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第４８卷第１期２０２２年３月湖南交通科技ＨＵＮＡＮＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４８Ｎｏ．１Ｍａｒ．，２０２２ 收稿日期：２０２１０３?１５作者简介：谌 呈（１９８３—），男，工程师，主要从事农村公路与桥梁建设管理工作。
文章编号：１００８８４４Ｘ（２０２２）０１?００８４?０５大跨径钢筋混凝土拱桥拱肋斜拉扣挂施工扣索索力计算与优化谌 呈（怀化市农村公路建设办公室，湖南怀化 ４１８０００） 摘 要：为研究拱桥斜拉扣挂法扣索索力优化算法，以某主跨１９５ｍ钢筋混凝土拱桥为研究对象，运用改进零位移法和弹性－刚性支撑法进行斜拉扣挂法扣索索力计算。
对比挑选合理值，再基于Ｍｉｄａｓ软件中的未知荷载系数法对挑选值进行优化计算，结果表明：优化后的扣索索力满足实际施工要求，能确保吊装过程中预制拱肋截面应力不超标，同时合龙成拱线形与一次落架成拱线形基本一致。
关键词：未知荷载系数法；弹性－刚性支撑法；改进零位移法；钢筋混凝土拱桥；扣索索力 中图分类号：Ｕ４４５文献标志码：Ａ０ 前言大跨度钢筋混凝土拱桥预制拱肋采用斜拉扣挂法吊装施工时，扣索索力计算是其中的一大难点，确保预制拱肋节段在吊装过程中截面上下缘拉压应力不超标以及拱肋节段合龙后线形与一次落架成拱线形一致是斜拉扣挂法扣索索力计算控制重点。
对于斜拉扣挂法合理扣索索力的计算，大量从业人员研究了许多实用方法，如零位移法、零弯矩法、力矩平衡法以及弹性－刚性支撑法等［１］，研究方向的偏重点不同导致各种方法各有利弊。
本文以改进零位移法和弹性－刚性支撑法对工程实例进行扣索索力计算，通过对比扣索索力大小和预制拱肋节段各施工阶段截面上下缘最大拉压应力的大小，挑选较为合理的一组索力，同时分析两种方法利与弊。
最后运用未知荷载系数法对该组索力进行优化分析，使拱肋施工阶段应力与合龙成拱后线形更加出色，从而达到预定的控制要点，满足实际施工要求。
１ 计算理论１ １ 改进零位移法零位移法基本原理为：以拱肋索扣点处的位移为零作为控制目标，通过调整索力大小，使索力与拱肋节段自重达到平衡，此时拱肋上索扣点均达到设计拱轴线的标高［２］。
0 引言下承式钢管混凝土系杆拱桥以其跨度大、结构轻、造型美、省建材等优点，被广泛应用。
该桥型的吊索是将外部荷载由系杆传递给拱肋的关键构件，决定桥梁最终成败的关键，通过对国内类似桥梁结构监控技术的了解发现：唐俊等[1]的连续刚构桥挂篮主体结构监控点布设并采集挂篮数据进行应力应变分析。
黄中营等[2]利用Midas 空间有限元程序对钢栈桥施工各工况进行仿真分析计算方法。
本文在此基础上结合空间有限元仿真和频谱法实测的数据相互对比，并借鉴了黎栋家等[3]对钢管砼拱桥结构分析方法，验证吊索在施工中精度以及后期加动载作用下的结构可靠性。
提出通过监控取得实测数据与仿真设计和理论研究的对比，分析桥梁在各种工况下吊索力学性能变化的观点。
1 工程概况新建桥梁——山阴路跨秦淮河桥位于南京市江宁区禄口街道山阴路。
桥梁全长289.56m。
桥梁荷载等级是公路I 级，跨径布置（3×20）m+（4×20）m+83.2m+（3×20）m，主桥采用1～83.2m 下承式钢管砼系杆拱一座，其立面图如图1所示。
2 技术应用的目的对于系杆拱来说，吊索是该类桥型的施工控制难点，究其原因，吊索的张拉将引起拱肋和系杆的受力及变形的耦合效应。
