时间：2023-10-09 10:45:17
关键词：刚架拱桥、横向分布系数、弹性支承连续梁法、比拟板法、推力体系有限元法
1 引言
拱桥横向分布系数的计算，对于板拱，由于拱上建筑的联合作用，认为活载跟恒载一样由主拱圈全截面均匀地承受；对于肋拱，常借助梁桥横向分布系数的计算方法，如杠杆法、刚性横梁法、弹性支承连续梁法、推力体系比拟板法等进行计算。
刚架拱桥是在双曲拱、桁架拱、肋拱桥和斜腿刚架基础上发展起来的，其横向分布系数的计算方法采用肋拱桥的计算方法。那么这么多的方法各有什么优缺点，现常用的弹性支承连续梁法及其简化方法有哪些合理和不足之处，哪种方法计算最准确，哪种方法计算最方便又具有足够的精度，这些都将在本文中得到阐述。
2 计算方法分析
2.1常规计算方法
2.1.1杠杆法
杠杆法的基本假定是忽略主梁之间横向结构的联系作用，即假设桥面板在主梁上断开，而当作沿横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁来考虑。
该方法主要适用于以下四种场合的横向分布系数的计算：1)双主梁桥；2）计算荷载靠近主梁支点时；3）横向联系很弱的无中间横隔梁的桥梁；4）无横隔梁的装配式箱型梁桥的初步设计。
2.1.2刚性横梁法
在钢筋混凝土或预应力混凝土梁桥上，为了增加桥梁的整体性和横向结构的刚度，除了在钢筋混凝土桥的两端设置横隔梁，还在桥梁跨度中央或跨度四分点处设置中间横隔梁。试验和理论都表明，当桥梁的宽跨比B／L小于或接近于0．5（一般称为窄桥）时，在车辆荷载作用下，中间横隔梁的弹性挠曲变形同主梁相比微不足道，中间横隔梁象一根刚度无穷大的刚性梁一样保持直线的形状。正是基于横隔梁无限刚性的假定，此法也称“刚性横梁法”，从桥上受荷后各主梁的变形（挠度）规律来看，它类似于一般材料力学中杆件偏心受压的情况，因此该法也称为“偏心压力法”。
当考虑主梁抗扭刚度时，引进抗扭修正系数β，此时，该方法称为修正刚性横梁法。
2.1.3弹性支承连续梁法及其简化方法
根据钢筋混凝土刚架拱桥的构造和受力特点，在计算拱桥荷载横向分布时，可将拱桥的横桥向比拟为弹性支承连续梁，在分析时，以裸拱拱顶挠度来比拟带有拱上建筑的拱顶挠度，不考虑拱上路面等方面的影响。
其简化计算方法为：当荷载 P＝1作用于某一拱片上时，其分布的拱片数每侧为两片，到第三片接近于零或为极小的负值，近似直线分配。所以对 P＝1作用于一个多拱片拱的某一拱片上时，其分布只影响到5个拱片，并可作如下的近似处理：反力影响线各坐标的比例按三角形的相似关系为1：2：3：2：1，靠边的拱片，没有三个拱片可以分配时，就把缺拱片那边无可分配的数值都附加在外边的拱片上。由于该方法的多处简化，该方法计算比较方便，使得最后求得的各拱片的荷载横向分布值之和∑ηi，可能不完全等于荷载P，则需要乘以修正系数α，使得α×∑ηi=P，则设计时修正系数为α=P/ ∑ηi。通常该方法在应用时，出于安全保守考虑，需要将计算出来的横向分布系数再乘以1.1的放大系数。
2.1.4推力体系比拟板法
拱桥在活载作用下（除了拱顶对称加载情况外），拱肋将产生弯矩、轴力和剪力，轴线的挠曲变形主要由弯矩引起。在此，轴线变形不仅有竖向位移---挠度f，而且还有顺桥（行车 ）方向的纵向位移 δx，各肋间的空间作用表明，拱上建筑的联合作用使拱肋挠曲变形趋于均匀。
2.2计算方法比较
杠杆法和刚性横梁法在各种版本的桥梁工程书及文献［1］中均可以找到详细的介绍和例题，比较方便的，还可以用桥博软件直接输入一些参数，就可以计算。杠杆法，由于其忽略了横向结构的联系作用，导致中间主梁的计算结果偏大，边梁偏小［2］，这和在拱片上架微弯板再浇捣桥面铺装层的刚架拱桥的实际是不符的。而刚性横梁法，其假设横梁无限刚性，而刚架拱桥虽然有横系梁，但是其整体性还是没有那么好，使得边肋的计算结果最大，偏离了实际结果，而修正的刚性横梁法，只不过使偏差小一些，但还是不如弹性支承连续梁以及推力体系比拟板或有限元法的精度好。
弹性支承连续梁法及其的简化方法，在文献［3-6］中均有不同程度的介绍，其中文献［3］还根据弹性支承连续梁的五弯矩方程，编写了相应的计算程序。该方法是目前计算刚架拱桥最常用和最简便的方法。
推力体系比拟板法的原理和例题，可参考文献［7］，该方法的精度比以上三种方法好，但是其手算过程比较复杂，而且没有相应的计算程序。
有限元的方法，特别是空间有限元计算程序，通过建立全桥的模型，能够更加精确地模拟实际刚架拱桥的各部分构件之间的空间约束作用，因而用它加载计算刚架拱桥的横向分布系数最准确。但是其需要建立全桥的模型，比较费时。
由各参考文献中的实例证明及以上的分析，可得，在用以上各种方法计算刚架拱桥的横向分布系数时，可有下列的排序：
1）按计算精度：有限元法、推力体系比拟板法、弹性支承连续梁法、弹性支承连续梁法的简化方法、修正刚性横梁法、刚性横梁法、杠杆法（从高到低）
2）按计算的简便性：弹性支承连续梁法的简化方法、刚性横梁法、杠杆法、弹性支承连续梁法、推力体系比拟板法、有限元法（从简便到不简便）
2．3 弹性支承连续梁法的合理与不足
由以上的分析比较可得，弹性支承连续梁及其简化方法在计算刚架拱桥横向分布系数时，无论从计算精度还是方便性看，都有它的优势，这是因为用弹性支承连续梁法来计算刚架拱桥的横向分布系数，有它的合理之处：
1）刚架拱桥的整体性较差，横向联系相对来说比不上普通的梁桥；
2）刚架拱桥的主拱片对上部结构的支承，根据变形，应该是弹性支承，而不是刚性支承；
但是该方法也有它的不足之处：
1）只考虑裸拱，没有考虑横向抗扭和整体的框架作用。
2）过分高估桥面板的连续性。
3）没有考虑桥面系横向刚度的变化，也就是如果要用弹性支承连续梁法计算横向分布系数，那么这根连续梁应该是变截面的连续梁；文献［6］中引入弹簧刚度矩阵，考虑了这个问题。
4）荷载横向分布系数在桥跨的各个位置是不一样的，也就是在跨中截面、1/4截面、支点截面连续梁的刚度也不一样，因而在不同地方要用不同的横向分布影响线计算，但是我们通常为了设计计算的方便，全桥所有的内力计算，都采用一个截面的横向分布系数，在一些计算软件中也是如此。 当然，如果这些都加于考虑，在计算上就繁琐多了。
5）其简化算法的不足之处：有关修正、调整的理论依据不足；不满足力的平衡条件或弹性体系的互等定理。
3推力体系的有限元法
在采用有限元法计算刚架的横向分布系数时，常采用大型通用软件，如ANSYS或SAP93，建立桥梁的整体空间模型，然后采用空间支反力的方法，即在横梁与纵梁交点处施加单位竖向力，可得各个支点处的反力，每片拱两端竖向反力之和即为该拱承担的由横梁所传递的力，而此力可作为横梁的支反力。运用此法可得每片横梁的支反力影响线。而采用杆系即平面有限元计算横向分布系数的，倒是在各文献中没有看到。
4两种有限元模型验证
4.1平面有限元模型（桥博）
在桥梁结构设计中，一般将构件简化为平面的力学模型，然后用桥梁专用结构分析软件来进行计算分析。从整体受力角度来看，这种简化是足够精确的。但对于刚架的各向剪切效应，不能考虑由刚结点处刚域内各构件的刚度不同所引起的应力分布不均问题。
4.2空间有限元模型（ANSYS）
为了解决局部复杂区域的受力状态，需要应用通用有限元软件对整个构架进行三维有限元分析。因大跨度构架的三维空间整体结构分析工作量大、在设计角度考虑必要性不大。
5 结论
