淺談鋼管混凝土系桿拱橋主拱肋施工方法
摘要:目前鋼管混凝土拱橋在我國的應用前景非常廣泛，主拱肋施工又是鋼管混凝土拱橋施工的關鍵環節。本文簡單介紹了鋼管混凝土拱橋的特點，并對其中的主拱肋施工方法進行研究。
關鍵詞:鋼管混凝土；主拱肋；施工方法；拱橋
一、鋼管混凝土拱橋概述
將鋼管混凝土應用于拱橋同時解決了拱橋材料高強化和拱圈施工輕型化的兩大問題，因此，一種新型的拱橋—鋼管混凝土拱橋近年來在我國得到了廣泛的應用。根據鋼管混凝土發揮材料作用和施工作用的不同側重，出現了兩種不同的利用鋼管混凝土的形式。一種為鋼管內填混凝土，即鋼管管壁外露，與核心況凝土共同作為結構的主要受力組成部分，鋼管在混凝土施工過程中又可作為支架和模板，給施工帶來方便，材料方面的優點是設計采用這一結構的最主要考慮。一般將這種類型的拱橋稱為鋼管混凝土拱橋。
（一）鋼管混凝土拱橋在我國迅速發展的原因
鋼管混凝土拱橋在30年代的前蘇聯就已出現，近年來國外也有修建，但其真正的發展在我國，主要原因如下:
1、拱橋是一種極具美學表現力的橋型，在我國又有著深厚的文化底蘊，鋼管混凝土結構的應用，使拱橋更加輕巧、柔美，尤其是中承式和下承式橋型，以其獨特的美感在風景區和城市橋梁中備受青睞。
2、我國的鋼管混凝土理論研究處于世界先進水平，一些鋼管混凝土結構的設計規程相繼頒布實施，出版了一批有代表性的專著，鋼管混凝土在廠房、高層建筑、輸變電工程中的應用不斷發展，為鋼管混凝土應用于拱橋莫定了堅實的理論基礎，并提供了寶貴的工程實踐經驗。
3、拱橋作為橋梁的基本橋型之一，在我國過去的交通土建工程中得到廣泛的應用，為我國的主橋型。由于我國的國情，拱橋橋型中主要是鋼筋混凝土拱和污工拱，現在仍無法大量應用鋼結構;材料強度低，施工方面的問題一直制約著拱橋跨徑的發展。鋼管混凝土拱橋一定程度上解決了這兩大難題，成為許多適合拱橋情況下的一個選擇。
（二）鋼管混凝土系桿拱橋的特點
由于我國的國情所限，污工拱橋和鋼筋混凝土拱橋長期以來在我國的拱橋中占絕大多數。但在工程實際中，這兩種橋型主要有以下兩方面的缺點:
1、由于自重較大，水平推力也較大，在軟弱地基的地方不適合修建。對鋼管混凝土拱，若做成無推力的下承式或中承式拱，拉桿的代價較大，且跨徑也不大，因此不經濟。
2、上承式拱在平原地區受通航和兩地接線問題的影響較大。鋼管混凝土系桿拱橋的出現，較好的解決了這兩大問題，大幅度提高了拱橋的跨徑，充分發揮了拱橋豐富的結構表現力。首先，系桿作為全橋受力的構件，主要平衡恒載產生的拱腳水平推力，從而減輕了基礎的受力負擔，減小了基礎工程量，降低了拱橋對地基的要求。
二、鋼管混凝土系桿拱橋主拱肋主要施工方法的重要性
橋梁作為跨越障礙物的空中道路，其施工過程所用的時間比起成橋使用周期來說要短暫的多，但是施工過程中的結構行為并不比成橋后的簡單。橋梁的施工技術是橋梁技術的重要組成部分，而且往往是大橋建設的關健技術。
橋梁的施工方法，除要考慮施工技術設備和現場環境條件等因素外，還與橋梁結構特點密切相關。不同的施工方法，在各階段施工過程中的內力是不同的，有時結構設計往往由施工內力所控制，所以施工方法、施工內力與變形的研究應當成為橋梁建設所關注的焦點，在大橋建設過程中予以充分的重視。
橋梁的橋型、結構、材料、施工工藝等是在相互促進的過程中不斷發展的。隨著鋼管混凝土拱橋的應用推廣，它的施工問題日益受到重視，并已取得了相當的研究成果。眾多科學家未保證施工的順利進行，做了許多有益的技術探索，此外國家贊助的科研項目和新修訂的技術規范中有關鋼管混凝土拱橋的內容都對這種橋型的發展起到了有力的指導和促進作用。
