摘要：钢管混凝土拱桥以其强度高、跨越能力大、施工快捷、桥型美观等优点在我国公路与城市桥梁中得到了广泛应用，计算跨径可增大到几百米。常用的拱桥型式为中下承式双肋拱桥。单肋主拱圈截面型式一般由钢管组成的钢管混凝土桁构，其中上、下弦均为两根钢管及缀板联成的平放哑铃形构件，钢管内和缀板间填充高性能混凝土，上下弦钢管之间用缀条（空钢管）连接，使主拱肋成为钢管混凝土格构柱。本文主要对大跨度钢管混凝土拱桥设计方法与施工控制进行简要的分析和研究。
关键词：钢管混凝土；系杆拱桥梁；施工控制；
一、概述
相比于传统的拱桥建设，钢管混凝土拱桥有着传统拱桥建设无法比拟的诸多优点，比如大跨径、高强度、便捷美观等，基于这些优点，钢管混凝土拱桥已经在我国城市桥梁和公路建设中得到了较为广泛的应用，在大跨度桥梁建设中是主要的桥型选择之一。彭卫，朱陆明[1]分析钢管混凝土拱桥是一种特殊的拱桥形式，其对传统的拱桥结构进行改造，增加了内部超静定结构，使其具有更好的性能比和跨越性。弧形桥梁的内部有拱支及梁的支撑，会在同一时间内建立内部结构、荷载等拱梁，从而具有拱和梁的共同优点。由于梁主要用于承受弯曲，拱主要用来承受压力，这样的组合成功地提高了传统的拱桥的抗弯能力。钢管以参与结构受力为主，同时也是施工过程的支架和浇筑管内混凝土的模板，成桥过程先合拢钢管骨架，再浇筑管内混凝土形成主拱圈。利用钢管骨架或随之形成的钢管混凝土作为劲性骨架，较之传统的型钢骨架，大大地减少了用钢量，减轻了骨架的重量。
二、大跨度钢管混凝土拱桥设计方法
1.某主桥为下承式钢结构系杆拱桥，为单跨跨径132m，主桥标准宽度为35.5m，引桥为预应力混凝土连续箱梁。该工程工期紧、结构复杂、设计和施工技术要求高。
2.桥梁方案设计。根据桥梁的通航要求接坡道路连接，并建立在冲积层软土地基，考虑适用性、设计方案的功能的技术可行性、经济合理性、景观和桥梁的整体协调性及该项目的可行性，通过各种形态的综合比较，钢梁拱桥方案梁高低、道路边坡长度短、适用性强，经济成本低，且拱桥具有外形美观及良好的力学性能和经济指标，与周围环境更加协调一致。
3.拱肋设计。2条吊篮采用的是主拱型箱形截面拱肋，根据景观设计审查意见对拱桥模型进行优化调整，拱肋角度调整为18 °，靠近拱顶。拱横臂采用平板结构，两侧弧形，在中间开椭圆孔。拱肋采用变高的矩形截面钢箱拱肋，拱肋截面宽度1.8米，拱顶至拱脚的高度由2.4米变化到3.3米。拱轴线为抛物线型，拱肋钢材为Q345qD，壁厚30mm。
4.主梁设计。双箱箱型截面梁钢箱截面尺寸为4m（宽）×1.7m（高）。正交异性桥面板的桥面，顶面采用U形闭口加劲肋，梁高2米，沿桥纵向每6米设置一对井架。主梁钢材为Q345qD。
5.端梁设计。主梁端梁是整个桥梁结构的关键部件之一，也是结构受力的最复杂的部分。这是结合主梁和拱肋的一部分，也是主梁系杆锚固位置，承受巨大的反作用力。端梁高度为3米，沿桥梁横向为3米宽，纵向跨度为29米。保证设计合理和施工中的安全。
6.总体布置设计。为了平衡拱推力的水平索和水平压力的拉杆。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆拉杆采用钢丝绳，钢绞线锚头位置高防腐施工要求，优点是能满足平整和垂直弯曲的要求，每拱肋采用四股规格37。考虑自重荷载作用下拱的平衡水平，在拱上拉杆和钢箱梁水平推力作用下的工作状态。