1、本文建立刚架拱桥横桥向的平面模型---变截面的弹性支承连续梁，考虑了刚架拱桥刚度在横桥向和纵桥向的变化，并用空间有限元的计算结果进行验证。结果表明它比不考虑刚度变化的等截面连续梁具有更高的精度。而且模型只要较少的单元就可以，建模很简单。因此可以考虑用该方法替代常规的弹性支承连续梁法和其简化方法。
2、如果要最准确的方法，那还是空间有限元法。
关键词:刚架 拱桥 加固 方法
0 引言
绍兴袍江荷湖刚架拱桥建于1983年,为单孔跨径L0=40m的刚架拱桥,3片拱肋腿部插入拱座未做固结。桥宽为6m+2×0.2m,设计荷载为汽车—15级。矢跨比为1/8.5。
肋间横向搁置预制微弯板,其上现浇混凝土。
1 病害情况与原因
1.1 主要病害 ①微弯板:混凝土开裂较多,甚至碎落。②拱肋:在跨中下缘附近,有多处混凝土剥落、露筋、开裂。③横梁:主要在近拱脚处有混凝土剥落、露筋。④栏杆:损坏严重。
1.2 病害原因分析 ①超载车辆行驶频繁,超过桥梁设计荷载。②施工时“三材”紧缺,各构件混凝土标号较低,配筋较少,构件单薄。③局部设计不合理。④使用时间已达20余年,缺少维护。
2 设计计算分析
2.1 计算方法 参阅桥梁竣工图,本桥主拱腿仅插入拱座,未予固结,属于铰接。计算程序采用平面杆系结构有限单元法拱桥专用计算程序。①对称荷载作用同单拱,计算内容包括恒载、温度、位移产生的各截面内力。②非对称荷载作用,包括汽车、挂车等荷载,先计算各截面内力,然后对不平衡水平力,按变形协调原理进行分配,并求得各截面的单拱内力,即为所求。
2.2 计算说明 ①恒载:除原恒载外,计入桥面拓宽部分原石、栏杆、横梁铺装等增加的恒载。②活载:两列汽车—20级或单列—100。③温度:安装时平均温度取10℃,当地最高气温为40℃,最低气温为—5℃,故按升温30℃,降温15℃考虑。④位移:拱脚水平位移,每个桥台为0.5cm。⑤横向分布:活载偏载影响,汽车—20级计入冲击系数后,横向分布系数为0.705,挂车—100横向分布系数为0.34。⑥内力组合及配筋计算:按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的规定采用。
2.3 计算内容 先计算各节点的截面积、惯性矩、杆长、转角作为单元基本数据。再计算各截面在不同荷载与温度、位移分别作用下的内力。
2.4 截面加固设计对照原竣工图,截面下缘配筋跨中14m长度范围,下缘加厚12cm,两侧各加厚6cm,截面增加配筋,增加数量为8φ25,在上弦杆接近大结点段的6m长度一段,在下缘加厚12cm,两侧各加厚6cm,增加配筋为4φ25,加上原配筋可满足受力要求。
3施工程序
跨中段拱肋上弦杆下缘的加固,是一项较为复杂的工作,常规的做法是在河床上布置满堂支架。这样,不仅支架多,而且常常由于支架下沉或被船只碰撞而变形,导致拱肋向下变位,影响工程质量。本工程利用原有构件作为支架,进行构件下缘的加固。具体做法如下。①拆除栏杆、缘石、桥面铺装层、悬臂板、微弯板及其上现浇混凝土层,上部结构仅保留主拱腿、实腹段、上弦杆与横梁。②安装支架与立模:在拱肋跨中段与上弦杆斜杆顶点大结点段,利用原有构件顶面支撑,安装支架与立模。③预制微弯板、栏杆、栏柱等。④拱肋与上弦杆加固:布筋、现浇混凝土。⑤悬臂板与缘石立模、布筋、浇注,同时进行微弯板安装。⑥现浇增设横梁与桥面铺装层。⑦安装栏杆。⑧修补裂缝。
4施工要点
4.1下缘加固原拱肋凿毛、去渣、清洗、凿孔。清渣、清洗要认真,立模现浇混凝土前对凿毛部分要洒水湿润,最好使用商品混凝土。商品混凝土不仅质量有保证,而且易流动,施工较易密实,对加固小范围浇灌混凝土特别有利。浇注时须用平板振捣器振实,否则易出现混凝土不密实,甚至有蜂窝、麻面、空洞现象,直接影响构件质量。
【关健字】刚架拱桥; 病因；病害分析;加固改造
近三十几年，我国的道路建设蓬勃发展，修建了四通八达的的高速公路，在公路的建设中考虑到某些地区的地理特征和施工的难易性及成本的问题，于是采用了结构简单、建造方便、成本较低的高架拱桥。但由于原材料的质量问题、施工中的种种原因和这些年不断加重的交通负担，使这些拱桥出现了不同程度的病害，极度地影响了桥梁的使用和行车安全。
1 我国大多数高架拱桥普遍存在的病因：
1.1 桥面最初铺设的混泥土层开裂，存在不同程度的纵向和横向的裂缝，伸缩缝也遭到严重破坏。
1.2 人行道板和栏杆混凝土开裂，钢筋严重锈蚀，栏杆基座混凝土开裂，钢筋外露
1.3 数道中间横隔板端头与拱肋松动，少数接头完全损坏；
1.4 大部分微弯板的跨中位置有纵向裂缝，一些微弯板可从下面观察到被雨水渗透的痕迹，一些微弯板拱脚支点处出现局部压碎破损及松动情况，一些接头严重甚至完全损坏；
1.5 弦杆的边腹孔外弦杆简支端,小节点附近,中腹孔大、小节点附近1~2m有严重超限弯剪、弯曲裂缝、剪切裂缝,裂缝开展高度基本与弦杆相当。跨中段竖向弯曲裂缝。弦杆为边腹孔主要承重构件,这给行车直接带来了安全隐患。
1.6 桥面裂缝
桥面出现裂缝，有的裂缝较大，大多的裂缝属于微弯板接缝开裂或板本身裂缝而反射到桥面上，形成有纵、横向的裂缝.同时，桥面的负弯矩区也出现较严重开裂.裂缝加多逐渐变宽，加剧了桥面的病害，在桥面出现坑槽，行车受到极大影响.
2 导致病因的主要原因
2.1 当桥梁的承载能力大于超载时，桥的各个部分还能正常工作。但这几年车辆超载量严重，载重量是车自身重量的几倍、十几倍、甚至达到几十倍，导致桥面桥面路况严重受损，桥面会对车造成振动，冲击，桥面就会发生巨大变形，导致桥面的某些截面承受力下降，桥的各部分薄弱的环节开裂。
2.2 整体的刚度差
桥的结构简单，轻型，再加上又是预制安装，导致主拱肋微弯板、混凝土填平层及桥面铺装间的连接强度不足; 横向、纵向刚度均弱,易变形。长期承载超重车，各构件裂缝；拱腿脱落,主次拱腿与节点连接处开裂的现象。
2.3 微弯板间的现浇段施工缝强度弱，长期受车辆的挤压，易出现裂缝，严重时甚至破裂，使微弯板的紧密型发生改变。
2.4 施工中出现质量问题
由于刚架拱桥多采用预制、简单方便、迅速的施工方式。所以在实际施工中难免会出现质量问题。如使用的混泥土标号低、配筋较少、构件淡薄，微弯板与拱片间结合不平整,横系梁的焊接钢板接头不牢固等这些质量问题，必会对桥的安全埋下隐患，减少桥的使用寿命。
2.5 桥梁使用时间长，有的桥梁使用了二十几年，一直都缺少养护或养护的力度不够，桥梁在超负荷工作，多年未对其进行养护，使一些细微的问题逐渐加重，最终形成巨大严重破坏桥梁使用质量，影响行车安全的问题，最后出现严重，悲剧性的安全事故。
2.6 在预制安装的微弯板之间纵向没有钢筋连接，在主拱肋上搭接宽度不够，板与板的横向连接不够，导致在负弯矩区纵向刚度和强度不足，从而造成整体刚度和强度不足，当车超重驶过桥面时其容易开裂；同时预制板块之间连接不好，在超重车的作用下，连接缝扩散到桥面上，致使桥面产生裂缝。
3 对桥梁进行加固改造措施
3.1 对桥梁进行加固
原来的桥梁厚度不够而且桥梁内部为空心，因此，当车超载驶过桥面时，桥面会发生摇晃。在加固时，除保留原来的桥梁外，对主拱腿、斜杆上进行加固。增加横梁处受力钢筋的数目，并浇注混泥土。
3.2 对拱片实腹段进行加固
使用粘贴芳纶纤维的方法 粘贴钢板带加固现弦杆底面，指点附近在弦杆的侧面粘贴钢板带来抗剪加固，在主、次拱腿节点处粘贴异型钢板，几个已经断裂的次拱腿，需将其移除后建模再浇注。
3.3 对桥墩加固
主要通过增加桩基根数，扩大墩柱的截面等.对于严重开裂的拱脚、主节点、次节点处，要想办法加固，保证其刚接质量.