三、轉體施工法
轉體施工法是將拱橋主拱圈大致分為兩個對稱的半跨，分別在橋梁施工現場兩側利用實際地形先做好簡單支架或拱胎模架，在支架或模架上按照設計拱軸線形完成組拼拱肋析架節段和橫向連接構件的工作，并用扣索將組拼成形的半跨拱肋與轉體系統動力設備連成一體，然后操作動力系統施使拱肋旋轉一定空間角度實現主拱肋的合龍。轉體施工根據主拱圈繞拱座的轉動方向可分為三種：豎向轉體施工法；平面轉體施工法；豎轉、平轉組合法。
（一）豎向轉體施工法
豎向轉體施工法一般是將拱圈從跨中分為兩半，在橋軸線上利用地形搭設簡單支架，在支架上組拼或現澆拱肋。在拱腳安裝轉動較，利用扣索的牽引將結構豎向轉至設計標高，跨中合龍完成結構的安裝。
1、豎向轉體施工技術要求
（1）拱肋:在豎轉過程中，拱肋內力隨豎轉角度不斷變化，因而要求拱肋在不同豎轉狀態應具有足夠的強度、剛度和穩定性;同時拱肋安裝重量直接關系到豎轉規模和技術難度，這就要求拱肋輕型化。
（2）豎轉鉸:要求轉動靈活，轉動校的接觸面滿足局部承壓要求。常用的豎轉鉸有鋼板銷子鉸、鋼管混凝土鉸、插入式球鉸。
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（3）扣索:根據豎轉重量及牽引設備，選用鋼絲繩或鋼紋線。扣索數量的配置應充分考慮結構沖擊、自然環境、以及扣索在轉向處的育折影響。
（4）索塔:因地制宜的選用各組拼構件拼裝索塔。由于索塔高度直接關系到拱肋在豎轉過程中的受力狀況及扣索力的大小，應綜合考慮索塔施工難度及材料用量時索塔高度進行優化。
（5）拱上撐架:在拱肋上設置撐架可降低索塔的高度、改善拱肋的受力狀況。
2、豎向轉體施工主要流程
（1）進行主拱基礎、承臺、拱座的施工，同時精確安裝主拱鋼管析架，預埋鋼管和施工所用的活動鉸和索塔預埋件。
（2）在大橋設計橋位投影下方搭建鋼管樁支架及拼裝工作平臺，并修建安全防護設施，之后利用吊運設備，進行兩個半跨塊肋節段的就位拼裝和活動鉸安裝定位，同時完成兩側主索塔的拼裝。
（3）完成主拱肋拼裝后，安裝扣索和主拱肋錨固點
（4）張拉扣索，豎轉主拱肋到設計標高。
（5）調整標高，并安裝合龍段的吊裝或現澆施工設備，拆除鋼管樁和工作平臺。
（6）調整拱肋線型并完成瞬時合龍。
（7）焊接合龍段，完成全橋合龍。拆除合龍段吊裝設備，按設計要求封固主跨拱腳，拆除余下的施工用鋼管樁支架，并根據總體施工組織設計，逐步拆除提升扣索、反力扣索和主索塔。
（8）灌注管內混凝土。
3、豎向轉體施工優缺點
（1）塔架、拱肋同時施工，節約時間。
（2）豎向轉體施工不需大量的施工場地，較好的解決了鋼管拱的安裝線形，拱肋主要在工廠內焊接，焊接質量得到保證。
（3）在施工過程中體系內力容易控制，施工設備自動化程度高，操作方便靈活，無高空作業，安全性好，可靠性高，施工拆遷量少，施工設備、物資人員投入相對較少，造價較低，施工工序簡潔，操作規程明確，施工迅速。
（4）需要在搭建鋼管樁及作業平臺，在水域較深的河道上相對比較困難，并在一定程度上影響河道通航。因此豎向轉體施工不失為不跨度鋼管拱橋施工的一種重要方法，越來越多的被設計工作者們所考慮并采納。
參考文獻：
[1]鐘善桐，鋼管混凝土結構，黑龍江省科學技術出版社，1994
[2]陳寶春，鋼管混凝土拱橋設計與施工，人民交通出版社，2000
[3]鐘善桐，鋼管混凝土在我國高層建筑中的應用，哈爾濱建筑大學學報，1997
（中國混凝土與水泥制品網 轉載請注明出處）
關鍵詞:鋼管混凝土；主拱肋；施工方法；拱橋
