拱架现浇拱桥施工与监测对结构性能的影响

摘要：箱型截面拱桥在施工中刚度大、稳定性好，成桥后的箱形截面抗弯、抗扭刚度大，箱形截面型式在大跨径拱桥中脱颖而出，适用于大江、深谷等桥位。为了适应时展的要求，拱架施工法孕育而生，而贝雷拱架以其施工便捷，标准化程度高，可反复使用等特点成为一种较常使用的拱架类型。

贵州省道真县瓮溪Ⅱ号大桥是一座典型的大跨度箱型截面钢筋混凝土拱桥，采用拱架现浇法施工完成。

关键词：箱形拱桥；分环分段施工；贝雷拱架；稳定

ABSTRACT:Box shape arch bridge has big stiffness, good stability in the construction. The box section type stand out of the long-span arch bridge for deep canyons and great river and other bridge site because of good box shape bending and big torsional stiffness in the finished bridge. To adapt to development of times, the arch construction method appeared, and bailey arch with its convenient construction, high standardization degree, can be used repeatedly and other characteristics to become a more commonly used arch type.

GuiZhou provincial really county urn creek Ⅱ bridge is a typical large span box cross section of reinforced concrete arch bridge, the arch cast-in-situ method construction completion.

KEY WORDS: Box Shape Arch Bridge; Partial Ring Segments Construction; Bailey Arch Frame; Stability

中图分类号：TU991.11+2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1 前言

1.1 拱桥发展简介

拱桥在我国建桥史上占有举足轻重的地位，以其独有的特色享誉国内外。解放后，我国在拱桥建设方面发展较大。在1958~1960年，我国修建了大量的石拱桥。双曲拱桥以其用料省、造价低、施工简便等优点，得到应用和推广。上世纪九十年代，我国兴建钢管混凝土拱桥近百座。九十年代后，我国修建多座大跨径的钢筋混凝土肋拱桥和箱拱桥。

1.2 箱型拱桥的特点

在某些条件下，拱桥与其它桥型相比具有优势，而箱型截面混凝土拱桥是设计人员在总结了施工和成桥使用的优缺点后创建的。由于箱型拱拱圈截面有一定的挖空，既节省材料又显著提高截面性能，对于大跨径桥效果更为显著。箱型截面具有抗扭刚度大，稳定性好；承重结构与传力结构相结合，各部件共同受力；满足预应力混凝土结构空间布束的要求，截面效率高等优点。

2 施工过程计算与监测分析

2.1 拱架现浇拱桥的现场监测

主拱结构采用拱架现浇施工完成的拱桥，施工阶段的应力和变形非常复杂，且材料参数、环境因素和施工误差等是难以预测，所以设计阶段的理论分析和模拟计算并不能反映实际施工受力状态，因此要对桥梁施工阶段进行监测。现结合瓮溪Ⅱ号大桥的监测工作，对拱架现浇拱桥的监测事项做详细说明。

2.2 桥梁概况

瓮溪Ⅱ号大桥位于遵义市。桥梁主孔是净跨96m的整体现浇钢筋混凝土箱形截面拱，矢跨比为1/6，拱轴系数为1.756，两岸边孔是跨径为8m的预制钢筋混凝土空心板，拱上建筑布置为8m+13×8m+8m=120m，桥梁的立面布置示意见图2.1。

图2.1 桥梁1/2立面示意图（单位：cm）

桥梁横断面尺寸见图2.2。拱圈高度7.5m,拱圈截面高度为1.9m。拱圈为单箱双室截面，一般截面的拱圈项、底板厚度为25cm，拱脚轴线距离1m范围内的拱圈顶底板厚度渐变为50cm，全桥腹板厚度均为25cm。水平每隔4m设一道30cm厚的横隔板，全桥共计23道。拱圈截面尺寸见图2.3。本桥采用贝雷片拱架进行拱圈现浇施工。拱圈分三层浇筑：第一层浇筑拱圈底板和下马蹄，计680t，第二次浇筑拱圈腹板和横隔板，计360t，最后浇筑拱圈顶板和上马蹄，计696t，分层浇筑及拱圈截面逐步形成过程见图2.4。整个拱圈总重1736t（计算中考虑1.05的超方系数，未计立柱底座混凝土用量，此部分混凝土待拱圈混凝土浇筑完毕后另行浇筑）。

图2.2 桥梁横断面布置图（单位：cm）

(a)：1/2拱脚断面 (b)：1/2一般断面

图2.3 拱圈断面尺寸 （单位：cm）

图2.4 拱圈混凝土浇筑分层位置示意图

2.3 贝雷拱架的施工与监测

2.3.1 贝雷拱架简介

本桥拱架由贝雷钢桁架悬臂拼装而成，为了适应设计拱圈线形的要求，在拱架一定位置接入特制的7种形式的阴阳接头。贝雷钢拱架跨度为94.96m，轴线宽7.30m，截面总高度1.70m。贝雷拱架横向分为12排贝雷桁架，每排桁架共31片，共计372片贝雷片。贝雷桁架每两排为一组，组内桁架中心距离为0.45m，组间桁架间距为0.9m和0.95m间隔布置。