3.4 在桥所有的裂缝处用注胶的方式来修补裂缝裂缝防止其继续扩大，
3.5 补强加固法
对那些受损不是很严重还能继续使用一段时间的桥梁，可对其采用补强加固的方法。对常见的桥面的表层损害、拱片、横系梁上少数的保护层脱落，桥台拱座出现细小裂缝进行修补，加固。即所谓的桥体养护工作，进而使其能继续正常工作。
3.6 在对桥开展加固改造前先对桥做一次全面，系统的检查，对桥面做一个细致、彻底的摸底，掌握刚架拱桥存在的所有的病害，确保毫无遗漏。对桥体未出现病因但设计存在漏洞的地方，要防范于未然，应及时联系设计单位进行设计补充。
3.7 为延长刚架拱桥的使用寿命除需进行加固改造外，还需注意日常养护维修。
定期检查主要受力部位是否出现裂缝，并跟踪调查裂缝的发展情况。
桥面要保持平整，出现坑洼时要立即修补，以防跳车使桥梁产生较大的冲击和振动。
桥面产生裂缝时，需迅速灌浆封闭，防止裂缝处神水腐蚀主要受力钢筋
4 结语
由于刚架拱桥结构简单，施工简便，节省材料，建设过程中能节约大量的成本，所以在全国范围内得到广泛应用，但由于施工中采用的原材料不合格，施工过程不规范出现的质量问题以及这些年来日益增加的交通压力，原有的桥梁结构，桥梁截面，桥梁便出现了各种病因，无法满足现在交通的需求，急需对桥梁进行加固改造，通过对桥梁、拱片实腹段、桥墩加固；对还能受损不严重的桥梁进行补强加固，来增加结构的承受力，通过加强对桥梁的日常养护来增加桥梁的使用寿命。
参考文献：
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[2]谭德盼，姜海波，何柏青，等.斜腿钢架拱桥微弯板的病害原因分析[J].广东工业大学学报,2007（3）:
[3]刘洪瑞，周俊带.超载作用下刚架拱桥的病害分析与防治.广东工业大学学报，2003（6）.
在我国公路桥梁系列中，拱桥作为一种古老的桥式以其跨越能力大、承载能力高、可用地方材料、造价经济、养护维修费用少、造型美观等特有的技术优势而成为建筑历史最悠久、竞争力较强。并且常盛不衰，不断发展的桥梁形式。据统计，中国已建单跨100m以上的拱桥115座之多。拱桥仍是我国公路桥梁大跨度桥梁的主要桥型之一。我国公路拱桥的发展，可粗略地分为四个阶段。第一阶段是50年代到60年代中。绝大多数是中小石拱桥，当时也研究过片石混凝土拱桥等，但未能推广。最大跨度拱桥是1961年建成的云南南盘江上的长虹桥（单跨112.5m空胶式石拱桥）。第二阶段是60年代中至70年代，主导桥型是低配筋双曲拱桥。由于双曲拱桥耗用钢材少，施工中能化整为零，需要起重设备少，易于当时搞群众运动，因而得到飞速发展。当时也研究过中小跨径混凝土预制块拱、二铰拱等少筋拱桥。最大跨度是1968年建成的河南嵩县前河大桥（跨度150m，双曲拱桥）。第三阶段是70年代末到80年代，主导桥型是大中跨预制钢筋混凝土箱（肋）型拱桥。采用无支架吊装架设法建成的最大跨度是四川宜宾马鸣溪大桥（1979年建成，跨度150m），采用支架法建成的最大跨度是四川攀枝花市宝鼎大桥（1982年建成，跨度170m）。在这个时期，国外钢筋混凝土拱桥的最大跨度已达390m（南斯拉夫克尔克I桥KrK I，1980年建成）。第四阶段以1990年建成的四川宜宾南门金沙江大桥为标志。该桥系中承式劲性骨架混凝土肋拱桥，跨度240m.居当时中承式拱桥世界第一。宜宾桥采用劲性骨架成拱，悬挂模板，现浇拱肋混凝土，大大减轻了吊装架设重量，保证了成拱安全度。浇注过程中，采用水箱加载调整应力和变形，大大节省了钢材，应用现代电算技术和电测手段进行旅工仿真计算和施工监控，使拱桥施工决策走向了科学化。所取得的设计施工经验和科研成果，极大地推动了我国超大化拱桥技术进步。在随后的几年中。我国几十座跨度100m 以上的拱桥相继建成。1996年建成的广西邕宁邕江大桥跨度选312m，把中承式劲性骨架混凝土拱桥世界记录提高了72m.该桥采用千斤顶斜拉扣挂悬拼架设法悬拼劲性骨拱桁架、浇注拱肋混凝土、调整施工应力和变形，比水箱法更安全稳妥。四川万县长江大桥也是劲性骨架混凝土拱桥，该桥跨度420m，把上承式拱桥的世界记录由南斯拉夫KRK I大桥的390m提高了30m.在此期间，1995年贵州省建成了跨度330m 的江界河大桥，居预应力桁架拱桥世界第一。1995年广东省建成了跨度200m 的南海三山西中承钢管混凝十拱桥、居钢管混凝土拱桥世界第一。1991年湖南风凰县建成跨度120m 的鸟巢河大桥，居石拱桥世界第一这些跨度记录和取得的设计施工经验及科研成果说明，目前，我国拱桥已面跃居世界拱桥先进行列。
（二）我国拱桥的主要结构型式
1.石拱桥是我国修建最早，类型有肋拱、板拱等。
2.钢拱桥：我国在90年代后坍发展为世界最大产钢国以前，钢材相对不多，钢拱桥也修建较少。跨度最大的公路钢拱桥是四川攀枝花市3003桥。跨度为181m（1969年）。
3.混凝土拱桥类型有箱形拱、桁架拱、板拱、肋拱、刚架拱、桁式组合拱、双曲拱、系杆拱、中承式拱、钢管混凝土拱等。其中不少桥型已居世界先进水平。
（三）我国拱桥的施工方法
施工方法是大跨径拱桥最关键的技术。无支架施工是大跨径拱桥的发展方向。目前我国拱桥主要施工方法有：
1.缆索吊装法
缆索吊装施工方法是我国修建大跨度拱桥的主要方法之一。也就是用塔架、缆索和扣索扣挂悬臂拱段，直至合拢。我国一般采用3～7段悬拼，个别多到11段，而且广泛用于多孔。四川宜宾马鸣溪金沙江大桥，为净跨150m钢筋混凝土箱拱，分5段吊装，块件重达70吨。福建南平玉屏山大桥，净跨lOOm肋拱，分5段吊装，块件重达59.1吨。四川万县长江大桥（L=420m）也采用缆索吊装，分11段，段长40m，吊重50余吨。
2.转体施工法
半跨拱圈现场浇注，绕拱座作水平或竖直旋转合拢。其中平转施工拱桥是我国独创。转体施工法近几年在我国发展很快，被广泛用于拱桥施工中，且有所发展： 三峡对外公路卜的黄柏河、下牢溪大桥为有平衡重的平转法，转体总重达3500吨和3600吨，转体重量为目前最大吨位，箕转动球铰采用、下两个经过精密压旋加工的半球型钢板。河南安阳文峰路立交桥在桥轴线反方向预制，竖转到要求标高后，再平转180度合拢。
3.悬臂桁架法
将拱圈、立柱、临时或永久的斜拉杆和上弦杆组成的桁架，悬臂施工直至合拢。我国主要用于组合桁拱，均采用悬拼，不需临时杆件，但要用临时预应力筋。跨径330m 的江界河桥用钢人字桅杆作吊机，最大吊重120吨。
4.刚性骨架和半刚性骨架法
用型钢做成拱形骨架，围绕骨架浇注混凝土，形成拱嘲我国很少采用烈性骨架法，主要采用半刚性骨架，一般骨架合拢成拱后，分底、腹、顶板三层，自拱脚向拱顶浇注混凝土，为防止骨架失稳，需在拱顶区段压重，随混凝土浇注至拱顶区段而逐步卸载。万县长江大桥和邕宁邕江大桥，用半刚性骨架法施工，但其骨架角隅，加直径40cm的钢管，骨架合拢后，管内混凝土。以加大骨架刚度。万县长江大桥采取了把每层混凝土分成6段，对称并同时浇筑，使骨架下挠均匀，避免了一般自拱脚向拱顶浇筑时反复变形较大、拱顶部位需压重及预拱度呈马鞍形等不利因素，是该法的一次重大改进。