7.系杆设计。系杆纵向间距为6 m，选择低松弛镀锌钢丝85Φ7（标准强度1567MPa），冷冻锚固。考虑到2 ~ 3次吊杆力调整施工工艺，所以对梁拱锚固形式综合考虑施工方便、耐久性好、结构简单影响因素，梁顶张拉方案需要特殊的模具，和一根吊杆需要两张拉千斤顶同步，对施工的要求较高。在大跨度铁路桥梁建设中，对桥梁的结构刚度要求会更高，拱肋应该采用空腹桁架结构形式，这种结构形式的优点就是可以有效的减轻拱肋自身重量，从而大大的提高桥梁的承载水平，并且结构刚度也很好。在钢管拱肋和高立柱施工阶段，采用扣索和横向缆风索增强其稳定性。在桥面板与两岸路堤连接处设置伸缩装置，桥面板与横梁之间除伸缩缝处设支座外，其余不设支座。
8.拱肋中心距及横倾角设计。在本桥的拱肋设计的是中，提篮拱提篮式。这种形式可以大幅度提高结构的横向刚度。拱肋中心距及横倾角选取的原则主要有三方面：（1）拱上结构和拱座基础圬工量最小；（2）满足结构横向刚度要求；（3）满足列车运行平稳性、舒适性和安全性指标要求。在建设中承式钢管混凝土拱桥时，拱轴线无论是选择拱轴系数低的悬链线还是抛物线，都会造成脚段负弯矩过大，在设计中也可以采取有效的方法加以处理。外包箱形混凝土截面的使用不仅可以改善拱脚段的受力，还能防腐，是自重增加有限的情况下最经济有效的方时。在施工中，还要采取一定的方案释放部分恒载负弯矩，如先铰结后固结、分段施工等。
三、施工控制
桥梁工程控制一般由施工前的控制和施工中的控制两大部分组成。对于钢管混凝土拱桥而言，施工前的控制主要指的是：大跨度钢管混凝土拱桥拱肋型式的选择、预拱度的计算和设置、主拱圈标高及线型的计算、吊杆无应力长度的计算。施工中的控制指的是：施工中各阶段的结构几何形状和内力的计算及计算机模拟、误差量测及反馈到调整。罗雄，潘言喻[2]分析由于钢管拱肋合拢成形后，桥梁施工控制的可调因素很少，只有吊杆长度可以微调，因此对大跨度钢管混凝土拱桥的施工控制，应注重施工前的工程控制。在对各施工阶段的结构受力和变形进行分析之前，必须确定一个初始状态作为施工状态仿真分析的起点。对钢管混凝土拱桥而言，钢管拱肋架设完毕时的空钢管状态便是所要的初始状态，在此基础上，对钢管拱肋混凝土灌注、吊杆安装、横梁吊装、现浇湿接头及桥面铺装进行计算机仿真分析。但在初始态确定后仍存在一个施工控制问题，即钢管拱肋吊装阶段的施工控制。钢管拱肋吊装合拢后，灌注管内混凝土，此时混凝土重量作为荷载作用在空钢管拱肋上。而在管内混凝土达到一定强度时，整个钢管混凝土组合结构作为承重构件，承受后续工序-如安装吊杆、横梁、桥面板的荷载作用。由于各种因素的影响，钢管混凝土拱肋施工不可避免存在误差。在安装横梁之前，总要先对钢管混凝土拱圈的标高进行多次测量。为了消除主拱圈的施工误差对成桥线型的影响，一般都是以实测的拱圈几何形状为基准，重新计算吊杆的无应力长度，按计算后修正的吊杆长度下料，并安装吊杆、横梁。钢管混凝土拱桥的吊杆换索问题影响到大桥的耐久性和使用年限，必须在设计时给予合理的考虑，施工时妥善处理。双吊杆桥道系的每根横梁有吊杆，为换索提供了极大的方便，但影响全桥立面美观，一般在大跨径拱桥中采用；小跨径的拱桥一般采用单吊杆。
在一些跨越山区河流或者深谷等地段，常常选择大跨度钢管混凝土拱桥，特别以上承式拱桥为最佳桥式。大跨度钢管混凝土拱桥的建设，是目前道路建设中极为重要的一项工程，需要相关部门与设计部门和施工部门共同协调，把握先进技术，为钢管混凝土拱桥设计的研究提供新思路、新方法。
参考文献：
[1]彭卫，朱陆明.大跨度钢管混凝土拱桥设计与施工综述[J].金华职业技术学院学报，2015，3（4）：8~12.
论文作者:王彬,邢礼荣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/23
标签：拱桥论文; 钢管论文; 混凝土论文; 吊杆论文; 结构论文; 桥梁论文; 拱圈论文; 《基层建设》2018年第14期论文;