一、鋼管混凝土拱橋概述
將鋼管混凝土應用于拱橋同時解決了拱橋材料高強化和拱圈施工輕型化的兩大問題，因此，一種新型的拱橋—鋼管混凝土拱橋近年來在我國得到了廣泛的應用。根據鋼管混凝土發揮材料作用和施工作用的不同側重，出現了兩種不同的利用鋼管混凝土的形式。一種為鋼管內填混凝土，即鋼管管壁外露，與核心況凝土共同作為結構的主要受力組成部分，鋼管在混凝土施工過程中又可作為支架和模板，給施工帶來方便，材料方面的優點是設計采用這一結構的最主要考慮。一般將這種類型的拱橋稱為鋼管混凝土拱橋。
（一）鋼管混凝土拱橋在我國迅速發展的原因
鋼管混凝土拱橋在30年代的前蘇聯就已出現，近年來國外也有修建，但其真正的發展在我國，主要原因如下:
1、拱橋是一種極具美學表現力的橋型，在我國又有著深厚的文化底蘊，鋼管混凝土結構的應用，使拱橋更加輕巧、柔美，尤其是中承式和下承式橋型，以其獨特的美感在風景區和城市橋梁中備受青睞。
2、我國的鋼管混凝土理論研究處于世界先進水平，一些鋼管混凝土結構的設計規程相繼頒布實施，出版了一批有代表性的專著，鋼管混凝土在廠房、高層建筑、輸變電工程中的應用不斷發展，為鋼管混凝土應用于拱橋莫定了堅實的理論基礎，并提供了寶貴的工程實踐經驗。
3、拱橋作為橋梁的基本橋型之一，在我國過去的交通土建工程中得到廣泛的應用，為我國的主橋型。由于我國的國情，拱橋橋型中主要是鋼筋混凝土拱和污工拱，現在仍無法大量應用鋼結構;材料強度低，施工方面的問題一直制約著拱橋跨徑的發展。鋼管混凝土拱橋一定程度上解決了這兩大難題，成為許多適合拱橋情況下的一個選擇。
（二）鋼管混凝土系桿拱橋的特點
由于我國的國情所限，污工拱橋和鋼筋混凝土拱橋長期以來在我國的拱橋中占絕大多數。但在工程實際中，這兩種橋型主要有以下兩方面的缺點:
1、由于自重較大，水平推力也較大，在軟弱地基的地方不適合修建。對鋼管混凝土拱，若做成無推力的下承式或中承式拱，拉桿的代價較大，且跨徑也不大，因此不經濟。
2、上承式拱在平原地區受通航和兩地接線問題的影響較大。鋼管混凝土系桿拱橋的出現，較好的解決了這兩大問題，大幅度提高了拱橋的跨徑，充分發揮了拱橋豐富的結構表現力。首先，系桿作為全橋受力的構件，主要平衡恒載產生的拱腳水平推力，從而減輕了基礎的受力負擔，減小了基礎工程量，降低了拱橋對地基的要求。
二、鋼管混凝土系桿拱橋主拱肋主要施工方法的重要性
橋梁作為跨越障礙物的空中道路，其施工過程所用的時間比起成橋使用周期來說要短暫的多，但是施工過程中的結構行為并不比成橋后的簡單。橋梁的施工技術是橋梁技術的重要組成部分，而且往往是大橋建設的關健技術。
橋梁的施工方法，除要考慮施工技術設備和現場環境條件等因素外，還與橋梁結構特點密切相關。不同的施工方法，在各階段施工過程中的內力是不同的，有時結構設計往往由施工內力所控制，所以施工方法、施工內力與變形的研究應當成為橋梁建設所關注的焦點，在大橋建設過程中予以充分的重視。
橋梁的橋型、結構、材料、施工工藝等是在相互促進的過程中不斷發展的。隨著鋼管混凝土拱橋的應用推廣，它的施工問題日益受到重視，并已取得了相當的研究成果。眾多科學家未保證施工的順利進行，做了許多有益的技術探索，此外國家贊助的科研項目和新修訂的技術規范中有關鋼管混凝土拱橋的內容都對這種橋型的發展起到了有力的指導和促進作用。
三、轉體施工法