5.拱架施工法
我国主要利用贝雷架，在上弦加些小杆件形成贝雷拱架，进行施工。如：湖南用单层贝雷拱架，并用斜拉索扣挂加劲，拼装建成跨径133m的缆子湾沅水大桥。
综上所述可知：目前我国有许多先进且切实可行的施工方法，况且已形成了一套有自己特色的拱桥无支架施工方法即是以缆索吊装为主，结合转体施工法、半刚性骨架法及悬臂桁架法。当然，还须进一步发展和完善。
（四）我国拱桥的发展方向
1.圈的轻拱型化
拱圈轻型化，可减轻对吊装能力的需求，节省上、下部构造工程量，节省造价。我国箱形拱，受吊重的限制，愎板多而厚，其体积可占主拱圈的20～25％ ，而受力上并不需要。因此拱圈轻型化除减薄板件厚度外，还向宽箱，少箱发展，以减少腹扳体积，出现了双箱加顶、底板形成三室箱的拱圈，也出现了向肋拱发展的趋势，或用箱肋，工用矩形肋甚至工字形肋。拱圈的轻型化，对设计和施工也提出了更严的要求：
（1）设计中应考虑大变形理论，用挠度理论或非线性有限元理论来计算内力。
（2）施工中的稳定，特别是肋拱的平面外稳定问题突出。因此往往采用多边段吊装，单中段合拢的施工措施，保证稳定。
2.施工阶段拱圈的轻型化
直接影响减少吊装能力的需求。一些大跨径拱桥施工阶段采用钢—混凝土组合杆件，或钢管混凝土，合拢后再浇注拱圈，可大大减轻吊装重量。带有钢管的半刚性骨架很可能成为特大跨径拱桥最有前途的施工方法。施工阶段拱圈轻型化后，施工阶段稳定性是关键性技术问题应对各步骤的实际结构，考虑几何非线性和物理非线性的影响，计算每一步骤的稳定系数，保证施工万无一失。
3.系杆拱、中承拱有较多采用的趋势
系杆拱由于是无推力结构，对墩台要求，较低，整个桥型结构简便、轻巧，桥面视野开阔，广泛用于公路桥梁。
在城市桥梁和平原地区通航河流上，中承拱往往颇受青睐因为它可降低桥高，矢跨比大，可减少推力；桥面建筑高度小，可缩短桥长；造型美观，为城镇增添景色；造价也较低。目前发展趋势较快。
4.钢管混凝土拱桥迅速发展
【关键词】钢管混凝土系杆拱桥；计算方法；刚度；空间模型
钢管混凝土是我国近年来桥梁建筑发展的新技术，具有自重轻、强度大、抗变形能力强等优点，较好地解决了修建桥梁所需的用料省、安装质量轻、施工简便、承载能力大等诸多矛盾，是大跨径拱桥的一种比较理想的结构材料。
拱桥是一种极具美学欣赏价值的桥梁形式，在我国有着深厚的文化基础，钢管混凝土结构在拱桥中的应用，使拱桥更加轻巧，表现力也更强，其中下承式拱桥更是在城市桥梁中受到青睐。
简支下承式系杆拱桥是属于拱梁组合体系中的一种，利用桥道系的纵梁作为拉杆，拱与梁在拱脚处刚结，支承于墩台支座之上，一方面使拱梁共同承受荷载，从整体上节约材料，另一方面对墩台与基础的要求降低，从外部受力上类似于简支梁。在城市桥梁建设中，该体系拱桥经常因其受力明确，外观简洁又不失美观的特点。
一、工程概况
漳州龙海市南太武滨海新区工业路在道路桩号K1+155处需新建桥梁跨越汤溪，桥址处汤溪宽约80m，两岸有较宽阔的河滩。应汤溪及滨海新区总体景观设计提高的要求，该桥梁主桥方案选择上力求造型美观，又不失简洁及经济性。经前期方案比选，最终以简支下承式系杆拱桥做为主桥设计方案。
二、主要技术标准
1、荷载标准：汽车公路I级，人群3.5kN/m2。
2、计算行车速度：50km/h。
3、桥面宽度：桥面总宽51.6m，布置为6.0m人行道+14.5m车行道+3.3m检修道+4m中分带+3.3m检修道+14.5m车行道+6.0m人行道。
三、总体设计
工业路跨汤溪桥梁主跨为60m钢管混凝土下承式简支系杆拱，拱轴线为2次方抛物线，主拱圈计算跨径L=57.8m，计算矢高f=13.6m，计算矢跨比f/L=1/4.25。拱肋截面采用两半圆插入矩形的组合断面，每幅桥共2片拱肋，两拱肋之间设三道φ1000×12mm一字横撑。每肢拱肋上设置10排吊杆，吊杆间距4.5m。单幅桥设置2道系杆，12道中横梁及2道端横梁。系杆为箱型截面，中横梁为T型断面，端横梁为矩形断面，均为预应力混凝土A类构件。桥面板由横梁顶板连接而成，桥面板、系杆、中横梁、端横梁均采用固结。桥梁总体布置图详见图1、2。
四、结构设计
（一）主拱圈及横撑
主拱圈拱肋为圆端形钢管混凝土，钢管采用Q345C钢材，内灌C40微膨胀砼，钢管砼断面全高1500mm，宽1200mm，壁厚14mm。含钢率ρ=0.047（按JCJ 01-89规程计算，满足要求，能充分发挥钢管混凝土的受力特性和保证钢管管壁的稳定性），每幅桥设两拱肋，拱肋轴线横向间距18.6m，为保证两主拱圈的横向稳定，两拱肋间共设3道一字式钢管横撑，每一横撑由φ1000×12mm空钢管构成。
（二）吊杆
吊杆采用PES(FD)7-85低应力防腐索，吊杆采用单端张拉，吊杆固定端设在系杆的底面，张拉端设在拱肋上钢管的顶部，吊杆布置在中横梁的轴线位置，其纵向间距4.5m，在人行道板顶面布置减震器及防水罩，在拱肋下缘布置减震器，拱肋底至人行道顶面之间吊杆的外露部分设置φ85×1.5mm不锈钢防护管。吊杆安全系数不小于3.5。
(三)系杆
系杆为箱型截面，截面高度1.6m，宽度3.0m，顶板厚度0.25m，底板及腹板厚度0.30m。箱内设横隔板，共10道，厚度0.70m。系杆两端与端横梁及拱肋交汇处（即拱脚节点）为实体。吊杆穿过系杆横隔板，锚固于横隔板下缘，系杆与端横梁、中横梁、车道板形成固结连接。每幅桥系杆根据桥面布置情况，内、外侧系梁结构尺寸不一，外侧系梁悬臂1.7m，作为人行道板。内侧系梁小悬臂0.50m，仅作检修通道。系杆两端为拱肋的拱座，拱肋钢构件埋入拱座的现浇段混凝土中。系杆上缘设置6束12Φs15.2钢绞线，下缘设置8束12Φs15.2钢绞线。
（四）端、中横梁
在两系杆之间布置中横梁，共10道。中横梁均为预制，在现场进行与系杆间湿接缝施工。中横梁为T型断面，高度1.6m，腹板厚0.60m，两侧悬臂板各0.75m。中横梁结构轴线与系杆横隔板、吊杆轴线处于同一平面内。根据施工流程，中横梁内钢束分两批张拉，在预制、养护阶段，张拉第一批钢束，至现场与系杆湿接缝处现浇砼，并养护达到设计强度后，张拉第二批钢束。
在系杆与拱肋交汇处布置端横梁，其两端与系杆固结。端横梁为矩形截面，高度2.0m，宽度2.2m。端横梁与系杆同时浇筑，形成整体，不设施工缝。端横梁上配置8束9Φs15.2钢绞线，两端张拉。
（五）行车道
行车道由中横梁、端横梁及各横梁间后浇段组成。横梁间后浇段板厚0.25m，采用钢筋砼结构。预制中横梁及现浇端横梁时，预留钢筋，待系杆、横梁预应力及吊杆索力调整完毕后，进行行车道板浇筑。
五、计算过程
（一）、结构刚度计算
简支系杆拱桥为无铰拱，截面刚度的计算影响着结构变形、荷载横向分布计算及超静定结构的内力。因此，较准确、偏安全的计算钢管砼拱肋截面刚度，既能保证结构有足够的安全储备，也能保证结构造价的经济性。
目前关于钢管砼拱肋截面刚度的计算主要有以下规程：①CECS 28:90、②JCJ 01-89、③DL/T 5085-1999、④CECS 104:99、⑤DBJ 13-51-2003。各规程对钢管砼构件的截面刚度计算提出不同的公式，或简或繁。
