摘要：本文依据某斜靠拱下承式系杆拱桥的实际工程特点和安装方案，针对工程安装与施工中的拱肋吊装、横向变形等关键问题，建立MIDAS/Civil有限元模型对该桥进行计算分析，并提出了相应的解决方案，为同类型桥梁的设计施工提供参考。
关键词：系杆拱桥；斜靠拱；关键技术；施工；安装
1 前言
斜靠式拱桥是在提篮拱桥基础上发展起来的一种新型拱桥。其结构由四片拱肋组成，中间两片为竖直拱肋，两侧各布一倾斜拱肋。中间平行拱肋为承重结构，斜拱为稳定拱。每侧斜拱与竖直拱肋构成人行桥的空间，并与吊杆、桥面系形成空间结构体系。
此类桥型结构新颖，施工困难，受力及构造复杂，空间效应明显，由于斜靠式拱桥国内外建造数量不多，桥梁的建设经验和研究资料也相应匮乏，研究成果相对较少。本文以某斜靠拱下承式系杆拱桥为实例，结合斜靠拱的受力特点，对该桥的结构设计及施工特点、关键问题进行介绍。
2 工程概况与关键构造
某拱桥为斜靠拱下承式系杆拱桥，计算跨径为145m，拱肋采用全焊钢箱矩形断面，共设置四片钢拱肋，分别为两个主拱和两个斜拱。主拱设置在竖直平面内，拱宽1.6m，高2.4m，拱轴线采用二次抛物线，矢跨比为6.042，矢高24m；斜拱设置在斜平面内，拱宽1.3m，高1.95m，倾角71°，拱轴线为二次抛物线，矢跨比为5.664，斜平面内矢高25.6m。主拱肋和斜拱肋间共设8道箱形风撑。
桥面系结构包括主系梁、边系梁、横梁、小纵梁和桥面板，各构件相互焊接或以焊钉连接，最终形成稳定的框架受力体系。全桥包括2根主系梁和2根边系梁，主系梁、边系梁分别与主拱和边拱对应，主系梁采用带上下翼缘的单箱单室钢梁断面。横梁采用工字钢，横梁上翼缘通过设置焊钉与桥面板相连。拱脚处设置端横梁，单箱双室截面，总宽度约为3.4m。小纵梁沿全桥通长设置，共4根。主桥中心线处设置混凝土护栏，全桥共一道；在机动车道、非机动车道内设置钢护栏，全桥四道，两侧人行道拉杆采用钢护栏。
图1 主桥总体布置图（单位：mm）
3 施工关键工艺
3.1施工过程
桥梁施工分以下10个步骤：（1）临时结构施工；（2）吊装拱梁结合段；（3）吊装钢梁GL1~GL3；（4）吊装拱肋中间71m节段，焊接拱肋；（5）张拉水平系杆，拱肋落架；（6）张拉钢梁GL1~3吊杆；（7）吊装钢梁GL4~6并同时张拉对应吊杆；（8）铺设桥面板；（9）二期恒载。（10）调节系杆索力。
3.2钢拱
拱肋、斜拱肋分别分为3个大段节段，依次进行吊装。其中主拱肋、斜拱肋中间段定为合拢分段，水平长度为71m的大节段。
为减少节段总拼工作量，控制节段制造精度，依据钢拱节段特点，将每个节段划分成若干个单元件，包括顶板单元、底板单元、内外腹板单元、横隔板（含吊点横隔板、横隔板）等单元，单元件在车间内完成制造，其主要制造工艺流程：单元制造→多节段连续匹配组装及预拼装→大节段制造→节段涂装→节段运输→桥上连接→桥上涂装。
用浮吊进行整体起吊合拢段。起吊点的设置要确保起吊过程中拱肋结构不扭曲，变形在可控的弹性变形范围之内。实施多节段连续匹配组装、焊接和预拼装一次同时完成的方案。
3.3钢梁
钢主梁节段分为13个大节段，其中2个端横梁节段，节段长8.99m；10个12m长钢梁标准节段；1个10m长的钢梁合拢节段。
钢梁制造与安装划分为四个阶段：即板单元制造，块体制造，节段制造与预拼装，节段桥上拼装焊接；在节段制造中，按照中横梁块体、小纵梁块体、中系梁块体、边横梁块体、边系梁块体的顺序组装与焊接。
钢主梁的安装测量和内力控制，特别是轴线、高程控制，全部采用全站仪。拱肋内力的控制则根据监控提供的有关数据，设置临时水平拉索，进行张拉钢绞线的内力控制，使拱肋在自重作用下产生的水平推力，通过钢绞线张拉达到自身平衡。
3.4拉索
