的变化与理论研究的吻合程度，为最后判定桥梁在施工和荷载试验下的安全性提供依据。
3 吊索施工工艺及技术难点虽然吊索自身安装是在系杆及拱肋完成后实施的，具体工序流程如图2所示（鉴于篇幅，图中工序从拱肋吊装开始），但为保证其施工精度，从上部结构开工前，项目部就高度重视，成立的专项技术团队立项《提高系杆拱桥吊索安装一次验收合格率》的QC 质量攻关课题。
大跨度中承式钢箱系杆拱桥施工技术
科学技术创新2021.24钢箱拱桥跨越能力较大、外形壮观雄伟，是大跨度桥梁的一种重要结构形式。系杆拱桥属于一种组合体系桥梁，由系杆、拱、桥面系梁板、吊杆协同工作，它集中了拱与梁的优点，在外荷载承担方面，拱的受力有利，能使拱肋稳定性得到提高，对杆、梁的受力也有利，使其结构刚度得到提高，这样使梁受弯和拱受压的结构特性得到充分发挥。钢箱系杆拱桥造型优美，受力性能良好，同时其钢结构自身质量较小、施工周期短、建筑高度小等优点。大跨度拱桥常采用分段预制、现场拼装的方法施工。由于无法像中小桥那样采用满堂支架现浇的方式进行施工，也无法对主梁和拱肋等大型构件进行整体预制，分节段预制拼装的施工方法会因为节段逐渐加长，应力会逐渐增大，结构线形也变得越来越复杂和难以控制[2]。再加上实际施工材料的力学参数和位移等都会与设计有一定差异，节段立模标高、测量、以及吊杆长度误差，吊杆平竖弯参数、以及环境变化等因素对结构变形的影响在设计过程中是考虑不到的。因此大跨度拱桥施工常出现拱顶无法合龙、拱肋和主梁线形扭曲、系杆张拉控制不到位等一系列工程问题。因此，本文以黎明大桥为工程实例，探讨其施工关键技术，以供中承式钢箱系杆拱桥施工参考。1工程概况云南西双版纳澜沧江黎明大桥主桥采用为飞燕式无推力中承式钢箱系杆拱桥，跨径布置为65+310+65m，拱肋理论计算跨径310m，拱轴线为悬链线，矢高为77.5m，矢跨比1/4，拱轴系数m=2.2；飞燕线形采用直线段加悬链线，悬链线段跨径为116m，矢高28.9193m，拱轴系数m=8.5的半拱。该桥道路等级为一级公路，双向四车道布置，设计时速为60km/h，设计荷载公路-I级。桥梁宽度：拱桥主跨区段宽度为（3.3m人行道+3.25m拱肋及吊索区+0.5m护栏+2.5m非机动车道+8m机动车道+0.5m中央分隔带+8m机动车道+2.5m非机动车道+0.5m护栏+3.25m拱肋及吊索区+3.3m人行道=35.6m）；飞燕区桥面宽渐变为30m，保证行车道净宽与路基同宽。黎明大桥采用缆索吊装施工方法，飞燕及主拱混凝土采用支架现浇，钢箱拱肋及格构梁采用吊装施工。钢箱拱及格构梁均在钢结构加工厂制作，试拼组装完成后，拆成单元件，现场通过缆索吊装系统起吊、安装。2总体施工工艺流程根据桥梁的结构特点，结合桥梁所处的水文环境，制定了针对性的施工流程。桥梁的总体施工工艺流程如下：①完成飞燕及主拱混凝土支架现浇；②完成索塔、锚碇等基础施工；③按照缆索吊装施工设计图完成缆索系统的布置；④布置缆索吊桩监控监测系统；⑤完成1～5#节段钢箱拱肋安装及5#节段一字横撑安装。⑥依次完成6～12#节段钢箱拱肋安装及09#、12#节段一字横撑安装，合龙段安装；⑦拆除主拱混凝土段现浇支架，搭设格构梁起吊平台；⑧完成飞燕梁段格构梁安装；⑨安装吊杆；⑩安装临时系杆；輥輯訛从E1、F1～F＇依次完成拱下节段格构梁安装；輥輰訛分级张拉临时系杆；輥輱訛安装桥面板；輥輲訛安装永久系杆；輥輳訛拆除飞燕段现浇支架；輥輴訛拆除缆索吊装系统；輥輵訛完成其他附