对于无铰拱面内强度验算时，拱肋的抗压刚度与抗弯刚度的增大均引起超静定拱的内力增加，采用较大的刚度值更偏于安全。因此进行内力计算时，拱肋截面的刚度采用钢管与混凝土刚度的直接叠加，即（CECS28:90）推荐的钢管与核心混凝土刚度直接叠加的公式。
在进行结构变形计算时，结构截面刚度越大，变形值越小。在进行弹性一类稳定计算时，结构截面刚度越大，临界荷载值也越大。同时，我们知道截面的抗压刚度对结构挠度与弹性一类稳定计算影响小，而抗弯刚度对此影响大。因此，从结构安全角度出发，在进行结构的变形计算和弹性一类稳定计算时，钢管混凝土拱肋截面的抗压刚度仍采用（CECS28:90）推荐的公式，而抗弯刚度的计算则采用DBJ 13-51-2003推荐的公式，考虑混凝土开裂对截面刚度消弱的影响。
（二）、施工流程简介
1、场地平整，夯实及支架预压。架设满堂支架，现浇系杆中间段。
2、同时现浇系杆两侧梁段及拱脚钢管拱肋，砼达到一定强度后，张拉端横梁及系杆部分钢束。
3、预制中横梁，施工中横梁湿接缝，张拉中横梁剩余钢束。
4、搭设拱肋支架，安装、焊接拱肋及横撑。
5、安装吊杆，施加一定的力，由四拱脚同时向拱顶压注拱肋混凝土。
6、待拱肋砼强度达到要求后，拆除拱肋支架，对称张拉吊杆，吊杆张拉完毕后，拆除下承式结构的支架，使系杆均匀下落，张拉系杆第二批钢束，调整吊杆力。
7、桥面板施工。
8、桥面系施工。
（三）、结构模型建立
采用Midas Civil 2006软件对全桥离散成一空间杆系结构。全桥模型共455个节点、566个单元。拱肋、系梁、横梁及桥面板由梁单元模拟，吊杆由桁架单元模拟，模型共546个梁单元，20个桁架单元。模拟施工流程，分14个施工阶段。空间模型如图3：
（四）、主要计算结果
本文仅对主要受力构件的部分计算结构进行罗列，说明部分问题。
1、拱肋压弯验算
拱肋采用等截面，拱脚处受力最大，在各荷载工况作用下，拱受力呈现面内、外双向偏心受压。
拱脚处不利荷载工况，内力值如下表1（单位：kN；kN*m）：
表1 基本组合 拱脚处内力
轴向 剪力-y 剪力-z 扭矩 弯矩-y 弯矩-z
-14635.13 -1183.15 39.42 -89.77 -500.65 4436.14
由内力根据DBJ 13-51-2003技术规程，验算拱肋抗弯强度及面内、外受压稳定均满足要求。
2、空间第一类弹性稳定分析
由于下承式系杆拱拱肋的竖向刚度比横向刚度大，因此空间稳定问题，主要是考虑拱肋的面外稳定问题。本桥拱肋施工采用支架搭设平台，施工期间拱肋横向稳定无需验算。拱肋间设3道一字横撑，增强拱肋面外稳定。经计算，结构基频为1.38hz，振型呈拱肋面外半波。结构失稳模态为拱肋面外半波正弦，稳定安全系数16.9，满足设计要求，计算结构如图4。
3、系梁应力验算
系梁采用抗扭刚度、抗弯刚度较大的箱型梁，断面内配置12-Φs15.2钢绞线，系梁按预应力A类构件计算，短期荷载组合下，截面均处于压应力，应力数值3.9~12.3Mpa。
4、横梁内力计算
横梁分中横梁及端横梁，从空间计算分析结果看，横梁与系梁固结处负弯矩由跨中横梁向端横梁逐渐增大，究其原因，强大的端横梁的约束作用，使得系梁的抗扭刚度对横梁的受力有较大的影响，系梁靠近拱座处抗扭刚度增大，则引起横梁负弯矩增大。鉴于此，中横梁钢束设计上也区别对待，接近端横梁的2根中横梁的顶缘钢束较其他跨中钢束来得多。横梁内力图见图5（单位：kN*m）。
六、结论
（一）设计过程中采用Midas Civil 2006软件对全桥进行空间建模，细化模拟施工流程，使模型边界条件、受力情况与实际工况基本吻合，全桥各受力构件强度、刚度均满足规范要求，桥梁整体结构安全。
（二）钢管混凝土拱肋的刚度模拟对全桥的内力、变形及稳定计算影响较大，关于钢管砼拱肋刚度的计算公式，目前暂无统一公式，各技术规程的公式也略有不同，因此，笔者认为在保证结构有足够的安全度及造价经济性前提下，建议内力计算与变形、稳定计算时采用不同的刚度计算公式，内力计算采用《钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS28:90）》推荐公式，而变形、稳定计算采用《福建省工程建设地方标准（DBJ 13-51-2003）》推荐公式。
（三）简支下承式系杆拱第一阶失稳模态一般为拱肋面外失稳，当跨径越大时，拱肋侧向稳定问题就越突出。由于平面模型无法进行面外稳定分析，因此需应用空间模型分析拱肋横撑、系梁预应力及桥面板横向刚度对桥梁第一类稳定问题的影响程度。
关键词：桥梁加固技术、应用实例、研究
一、桥梁加固维修技术概述
桥梁是公路交通的咽喉,其使用功能的好坏直接影响整条线路的畅通,既有公路中由于受到当时局限的设计、材料、施工加固等各方面的影响，严重制约了公路运输事业的发展,加上不能适应现在交通量飞速增长，使得旧桥检测和旧桥加固技术显得非常迫切。随着我国国民经济的日益发展，交通运输量的迅速增长，我国危桥较多。若将其拆除重建，不仅要耗费大量资金，而且工期也较长；若有计划、有步骤的对现有旧桥进行加固改造，桥梁加固后，可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满通量的需求，还可以缓和桥梁投资的集中性,为国家带来巨大的经济和社会效益。因此,加固设计必须本着“牢固可靠、简便耐用、经济适用”的基本原则。桥梁加固的原因：1、 随着经济的发展、交通量增大，载重等级发生变化。2、 早年设计的指导思想注重于材料的节省，安全度低。一般来说造成断面单薄、安全储备低，其中最典型的就是双曲拱。3、 桥梁耐久性差和年久老化，如砖拱桥等。4、 近年修建的桥梁，因设计失当或者施工质量差，也存在着加固的问题。桥梁加固的难度大。 已通车的桥梁，有现实的交通需要，因为要在不中断交通的情况下进行加固，所以加固时有交通干扰。结构形式上的限制：加固的原则一般必须利用原有结构进行，只能在原有结构上做文章，所以受到局限。 新老结构的结合是一个难题：这里包含新老结构体系的变化和过渡，还包括新老桥体的结合面。 风险大：因为凡是要加固的桥梁，多半是危桥，结构已处在不利状态，有的还岌岌可危。对旧桥有的缺乏原有的设计资料和施工记录，结构内部情况不详；现有的受力情况不一样，很难确定其结构极限，这给旧桥的加固带来了风险。对加固的技术要求高： 通常业主单位更愿意废弃旧桥另修新桥，除非必要时才利用旧桥而采用加固措施。由于旧桥加固方案的设计，工作量大，收费低，所以一般大的设计单位不愿意承担这样的设计任务。 加固设计需要良好的桥梁理论水平和力学基础知识。确定加固方案时要能正确分析和判断旧桥的安危程度，即其结构状态和内力大小程度。这就需要一定的力学试验以作结构分析的支撑。加固方案实施中存在复杂性。
二、桥梁加固维修的方法