2.3.2 拱架拼装

拱架通过使用2-Ф28的钢丝绳作为扣索悬臂拼装而成，钢丝绳的截面积为294mm2，弹模为0.75×105MPa。拱架扣索系统的布置及拼装过程计算模型简图如图2.5所示。

图2.5 安装跨中节段，合拢

在钢拱架试吊和安装过程中，每个吊装节段均要监测扣索索力，索力的监测将贯穿整个钢拱架的安装过程，直至扣索拆除。拱架拼装过程中的索力计算值见表2.1（黑体数字表示张拉索力）。拱架拼装过程中的扣索索力实测值见表2.2。

通过理论计算和实测的扣索索力的比较，在拱架拼装过程中，索力实测与理论计算差值最大为13.6KN，最小为3.3KN，扣索索力均在计算的整个体系安全许可范围内，拱架拼装过程是安全的。

表2.1：拱架拼装过程中的扣索索力计算值（KN）

表2.2：拱架拼装过程中的扣索索力测量值（KN）

2.4 拱圈施工方案

在拱架上浇注拱圈时，拱架将随荷载的增加不断变形。有可能使已经浇注的混凝土产生裂缝。为了避免因拱架反复变形而产生裂缝和减少混凝土的收缩应力，本桥采用分环和分段相结合的方法浇注。本桥拱圈混凝土在高度方向分三层浇注。

2.4.1 拱圈浇筑的关键

对于瓮溪Ⅱ号大桥，浇筑拱圈第一环混凝土时，最大浇筑重量为底板重量、下马蹄重量、模板、脚手架和施工荷载等，且全部由拱架承担。拱圈底板浇筑完成前，拱架系统刚度较小，很容易导致较大的变形；拱架弦杆初始压力很小，很容易出现受拉弦杆，从而使拱架产生很大的非弹性变形。而浇筑第二、三环的混凝土时，湿重由拱圈底板混凝土和钢拱架共同承担，拱架的受力和变形的增量都较小，因此，拱圈底板的浇筑是拱圈混凝土浇筑的关键步骤。

2.4.2 拱圈腹板、顶板的浇筑程序

浇筑腹板混凝土时先期浇筑的底板及下马蹄参与拱架共同受力，浇筑顶板及上马蹄混凝土时开口箱参与拱架共同受力，使得拱圈后期浇筑过程中拱架应力的增量与拱架变形的增量均较小。腹板和顶板具体浇筑程序与底板相同，间隔槽的预留位置错开，浇筑过程中时刻观测拱架的应力与变形。

2.4.3 拱架稳定性分析计算

拱圈浇筑分别对底板、腹板浇注过程的八种工况进行稳定分析。稳定性分析时不考虑联合作用的影响，即底板、腹板混凝土湿重全部由拱架承担，如表2.3所列的稳定安全系数。

表2.3各工况稳定安全系数

由表可知：底板浇筑完毕时，稳定系数为5.94；在不考虑联合作用的情况下，腹板浇筑完毕时，稳定系数为4.53；拱架在施工过程中的最小稳定安全系数为4.53，预压荷载工况下稳定性系数为5.31。满足拱桥稳定安全系数要求大于4的规范要求。

2.5 拱架预压荷载试验

拱架搭设完之后，为检验拱架应具备的强度和刚度、减少地基沉降、消除拱架非弹性变形、确保施工质量和施工安全，对拱架进行预压荷载试验。通过比对分析预压荷载的实测与理论数据发现，拱架主要受力杆件截面应力较为理想，应力实测值比理论计算值偏小，规律性较为吻合，表明拱架承载能力比设计计算情况理想，底板的浇筑是安全可靠的。

3 结论

桥梁施工阶段进行监控的重要性不仅在于桥梁整体的稳定而且还在于结构的安全。通过瓮溪Ⅱ号大桥拱架吊装阶段扣索索力的监控及分析，在施工阶段扣索索力均在计算的整个体系安全许可范围内，拱架拼装过程是安全的。通过稳定性分析，进一步证明施工方案的合理。贝雷拱架是施工过程中的临时结构，作为拱圈浇筑的施工平台，其安全性能是保证是施工成功的关键。

4展望

本文对于拱架现浇拱桥施工过程对结构性能影响的研究还不够全面；对于分环拱架现浇施工法的联合作用问题，有待进一步考虑联合作用的影响随桥梁跨径的变化规律。

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作者简介：张涛(1986年5月生)，女，汉族，重庆交通大学在读硕士研究生，主要从事桥梁与隧道工程方面研究。