摘要：为了研究不同施工方法的自锚式钢管混凝土系杆拱桥的内力分析问题，以采用两种不同施工方法的系杆拱桥为计算模型，通过内力计算对比分析，并结合现场施工过程的控制，找出钢管混凝土系杆拱桥在有无支架施工的受力规律及关键控制点，并对实际设计项目进行指导。
关键词：系杆拱桥、施工方法、内力分析、有限元
1前言
自锚式钢管混凝土系杆拱桥的施工工艺主要有无支架施工工艺、先支架后粱拱施工工艺。对于无通航要求或者河道不受限制的桥梁，可以采用先支架后粱拱的施工方法。对于有通航要求的河道或者河道内不允许设置满堂支架的桥梁，一般可以采用无支架施工，以减少施工期间对河道的影响。本文根据丰宁业主营地桥分别采用有支架和无支架施工的内力分析，阐述了两种施工方法情况下加劲纵梁和吊杆的不同内力特性，以为实际的桥梁设计提出指导。
2桥梁概况
丰宁业主营地桥是丰宁抽水蓄能电站11号路支线跨泄洪排沙明渠进入业主营地的一座桥梁，起点侧与11号路K0+800.671相接，终点侧为业主营地。
丰宁业主营地桥桥跨布置为1-35m自锚式钢管混凝土系杆拱桥，桥梁标准跨径为35m，全长37m，桥面宽度为净—7m+2×0.5m（防撞护栏）+2×1.2m（加劲纵梁）。桥面高程为1019.510m，桥面不设置纵坡，桥面横坡为双向2%。
该桥型为外部静定内部超静定结构，对基础无水平推力。拱肋理论计算跨径33.8m，计算矢高6.76m，矢跨比1/5，理论拱轴线方程为：y=-0.024x2-0.0056x+6.76（坐标原点位于加劲纵梁跨中）。桥面结构采用纵横梁体系、整体桥面板，以提高结构的整体刚度。主要结构构造如下：
1）拱肋及风撑：全桥共设两榀钢管混凝土拱，拱肋为圆形截面，每片为Ф900×18mm的钢管，采用泵送混凝土顶升灌注。拱肋钢管在拱顶设一组排气孔，在拱座处各设一组进料口，待泵送混凝土完毕后，封死排气孔及进料口；拱肋与加劲纵梁固接，两榀拱肋横向间距为9.2m，在拱肋设置三道一字型风撑，风撑截面为圆形截面，采用Ф500×18mm的钢管，风撑钢管内不灌混凝土。
2）加劲纵梁：共两根，为A类预应力混凝土矩形截面梁，预制长度为34.84m，梁宽为1.2m，梁高为1.4m，近支点梁段处加高至2.08m。
3）吊杆：每榀拱肋设有7根吊杆，吊杆间距为4m。吊杆从中间向两边理论长度分别为6.76m、6.381m、5.245m及3.351m。吊杆由36根Φ7平行钢丝成品索组成。吊杆上端锚固在拱肋内，下端锚固在加劲纵梁内，采用单端张拉，张拉端设于纵梁底部，固定端设于拱肋顶部，吊杆锚垫板上下导管外设加强螺旋筋及锚筋，以弥补吊杆锚固对加劲纵梁和拱肋截面的削弱。
4）横梁与桥面板：全桥共设9道钢筋混凝土横梁，其中有2道端横梁、7道中横梁（吊杆处横梁）。端横梁采用矩形截面，中横梁采用T形截面，上翼缘为整体桥面板。端横梁宽2m，中横梁翼缘宽3.5m，底宽0.5m。桥面板采用整体桥面板，板厚0.25m。
3不同施工方法介绍
拱桥设计计算时，为准确模拟截面的分阶段施工，考虑了分层截面的分阶段形成以及由于收缩徐变引起的效应重分布，本文主要考虑有支架和无支架两种施工方法，有支架施工工序与无支架施工工序。
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有支架施工工序：
阶段1：在河道搭设满堂支架
阶段2：现浇加劲纵梁及拱脚，张拉加劲纵梁预应力钢束N2、N3；
阶段3：现浇端横梁；
阶段4：整体吊装拱肋；
阶段5：安装风撑
阶段6：灌注拱肋混凝土
阶段7：安装中横梁，从中间向两边对称安装；
阶段8：现浇桥面板、湿接缝；
阶段9：安装吊杆，从中间向两边对称张拉吊杆；拆除支架，安装栏杆、桥面铺装，张拉加劲纵梁钢束N1，灌浆封锚；