加固维修，简单来说，就是通过一定的措施使构件乃至整个结构的承载能力及其使用性能得到提高，以满足新的要求。加固维修施工方法：1 主拱的加固。从主拱脚起向拱顶方向2.5m范围内均进行加固，变矩形截面为T型截面，以提高主拱的承载能力，增大其刚度和整体性，为了增强新老混凝土的连接，除采用钻孔锚筋，凿掉老混凝土，涂刷掺有丙苯乳液的水泥浆等措施外，新浇上混凝土还采用微膨胀混凝土，尽量减少新老浇混凝土的收缩差，使新老浇混凝土连成整体。混凝土的灌注应从拱脚到拱顶方向对称进行，逐孔施工。为了节省支架，浇筑混凝土的支架支承在主拱脚上。为了减轻模板的自重，施工模板及支架一律采用木质结构。2 桥面板的施工。现浇桥面板应以对称均衡为原则进行，为了延长桥梁的使用寿命，桥面板不设纵缝。拱顶部分的施工支架均以实腹段为支撑，模板支撑在实腹段上，其余部分的施工支架均以弦杆为支撑。3 新老混凝土结合面的施工 ①用硬毛刷或钢刷清洗老混凝土的表面，将混凝土表面的泥土、粉尘、油污及碎渣清洗干净。②用小铁锤将混凝土表面凿毛，凿成间距3cm、深5mm的密布小坑。③用清水冲洗，用钢刷刷洗小坑，将混凝碎渣全部清除干净。④在老混凝土表面上涂刷一层水泥浆，其厚度为1~2mm。为了增强新老混凝土的粘结力，在配制水泥净浆时，要求加入浆液体积10%的丙苯乳液。⑤在涂刷的水泥浆液尚未凝固时，立即浇注微膨胀混凝土，要求振捣密实，各部尺寸满足设计要求。.4 混凝土缺陷及钢筋锈蚀的处理。对有缺陷的混凝土（如蜂窝、麻面、空洞、表面风化、剥落等），必须人工敲打、凿毛、用钢刷来回刷擦，清除不稳定的混凝土部分。为使混凝土表面洁净，必须用水清洗。对锈蚀钢筋，应先凿除掉周围损坏的混凝土，露出的钢筋，用细的钢刷将锈蚀部分清除干净，再外涂阻锈剂，然后再根据情况用高标号混凝土或水泥砂浆填补。为增强新老混凝土的连接，在浇注混凝土之前，应在原混凝土表面刷上一层水泥净浆，以利新老混凝土结合牢固。
三、桥梁加固维修技术的应用
本溪境内头道河大桥建于20世纪80年代，全长 145.8 m 上部结构为3×30m钢筋混凝土刚架拱，桥面全宽18.7m（净-9m主车道+2×0.2m分隔带+2×3m非机动车道+2×1.5m人行道+2×0.15m栏杆），该桥原设计荷载为汽-20，挂-100。上部构造由6个钢筋混凝土拱片组成，拱片采用现浇法施工，由横系梁将6个拱肋组成整体。桥面系为预制的肋板上现浇桥面铺装层，在拱片外侧为预制的悬臂板。下部结构两个桥墩采用钢筋混凝土人工挖孔桩，桩基直径1.4m，采用高桩承台。两个桥台采用重力式桥台，未发现墩台沉降和变位问题。 桥梁主要病害 ①桥面出现多处纵横方向裂缝，特别是沿桩号前进方向由于重车较多，导致裂缝更多，有的肋腋板在运营过程中已经损坏后更换。②车辆行驶过桥时振动较大，尤其是各跨中振动较为明显。③0＃侧桥台上部沿下游方向有局部开裂现象。④各跨主拱腿拱脚上缘出现多处横向裂缝。对桥梁病害原因分析：桥梁本身结构缺陷和承载力不足。刚架拱桥是一种集零散为整的结构，结构尺寸偏小和配筋不足，整体性能差和刚度较低是主要原因。②重载车辆的过度行驶加速了结构的破坏。以上两点是本桥出现严重病害的最主要原因。 加固维修方案： 本桥主要采用加强主拱腿及上部构造的整体性，提高桥梁强度和刚度，用环氧结构胶封闭桥梁裂缝，修补桥梁缺陷等办法进行加固。具体加固措施有：在主拱腿拱脚2.5 m范围内上缘顶面新增钢筋混凝土现浇板，将矩形截面改造为T型截面，改善拱腿受力和加强6片拱腿横向连接。②更换桥面，增强桥面的整体性。由于肋腋板整体性差，与拱片不能形成组合截面，降低了刚架拱桥的强度和刚度。本桥拆除全部桥面铺装及肋腋板，重新现浇钢筋混凝土桥面板，并采取有效措施，使新老混凝土结合牢固，增强刚架拱桥的整体性，提高桥梁的刚度和承载能力。③用环氧结构胶封闭桥梁裂缝。④修复加固桥台及桥梁中的混凝土缺陷、钢筋锈蚀等病害。⑤更换全桥伸缩缝，增设变形缝（缩缝）。⑥完善泄水系统。⑦为保证行车安全、桥面上、下游设置钢筋混凝土护栏。我国交通运输量迅速增长，道路上行驶的车辆密度以及车辆轴重不断加大，势必造成公路桥梁日益不堪重负，桥梁加固维修问题已经成为我们普遍关注的问题。随着科学技术的发展，加固维修桥梁的方法有很多，各有所长，应用时要因地制宜，结合所处地区的实际情况定出比较好的方案，确保危旧桥的改造工作科学合理、经济安全。
参考文献：
1、《混凝土结构加固技术规范》（CECS25：90）中国计划出版社，1992.
2、《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CECS146：）中国计划出版社，2003.
关键词：大跨度钢架拱桥；吊装；拼接；施工
中图分类号：U448.22+4文献标识码： A
我国拱桥的结构类型主要有石拱桥、钢拱桥、混凝土拱桥，混凝土拱桥又主要有箱形拱、桁架拱、刚架拱、板拱、肋拱、双曲拱、中承式拱、钢管混凝土拱等。拱桥的质量一方面建筑材料相关，另一方面施工技术也是影响拱桥质量的关键因素。我国目前的拱桥施工方法主要分为两类：一，有支架施工，主要用中小跨径的拱桥；二，无支架施工，主要用于大跨度拱桥。无支架施工方法主要有缆索吊装法、转体施工法、悬臂施工法、刚性骨架和半刚性骨架法等，悬臂施工法具体分为自由悬臂拼装法、斜拉悬臂法、悬臂桁架法等。随着交通事业的发展，修建大跨度桥梁的需求越来越多，技术的发展为大跨度桥梁的施工提供了支撑，当前我国建成的单跨100米以上的拱桥已经超过115座。
桥梁的用途、要求、设计不同，桥梁的施工难易程度不同，桥梁在设计过程中不仅要考虑线路受力、结构受力、行车动力性能等，还要综合考虑施工难度、造价高低、后期养护等因素，在桥梁设计方案优化的基础上再次进行施工方案设计，选择最优施工方案进行具体施工。桥梁的施工难度与桥梁的跨度成正比，下文选择具体实例来解析大跨度刚架拱桥的吊装拼接施工过程。
上图为合肥市长丰路桥立面示意图，该桥为单跨预制钢筋混凝土刚架拱桥，桥高11米，桥面宽21米，横跨南淝河，净跨60米，要求在不截流的情况下完成拼装施工。
一、选择吊装方案
拱桥的设计方案已经确立，根据设计图可得知，此桥构件众多，拱片接头多，节点承载重量大，对安装的精度要求很高。周围路面状况不方面进行拱片转运，也不可能在两岸预制大型构件。吊装方式一般有缆索吊装、架桥机安装、桥头立扒杆安装等，但是这些吊装方式施工周期长，对周围环境影响大，最后确定对拱片进行分段预制，使单块预制拱片的重量只有18t，使用使用小型设备灵活吊装，拱片的预制地点选在桥的两头和基坑，需要对河进行辟导，进行河底清淤、增加围堰等工作，相对拱片转运较为方便，再者围堰可以减少水流对施工的影响。
二、构建预制