全桥共分2种类型拉索，为水平拉索和吊杆索。水平拉索有主拱水平拉索和斜拱水平拉索，数量各为4根，全桥共8根水平拉索。吊杆索有主拱吊杆和斜拱吊杆，数量各为40根，全桥共80根吊杆索。拉索两端装配冷铸锚具形式，拉索外挤高密度聚乙烯护层（HDPE）。
水平拉索安装时，将拉索安放在展索盘内并利用浮吊将水平拉索缓慢从放索盘中展开，转动吊臂将水平拉索缓慢在空中从桥南侧移动到桥北侧。移动过程中，放索盘同步旋转，确保水平索的放索速度比吊臂转动速度快，以免放索盘侧翻或移位。水平索到达桥北侧的主梁端后，将张拉杆、补芯和拉索锚具连接，利用卷扬机将水平索锚具牵引出拱脚索导管出口，旋上锚具螺母进行锚固。完成水平索的安装就位后，根据监控要求，分阶段分批次进行水平拉索的张拉，全过程共分5次张拉。
吊杆索运至桥面主梁端后，直接利用浮吊在空中完全展开吊杆索，利用浮吊和手拉葫芦的协同作业，将吊杆索上锚具从拱肋索导管下口往上逐步牵引就位，旋上螺母。对于部分短索，若浮吊吊臂无法到位，可以直接利用卷扬机进行上锚点牵引安装。吊杆初张力的确定建议以平衡吊装节段钢梁自重为目标，吊杆力第二次调整以成桥之后的桥面线形达到设计线形为目标。
4 施工关键问题分析与对策研究
4.1 主桥主、副拱肋吊装
现针对该施工过程进行验算，由于斜靠拱的空间效应明显，故通过空间有限元程序进行全桥三维有限元分析。利用MIDAS/Civil程序对结构进行了施工过程中的关键问题进行了计算分析，整个主桥结构划分为1718个单元，共计1404个节点。
图2 某斜靠拱桥有限元计算模型
4.2 拱肋横向变形控制
在主、副拱肋全部安装就位后，由于副拱斜靠在主拱上，主拱将产生向拱肋内侧的横向变形。由图4、5可知，在张拉水平拉索并张拉GL1~3节段相应吊杆施工工况后，主拱连同副拱在拱顶处将产生40mm左右的向拱肋内侧的横向变形，且在后续施工阶段中有继续扩大的趋势。
图3 水平拉索调整后结构横向变形图
图4 水平拉索调整后结构横向变形图（安装风撑）
考虑到一旦内拱肋的倾角偏过拱肋竖直位置，由外倾变为内倾后，拱肋的横向位移值将会迅速增加，拱肋横向位移过大会使拱肋由受压受力状态变为压弯受力状态，严重时会使拱肋箱梁内侧腹板压溃而发生局部失稳破坏和强度破坏，故应在两主拱肋之间设置临时风撑，以控制施工过程中拱肋的横向变形。
4.3中间梁段吊装
对于采用先拱后梁施工方法的拱桥，中间各梁段之间吊装和焊接的时机与整个施工过程中吊杆和系杆索力、拱肋与桥面标高设置有很大的影响。中间梁段安装方法有“逐一吊装，逐一焊接固定”和“先将所有梁段吊装临时固定，并调整标高后，再同时连结焊接固定”两种。
图5 吊装节段GL1后结构变形图
图6 吊装节段GL6调整后结构变形图
由图6、7可知，吊装完全部主梁节段后，拱肋空间线形变化较大，若采用逐一吊装并焊接固定的安装方法，整体施工过程中体系多次发生转换，吊杆力不易确定，也难以对桥面及拱肋线形进行调整。故采用现场架设梁段吊装就位并调整标高后，再同时连结焊接固定的安装方法。
5 结语
斜靠拱式拱桥作为一种新型的空间拱梁组合体系桥梁，结构新颖，受力复杂。本文简要介绍了某斜靠拱下承式系杆拱桥的施工过程，针对施工中的关键问题，采用MIDAS/Civil对该桥建立有限元模型进行计算分析，提出了相应的解决方案，为后续此类桥型的施工提供了借鉴。
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论文作者:臧鹏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/7
标签：吊杆论文; 拱桥论文; 水平论文; 拉索论文; 钢梁论文; 桥面论文; 结构论文; 《基层建设》2018年第19期论文;