阶段10：二次张拉吊杆，从中间向两边对称张拉吊杆；
阶段11：成桥、考虑收缩徐变3650天。
无支架施工工序：
阶段1：预制加劲纵梁及拱脚，张拉加劲纵梁预应力钢束N2、N3，整体吊装加劲纵梁及拱脚；
阶段2：现浇端横梁；
阶段3：整体吊装拱肋；
阶段4：安装风撑
阶段5：灌注拱肋混凝土；
阶段6：安装吊杆，从中间向两边对称张拉吊杆；
阶段7：安装中横梁，从中间向两边对称安装；
阶段8：现浇桥面板、湿接缝；
阶段9：安装栏杆、桥面铺装，张拉加劲纵梁钢束N1，灌浆封锚；
阶段10：成桥、考虑收缩徐变3650天。
4结构内力分析
自锚式钢管混凝土系杆拱桥的结构分析，可采用平面或者空间有限元法。有支架施工和无支架施工有限元模型的差别在于施工阶段的定义，施工完毕成桥后，二者在运营阶段的受力模式相同，活载的影响相同，故二者的差别在施工阶段荷载的作用效应。
4.1加劲纵梁受力特性分析
由于施工方法的不同，两个模型中加劲纵梁的受力状态截然不同。有支架施工时，加劲纵梁弯矩很小；无支架施工，加劲纵梁弯矩很大。对应两种情况，加劲纵梁所配置的预应力钢束的阶段和数量就不相同。无支架施工，由于恒载产生的弯矩大且产生时间较早，在施工阶段第一步就需要配置较多的钢束并完成张拉，待护栏、二期铺装施工完成，进行第二次预应力张拉；有支架施工，由于支架的存在，加劲纵梁的弯矩小，可根据实际情况对加劲纵梁采取少量配置预应力钢束或不配置预应力钢束的措施，待支架拆除后，再进行预应力钢束的张拉。
采用无支架方法施工的系杆拱桥与有支架施工的系杆拱桥相比，加劲纵梁的钢筋指标和预应力钢束指标均较高。当采用无支架施工时，加劲纵梁前期除了需要平衡自重外，还需要承载施工过程中梁体上部结构。而有支架施工，粱拱体系成型后才拆除支架，施工过程中的加劲纵梁的受力较小。
4.2吊杆受力特性分析
不同的施工方法，吊杆张拉的时机选择有所不同。有支架施工方法中，吊杆的初张拉要在纵横梁体系完全浇筑并达到设计强度以形成梁格体系、共同受力以后张拉。无支架施工吊杆的初次张拉在灌注完拱肋混凝土后进行，目的在于通过张拉吊杆形成梁拱组合体系共同受力，为下一步吊装中横梁等部件提供有效的支撑。吊杆张拉时间的节点不同，相应的力学特性也存在差异。有支架施工时加劲纵梁的竖向位移较大，无支架施工时的竖向位移较小。通过对比发现，为达到相同的竖向控制位移值，有支架施工时所采用的吊杆张拉力比无支架要小。同时，有支架施工时，初张力的拉力比较小，可以采用一次张拉法。
可见，两种施工方式对吊杆张拉力的大小、张拉时间的选择及张拉次数都有显著的影响。
5结论
由本文分析可知，自锚式钢管混凝土系杆拱桥的加劲纵梁和吊杆的受力特性与施工方法、施工步骤密切相关，设计时应总体考虑拱桥施工全过程的关键技术。施工方法的选择需要根据现场施工条件，外部边界条件以及结构型式等综合因素确定。不同的施工方法不但影响工期，还影响施工过程中及成桥后的加劲纵梁的内力，从而对吊杆张拉力设计值和加劲纵梁钢束配置影响很大。
在实际设计过程中，必须结合现场情况及施工方法，对桥梁结果进行详细的内力分析。
参考文献：
[1]陈宝春，《钢管混凝土拱桥》，北京：人民交通出版社股份有限公司
[2]中华人民共和国交通运输部发布，《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50—2011），北京：人民交通出版社股份有限公司
论文作者:李征徽,李波
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/18
标签：吊杆论文; 支架论文; 阶段论文; 桥面论文; 拱桥论文; 横梁论文; 混凝土论文; 《基层建设》2018年第31期论文;