已经选择在桥的两头进行构建预制，接下来首先要清理场地，对场地进行压实测量、平整工作、混凝土面层浇筑，保证底模平整且强度大。其次进行拱片放样，根据拱片跨度尺寸和拱片分段，定出各段拱片、斜撑、弦杆轴线的位置，画出构件的轮廓，定出构件的各结点、连接点、吊点的位置。再次进行拱片模板制作。采用红松板材制成弧形拱片的模板，模板长度宜在3~5米，便于拆装，表面采用铁皮包覆，并对模板进行加固。再其次进行钢筋骨架的制作和安放，将钢筋骨架制作成型，进行结点焊接，安置在模板内，并对钢筋校核。钢筋校核无误后进行立模作业，按照放样线拼装模板，形成整体模板后用螺栓加固，底模铺设一层塑料薄膜，接头处用海绵填塞，并在模板表面涂刷脱模剂，立模时要先做隔离层，并对模板进行加固，确保模板不变形、尺寸准确。在仔细核查模板的尺寸、钢筋的尺寸和位置以及长度、数量后，进行混凝土浇筑，混凝土比例的配置和搅拌工作都要严格按照规定进行，振捣工作要严格控制振动棒的深度、振动时间，保证混凝土平整且没有气泡，对预制构件取样进行抗压强度测试，强度达到预计的四分之一时可以进行拆模作业，且注意构件的保养，保证构件处于湿润状态。横系梁的预制可以与大件的预制同时进行。最后是曹孔设置，在实腹段、腹孔弦杆截面突出部分进行凿毛处理，设置侧向齿槽和孔槽。
三、构建的起吊和转运
复核构件的尺寸，对构件进行编号，在构件混凝土的强度达到设计要求的百分之七十时开始起吊，用撬棍先对构件进行多点为撬动，用汽车吊栓将构件两端拴住，配合撬动时起吊。在桥两头各配备50t汽车吊，将拱腿、斜撑、弦杆、横系梁等吊运到两桥台，桥下配备25t汽车吊，用于安装构件，河底配备50t履带吊和25t汽车吊，分别用于安装腹段和配合拱片翻身。
四、构件吊装
（一）花格架制作及安装
首先要在硬土层上浇灌2m×2m×0.5m的C25混凝土基础，并埋设钢板，用于固定花格架。花格架顶部放置槽钢，形成支撑横梁，主拱片中心位置放置槽钢，槽钢上放置50t千斤顶，用于拱片的微调，在花格架上搭设操作平台，并做好相应的安全措施。
（二）安装拱片
此桥有共七榀主拱片，主拱片的安装顺序是先安装两个相邻的拱片，再安装相邻拱片间的横系梁，每榀主拱片的安装顺序是拱腿、实腹段、斜支撑、弦杆，南北同时进行。整个过程如下：将拱腿吊起，两端置于支架上，在周围使用木楔塞紧，等木楔拆除和微弯板安装完毕进行侧壁砂浆灌注；用两台吊车起吊实腹段，支架与拱腿对接后使用电焊进行钢板接头焊接工作，形成裸肋；裸肋安装完毕后进行拱腿与实腹段横系梁安装，对拱片内槽钢与横系梁槽钢使用角钢焊接，并对接头进行立模浇筑。起吊斜支撑置于支架和斜撑支座上，支裸肋安装后可搭设支架；弦杆的支座和大节点支撑要求严格，弦杆与斜支撑、实腹段的接头的连接都要按照要求进行，弦杆安装完毕后安装弦杆部分的横系梁。整个桥的拱片安装完毕后再安装其余横系梁和微弯板等构件。
（三）接头施工
1、干接头焊接工作。主要是在拱腿与实腹段、弦杆的接头、裸肋与横系梁的接头采用钢板进行焊接，焊接程序首先要对构件进行定位测量，对接头钢板进行测验，再按照两头向中间的先后顺序进行焊接工作，先焊接拱腿与实腹段，再焊接实腹段之间的钢板，焊接前需对焊接点的钢板进行清理，焊接均采用T422焊条，焊机功率大于或等于17千瓦。焊接的表面必须保证没有裂纹、拐角处没有未榕、烧穿等现象，焊缝需要熔透。焊接工作完成后需要对焊缝采用环氧水泥砂浆涂抹，防止水气对钢板的腐蚀，砂浆稍干后进行洒水，焊缝周围使用黑色塑料薄膜包裹，以保证焊接的强度。
2、湿接头施工。即在弦杆与斜支撑、实腹段的接头处使用混凝土现浇，湿接头的误差允许范围较大，拼装难度较小。
五、吊装质量控制
（一）吊装前质量控制
吊装前需要对预制构件的尺寸、拱角的齿槽深度进行精确测量，做好相关数据统计后与设计的尺寸进行对比，对偏差进行计算。使用红外线测距仪测量每榀主拱片的跨度，并做好数据统计，与设计的跨度进行偏差计算。根据预制构件的偏差值和主拱片跨度的偏差值，编排预制构件的组合顺序，并进行编号。在预制构件的各个侧面和花格架的的枕木和承台上弹出相应的控制线，以保证安装的精确度，对每榀主拱片的轴线在桥台上的对应位置打上木桩，以控制主拱片安装位置的准确性。对混凝土接头、微弯板与拱片的接头进行凿毛处理。正式吊装前还需要进行试吊工作，在对吊装参数和机械性能进行安全测验，满足安全要求后才可进行正式吊装。
（二）吊装过程的质量控制
采用经纬仪、水准仪分别对构件安装的轴线和安装的高程进行测量，在安装北拱腿、北实腹段、北斜撑时需要将经纬仪架设在南桥台上，水准仪架设在北桥台上，安装南面的拱腿、实腹段、斜撑时则经纬仪、水准仪架设的位置相反，轴线的安装偏差和高程安装偏差都应控制在1厘米以内，南面和北面的接头的相对高差应控制在1.5厘米以内。
（三）吊装后的校正
当经纬仪测量出的轴线偏差超过允许范围，需要对构件进行调整，一般在两侧的夹具上，使用调整螺栓进行调整，并使用木楔或钢塞对构件进行固定。
当水准仪测量出的高程偏差超出允许范围，需要对构件进行调整，可以利用花格架上的50t千斤顶托起构件，更换不同厚度的枕木或加减木楔、钢塞，使高程达到设计要求允许的差值。
参考文献：
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关键词：钢桁拱；悬臂拼装；临时支墩；合龙；施工技术
中图分类号：U448.22+4
文献标识码：B
文章编号：1008-0422（2013）05-0124-03
1 工程概况
某高速公路大桥采用连续钢桁拱结构，跨径为（108+288+108）m，桥面总宽43.5m。钢桁拱2片主桁间距为37m，主跨下拱圈矢高55m。2片主桁拱之间设有纵、横向联结系，采用与下弦（或系杆）焊接的正交异性整体桥面板。主拱肋通过柔性吊杆与刚性系杆连接，传递桥面恒载和活载。主桁拱肋上、下弦杆、边跨下弦杆以及系杆采用焊接箱形截面；腹杆采用焊接H形截面。主桁和桥面系钢材采用Q370-q D，联结系钢材采用Q345 q D。吊杆采用钢绞线整束挤压拉索，吊杆最大长度为58m。
大桥立面总体布置如图1所示，钢桁拱横断面构造如图2所示。
2 总体施工方案及中跨合龙特点
较多的大跨度连续钢桁拱桥边跨采用膺架法半悬臂架设，中跨采用临时吊索塔架的辅助施工方法。而该大桥连续钢桁拱的边跨和中跨均采用半悬臂架设，临时结构规模较为庞大，具体施工步骤如下：①边跨钢桁拱采用膺架法半悬臂架设。②中跨钢桁拱根据设计要求分别在C13、C17两个桥面系杆节点位置处设临时支墩（南、北岸对称设置，中跨共设4个临时支墩），在对应的桥面与拱肋间设置桁架式撑杆（见图3和图4）临时替代柔性吊杆，以支承拱桁的悬臂部分。③中跨合龙节间设置在北岸E20′E21′节间，南岸架设至E20E21节间后，南岸上弦的架梁爬坡吊机退回至A17节点；北岸钢桁拱架设至中跨E19′E20′节间，利用北岸架梁爬坡吊机架设合龙节间的杆件和桥面板。④中跨钢桁拱合龙后，拆除临时支墩和临时立柱，张拉吊杆，铺装二期恒载。
中跨的临时杆件、L5和L6临时支墩的横桥向布置如图3所示，合龙前钢桁拱的架设状态如图4所示。
该大桥的中跨合龙存在以下技术难点：
（1）中跨跨中合龙口存在上、下弦杆，斜杆和桥面刚性系杆有多个合龙点。由于大跨钢桁拱桥在合龙前、后需要进行体系转换，合龙口两侧必然存在高程、里程和转角的不同位移差；受到杆件制造误差和现场拼装误差的影响，还可能存在轴线方向的位移差。
（2）中跨合龙前的单侧临时支墩起顶重量达2166t，起顶荷载大，临时支墩承受巨大的支反力。在钢桁拱纵移过程中需承受水平推力，临时支墩的受力安全是合龙位移调整过程中的控制性条件之一。