上承式二次抛物线钢筋混凝土拱桥施工
上承式二次抛物线钢筋混凝土拱桥施工一、概要当涂凌云大桥边跨拱肋是为系杆提供锚固端，平衡主拱推力而设置，故又可称之为平衡拱。
边跨长29.4m，边跨拱肋端部3.85m长为直线段，25.55m长为半拱形结构，拱轴线为二次抛物线的一半，矢高7.3m,矢跨比1∕7。
拱肋采用变截面C40钢筋混凝土矩形截面，高度由2.0m变化至拱脚2.638m(拱墩相交处)。
在端部16.65m长范围内桥面系采用C40钢筋混凝土密肋现浇板结构，板高在桥面中心线处为2.0m,顶面倾斜，满足桥面横坡要求密肋桥面板由4道中纵梁、道边纵梁和1道支点横梁、5道中横梁、1道和II形板连接横梁，形成一个整体箱形结构，有利于边跨的安全和稳定。
二、结构原理上承式二次抛物线现浇钢筋混凝土拱桥是中承式钢管混凝土系杆拱桥两端的辅助边跨，以平衡整体结构体系转换内部强大的水平推力。
施工中应对现浇拱肋及密肋板的支架搭设、加载预压及砼浇筑等施工工序做好控制。
三、工序施工1、地基处理由于现场地形成斜坡状、土质疏松，为了便于施工将其整修成四层组合式台阶，并做加固防范。
同时对每层台阶碾压后浇筑混凝土面层以作硬化处理。
以达到其平整度、承载力均能满足要求。
2、支架的搭设（1）根据现场条件同时考虑到结构简单易于施工作业、动用的施工设备较少、施工材料的回收、设备成本相对经济等因素。
据此选用满堂支架法。
（2）在搭设脚手架之前要有充分的施工准备。
明确岗位责任制，加强现场质量及安全管理。
尤其对钢管、扣件、脚手板、脚手架进行检查验收。
杜绝不合格产品进入现场，防止脚手架工程中隐患和事故的发生。
（3）搭设时采用5cm普通钢管及扣件搭设支架。
支架经过设计，计算弹性及非弹性变形，同时必须注意支架支撑间的横、纵面关系及斜面支撑，确保支架的整体稳定性。
(4) 为了确保拱肋线形的平顺必须对原设计图的间距进行加密，按图纸设计边跨拱肋的抛物线方程为y=【4f／＜L*L＞】*x*(L-x),通过二次导数及微积分计算出任意截面标高。
拱桥构造
5．横梁 分为： 固定横梁：桥面系与拱肋相交处，应尽量避免 普通横梁：通过吊杆悬挂在拱肋下，截面形式常用矩 形、工字形或土字形或箱形。一般为钢筋混凝土构件， 跨度较大时，也可采用预应力混凝土构件。 刚架横梁：通过立柱支承在拱肋上
2. 拱上建筑的构造 —据构造方式不同，分为实腹式和空腹式 （1）实腹式拱上建筑 1、组成：侧墙、拱腹填料、护拱、变形缝、防水层、泄 水管及桥面等 2、特点：构造简单，施工方便，恒载重 3、适用：小跨径拱桥
拱腹填料的做法： （1）填充式：拱腹填料：砾石、碎石、粗砂或卵类粘土， 亦可用轻质材料侧墙：设于两侧，围护填料，按挡土墙设 计，采用浆砌块、片石，也可采用钢筋混凝土护壁式侧墙。 （2）砌筑式拱腹填料：干砌圬工或浇筑素混凝土侧墙：用 素混凝土浇筑时，可不设侧墙而用砂浆饰面或设镶面