轉體施工法是將拱橋主拱圈大致分為兩個對稱的半跨，分別在橋梁施工現場兩側利用實際地形先做好簡單支架或拱胎模架，在支架或模架上按照設計拱軸線形完成組拼拱肋析架節段和橫向連接構件的工作，并用扣索將組拼成形的半跨拱肋與轉體系統動力設備連成一體，然后操作動力系統施使拱肋旋轉一定空間角度實現主拱肋的合龍。轉體施工根據主拱圈繞拱座的轉動方向可分為三種：豎向轉體施工法；平面轉體施工法；豎轉、平轉組合法。
（一）豎向轉體施工法
豎向轉體施工法一般是將拱圈從跨中分為兩半，在橋軸線上利用地形搭設簡單支架，在支架上組拼或現澆拱肋。在拱腳安裝轉動較，利用扣索的牽引將結構豎向轉至設計標高，跨中合龍完成結構的安裝。
1、豎向轉體施工技術要求
（1）拱肋:在豎轉過程中，拱肋內力隨豎轉角度不斷變化，因而要求拱肋在不同豎轉狀態應具有足夠的強度、剛度和穩定性;同時拱肋安裝重量直接關系到豎轉規模和技術難度，這就要求拱肋輕型化。
（2）豎轉鉸:要求轉動靈活，轉動校的接觸面滿足局部承壓要求。常用的豎轉鉸有鋼板銷子鉸、鋼管混凝土鉸、插入式球鉸。
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（3）扣索:根據豎轉重量及牽引設備，選用鋼絲繩或鋼紋線。扣索數量的配置應充分考慮結構沖擊、自然環境、以及扣索在轉向處的育折影響。
（4）索塔:因地制宜的選用各組拼構件拼裝索塔。由于索塔高度直接關系到拱肋在豎轉過程中的受力狀況及扣索力的大小，應綜合考慮索塔施工難度及材料用量時索塔高度進行優化。
（5）拱上撐架:在拱肋上設置撐架可降低索塔的高度、改善拱肋的受力狀況。
2、豎向轉體施工主要流程
（1）進行主拱基礎、承臺、拱座的施工，同時精確安裝主拱鋼管析架，預埋鋼管和施工所用的活動鉸和索塔預埋件。
（2）在大橋設計橋位投影下方搭建鋼管樁支架及拼裝工作平臺，并修建安全防護設施，之后利用吊運設備，進行兩個半跨塊肋節段的就位拼裝和活動鉸安裝定位，同時完成兩側主索塔的拼裝。
（3）完成主拱肋拼裝后，安裝扣索和主拱肋錨固點
（4）張拉扣索，豎轉主拱肋到設計標高。
（5）調整標高，并安裝合龍段的吊裝或現澆施工設備，拆除鋼管樁和工作平臺。
（6）調整拱肋線型并完成瞬時合龍。
（7）焊接合龍段，完成全橋合龍。拆除合龍段吊裝設備，按設計要求封固主跨拱腳，拆除余下的施工用鋼管樁支架，并根據總體施工組織設計，逐步拆除提升扣索、反力扣索和主索塔。
（8）灌注管內混凝土。
3、豎向轉體施工優缺點
（1）塔架、拱肋同時施工，節約時間。
（2）豎向轉體施工不需大量的施工場地，較好的解決了鋼管拱的安裝線形，拱肋主要在工廠內焊接，焊接質量得到保證。
（3）在施工過程中體系內力容易控制，施工設備自動化程度高，操作方便靈活，無高空作業，安全性好，可靠性高，施工拆遷量少，施工設備、物資人員投入相對較少，造價較低，施工工序簡潔，操作規程明確，施工迅速。
（4）需要在搭建鋼管樁及作業平臺，在水域較深的河道上相對比較困難，并在一定程度上影響河道通航。因此豎向轉體施工不失為不跨度鋼管拱橋施工的一種重要方法，越來越多的被設計工作者們所考慮并采納。
參考文獻：
[1]鐘善桐，鋼管混凝土結構，黑龍江省科學技術出版社，1994
[2]陳寶春，鋼管混凝土拱橋設計與施工，人民交通出版社，2000
[3]鐘善桐，鋼管混凝土在我國高層建筑中的應用，哈爾濱建筑大學學報，1997
（中國混凝土與水泥制品網 轉載請注明出處）
編輯：
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投稿：news@ccement.com
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