因此，如何确定钢桁拱多个合龙点的位移差调整顺序和调整量、在大吨位钢桁拱位移调整的同时确保钢桁拱和临时结构的受力安全是大桥施工过程中最重要的技术难题。通过对中跨合龙口各种可能的位移差调整措施进行详细研究，确定最优的合龙方案，实现各合龙杆件按照设计无应力长度精确合龙，最大程度减少大吨位钢桁拱在顶落梁和纵移等重大工序上的工作量，有效地保证了大桥的架设精度和临时结构的受力安全。
3 合龙技术
首先根据大桥的实际施工过程计算至钢桁拱中跨合龙前的架设状态。以此状态作为合龙分析的初始条件，对各种可能的技术措施进行理论计算，如临时支墩的顶落梁或卸载、环境温差、对顶力，以及合龙杆件安装顺序等，从而判断其是否有利于减少合龙口位移差，及其对位移差调整的影响程度。根据分析结果，确定合理可靠的合龙技术方案。
大桥连续钢桁拱中跨合龙前钢桁拱架设状态如图4所示：①南岸钢桁拱安装至E20E21节间，北岸钢桁拱安装至E19′E20′节间；②南岸架梁吊机前轮站位A17，北岸架梁吊机前轮站位A19′；③边墩支座纵向可动，主墩（拱脚）支座纵向临时固定，中跨4个临时支墩处约束对应桥面节点的竖向位移。大桥连续钢桁拱合龙前受力示意如图5所示。
3.1合龙前的位移和内力初始状态
钢桁拱中跨合龙前，悬臂端位移的计算结果如表1所示。
合龙前南岸主桁杆件最大组合拉应力为149.0MPa，最大组合压应力为168.6MPa；北岸主桁杆件最大组合拉应力为119.7MPa，最大组合压应力为133.7MPa。L5临时支墩和L6临时支墩处临时杆件的最大组合拉应力为66.7MPa，最大组合压应力为61.4MPa。
3.2 L5临时支墩支承卸载对拱桁合龙口位移的影响
计算合龙口两侧的L5临时支墩支承单独卸载工况，以分析其是否有利于减小中跨合龙口两侧位移差，以及其对结构受力影响。计算结果表明，L5临时支墩的卸载有利于减小拱桁合龙口两侧的位移差，且钢桁拱和临时结构受力均能满足要求。
3.2.1对拱桁合龙口位移的影响
L5临时支墩支承卸载前、后拱桁合龙口位移变化的计算结果如表2所示。
从表2的位移计算结果来看，合龙前L5临时支墩支承卸载对拱桁合龙口处的位移差调整有以下优势：①使南、北岸钢桁拱合龙口前端上拾约20mm，悬臂前端的转角差也有所减小，有利于减小合龙口两侧竖向位移差；②减少一处支承边界，降低静定次数，有利于后续理论分析；③减少钢桁拱顶落梁的作业点，可提高施工作业效率。
3.2.2对结构受力的影响
L5临时支墩支承卸载前、后各钢桁拱支点反力变化的计算结果如表3所示。
从表3的计算结果可以看出，L5临时支墩卸载后，L6临时支墩的支反力增大。对中跨L5临时支墩卸载后的结构进行受力验算，具体验算结果如下。
（1）钢桁梁。L5临时支墩支承卸载后，南岸主桁杆件最大组合拉应力为157.1MPa，最大组合压应力为172.3MPa；北岸主桁杆件最大组合拉应力为123.0MPa，最大组合压应力为138.3MPa。主桁杆件的最大压应力增大约4MPa，最大拉应力增大约9MPa。最大组合应力（172.3MPa）小于Q370钢材施工阶段容许强度（220MPa×1.2=264MPa）。
（2）代替吊杆的临时杆件。L5临时支墩支承卸载后，临时杆件的最大组合拉应力为67.4MPa，最大组合压应力为66.9MPa。临时杆件最大拉应力增大约1MPa，最大压应力增大约5MPa。最大组合应力（67.4MPa）小于Q235钢材施工阶段容许强度（140MPa×1.3=182MPa）。
（3）L6临时支墩。对于L6临时支墩，在支反力和水平摩阻力（钢桁拱纵移引起）共同作用下，通过限位措施将墩顶水平位移限制在4cm以内时，L6临时支墩钢结构的最大组合拉应力为125MPa，最大组合压应力（162MPa）小于Q235钢材施工阶段容许强度（140MPa×1.3=182MPa），钢结构强度满足要求。对L6临时支墩整体和构件进行了稳定性验算，均满足规范要求。
验算结果表明，主体结构和临时结构受力均能满足《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）和《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025—1986）要求。
3.3合龙口的位移敏感性分析
3.3.1拱桁
在L5临时支墩卸载的条件下，对拱桁合龙口两端4个合龙节点进行敏感性分析，分析结果如表4所示。
根据表4拱桁合龙口位移敏感性分析结果，L6临时支墩起顶对拱桁竖向位移差的调整最有效。拱桁合龙口上、下弦节点的纵向位移差对L6临时支墩起顶也比较敏感，合龙口上弦节点纵向对顶荷载对竖向位移差和转角差有一定影响，但远小于L6临时支墩起顶的敏感程度。整体温度荷载对纵向位移差有较为明显的影响，但对竖向位移差和转角差影响较小。计算表明，横向对拉1000kN时，节点E21产生的横向位移为87mm，节点E20产生的横向位移为-31mm，横向对拉等荷载对拱桁轴线偏位效果明显。
3.3.2系杆合龙
拱桁合龙后，桥面系杆合龙口位移敏感性分析结果如表5所示。
根据分析结果，拱桁合龙后，L6临时支墩顶落梁对系杆合龙口的竖向位移差和纵向位移差的影响均较为明显；边墩支座和L6临时支墩顶落梁对纵向位移差的影响程度大致相当，均较为明显。南侧C20C21桥面板的恒载、纵向顶拉等荷载对合龙口的竖向位移和纵向位移也有一定影响。
4 中跨合龙方案
根据大桥钢桁拱合龙前的实际架设状态，以及位移敏感性分析结果，确定中跨合龙口的位移差调整措施及合龙步骤如下：
4.1拱桁纵向里程位移差调整。根据计算结果，理论状态下拱桁合龙口所需的里程差调整量为249mm。北岸边跨钢桁拱架设完毕，在调整钢桁拱的里程和中心时，将北岸钢桁拱预先纵移至所需调整量，初步消除拱桁合龙口的里程差，避免大吨位钢桁拱在合龙前的大幅度位移调整。
4.2拱桁竖向位移和转角差调整。钢桁拱纵向里程差调整完毕，先对L5临时支墩进行卸载，然后测量拱桁合龙口上、下弦4个合龙节点的竖向、纵向和横向的实际位移差，根据位移敏感性分析结果，拱桁合龙口的高程和转角位移差调整措施为：南岸钢桁拱的L6临时支墩起顶265mm，北岸钢桁拱的L6临时支墩起顶205mm。
4.3拱桁合龙。位移差基本消除后，再利用温差或顶拉设施微调里程和中线差，待具备合龙条件时，精确合龙下弦杆E21E20′，此时斜杆E21A20′的节点间距也与设计长度基本相等，安装斜杆。此时上弦节点距离比杆件设计长度约小1cm，利用对顶设施调整间隙，合龙上弦杆A21A20′。下弦合龙后，及时释放北岸拱脚支座的纵向临时约束。
4.4桥面刚性系杆合龙。拱桁合龙后，桥面刚性系杆合龙口比设计长度小199mm。将南、北岸L6临时支墩起顶量分级下落至设计高程，系杆合龙口随之缓慢张开，当系杆合龙口张开至略大于设计值时，安装系杆，然后利用温差或顶拉设施微调后精确合龙。
4.5安装合龙节间桥面板，完成中跨钢桁拱合龙。
4.6在中跨合龙过程中，对钢桁拱的线形、关键受力杆件的应力、以及临时支墩的墩顶水平偏位等重要控制指标进行实时监测，并按照既定限值进行严格控制，确保结构安全。
5 结语