③梁式或板式腹孔：通常是在桥台和墩顶立柱处设 置标准伸缩缝，而在其余立柱处采用桥面连续。
5. 拱铰 （1）拱桥中哪些情况应设铰？ 1）按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈 2）按构造要求需采用铰的腹拱圈 3）需设置铰的矮小腹孔墩 4）施工中，设置临时铰 （2）铰的分类：永久性铰，临时性铰
（3）常用的铰的型式： 1）弧形铰 材料：石、砼、钢筋砼 构造：R2(凹）：R1(凸）=1.2~1.5 宽：等于构件宽 长：（1.15~1.2）倍拱厚 适用：主要用于主拱圈
4、拱板 （1）作用：“集零为整”，加 强拱圈整体性 （2）现浇混凝土（不低于C20）
折线形
平板形 波形
5、横向联系构件 （1）作用：使拱肋变形在横桥 向均匀，避免拱波顶纵裂，保证 横向稳定 （2）形式：横系梁和横隔板 （3）布置：拱顶、腹孔墩下、 接头处，间距3~5m。
（4）箱形拱 箱形拱包括箱形板拱和箱形肋拱 ������ 箱形截面拱的主要特点：
拱桥的受力特点、施工和养护
4、无支架施工之转体施工法
无平衡重平面转体一般构造 1-轴向尾索；2-轴平撑；3-锚梁；4-上转轴；5-墩上立柱；6-扣索；
7-拱肋；8-扣点；9-锚锭：10-斜尾索；11-轴心；12-环道； 13-下转盘；14-缆风索
4、无支架施工之转体施工法
无平衡重转体施工示例：
涪陵乌江大桥位于四川省涪陵市。桥址为V型河谷，水深流急，大桥 全长351.83m，桥高84m，主跨为1跨200m钢筋混凝土箱形拱（此跨度为当时 国内拱桥跨度的第一），矢跨比1/4，拱上建筑为13孔15.8m钢筋混凝土简 支板，双柱式柔性排架，桥台基础置于岩石上，主拱圈采用3室箱，全宽9m 。
有平衡重转体施工受到转动体系重量的限制。过大的平衡重增大了转动 的难度且不经济，一般适用于跨径l00m以内的拱桥。
4、无支架施工之转体施工法
有平衡重平面转体 一般构造
1-尾铰；2-平衡重； 3-轴心；4-锚梁； 5-绞车；6-滑轮组； 7-支点2；8-扣索； 9-支点1；10-拱肋； 11-上盘；12-上下环道； 13-底盘；14-背墙； 15-平衡重； 16-球面铰轴心； 17-竖向预应力筋； 18-舡槽梁； 19-拉杆；20-斜腿； 21-滚轮；22-轨道板
3、无支架施工之缆索吊装法
缆索吊装布置示例 (1-主索张紧绳；2-2号起重索；3-后浪风；4-塔架；5-I号起重索；6-扣索；7-平滚； 8-主索；9-塔架；10-塔顶索鞍；11-地垄；12-手摇绞车；13-扣塔；14-待吊肋段； 15-单排立柱浪风；16-法兰螺丝；17-牵引索；18-侧向浪风；19-浪风)
3、无支架施工之缆索吊装法
（4）扣索； 当拱箱(肋)分段吊装时，需用扣索悬挂端段箱(肋)及中段箱( 肋)，并可利用扣索调整端、中段箱(肋)接头处标高。扣索的一端系在拱箱 (肋)接头附近的扣环上，另一端通过扣索排架或塔架固定于地锚上。 （5）缆风索： 亦称浪风索。用来保证塔架的纵横向稳定及拱肋安装就位 后的横向稳定 （6）塔架及索鞍： 塔架是用来提高主索的临空高度及支承各种受力钢索 的结构物。塔架的形式是多种多样的，按材料可分为木塔架和钢塔架两类 。