吊索的施工精度、张拉的次序直接决定着系杆拱桥成桥后的内力分布状态以及桥梁的安全运营和使用寿命。
吊索的施工技术目的是确保各构件的制作安装精度满足设计要求。
监控技术的应用旨在通过全程收集吊索参与整体受力后各主要构件的结构数据，印证吊索在不同工况下，引起的系杆、拱肋的应力和变形及自身的索力值的变化与理论研究的吻合程度，为最后判定桥梁在施工和荷载试验下的安全性提供依据。
3 吊索施工工艺及技术难点虽然吊索自身安装是在系杆及拱肋完成后实施的，具体工序流程如图2所示（鉴于篇幅，图中工序从拱肋吊装开始），但为保证其施工精度，从上部结构开工前，项目部就高度重视，成立的专项技术团队立项《提高系杆拱桥吊索安装一次验收合格率》的QC 质量攻关课题。
科学技术创新2021.24钢箱拱桥跨越能力较大、外形壮观雄伟，是大跨度桥梁的一种重要结构形式。系杆拱桥属于一种组合体系桥梁，由系杆、拱、桥面系梁板、吊杆协同工作，它集中了拱与梁的优点，在外荷载承担方面，拱的受力有利，能使拱肋稳定性得到提高，对杆、梁的受力也有利，使其结构刚度得到提高，这样使梁受弯和拱受压的结构特性得到充分发挥。钢箱系杆拱桥造型优美，受力性能良好，同时其钢结构自身质量较小、施工周期短、建筑高度小等优点。大跨度拱桥常采用分段预制、现场拼装的方法施工。由于无法像中小桥那样采用满堂支架现浇的方式进行施工，也无法对主梁和拱肋等大型构件进行整体预制，分节段预制拼装的施工方法会因为节段逐渐加长，应力会逐渐增大，结构线形也变得越来越复杂和难以控制[2]。再加上实际施工材料的力学参数和位移等都会与设计有一定差异，节段立模标高、测量、以及吊杆长度误差，吊杆平竖弯参数、以及环境变化等因素对结构变形的影响在设计过程中是考虑不到的。因此大跨度拱桥施工常出现拱顶无法合龙、拱肋和主梁线形扭曲、系杆张拉控制不到位等一系列工程问题。因此，本文以黎明大桥为工程实例，探讨其施工关键技术，以供中承式钢箱系杆拱桥施工参考。1工程概况云南西双版纳澜沧江黎明大桥主桥采用为飞燕式无推力中承式钢箱系杆拱桥，跨径布置为65+310+65m，拱肋理论计算跨径310m，拱轴线为悬链线，矢高为77.5m，矢跨比1/4，拱轴系数m=2.2；飞燕线形采用直线段加悬链线，悬链线段跨径为116m，矢高28.9193m，拱轴系数m=8.5的半拱。该桥道路等级为一级公路，双向四车道布置，设计时速为60km/h，设计荷载公路-I级。桥梁宽度：拱桥主跨区段宽度为（3.3m人行道+3.25m拱肋及吊索区+0.5m护栏+2.5m非机动车道+8m机动车道+0.5m中央分隔带+8m机动车道+2.5m非机动车道+0.5m护栏+3.25m拱肋及吊索区+3.3m人行道=35.6m）；飞燕区桥面宽渐变为30m，保证行车道净宽与路基同宽。黎明大桥采用缆索吊装施工方法，飞燕及主拱混凝土采用支架现浇，钢箱拱肋及格构梁采用吊装施工。钢箱拱及格构梁均在钢结构加工厂制作，试拼组装完成后，拆成单元件，现场通过缆索吊装系统起吊、安装。2总体施工工艺流程根据桥梁的结构特点，结合桥梁所处的水文环境，制定了针对性的施工流程。桥梁的总体施工工艺流程如下：①完成飞燕及主拱混凝土支架现浇；②完成索塔、锚碇等基础施工；③按照缆索吊装施工设计图完成缆索系统的布置；④布置缆索吊桩监控监测系统；⑤完成1～5#节段钢箱拱肋安装及5#节段一字横撑安装。⑥依次完成6～12#节段钢箱拱肋安装及09#、12#节段一字横撑安装，合龙段安装；⑦拆除主拱混凝土段现浇支架，搭设格构梁起吊平台；⑧完成飞燕梁段格构梁安装；⑨安装吊杆；⑩安装临时系杆；輥輯訛从E1、F1～F＇依次完成拱下节段格构梁安装；輥輰訛分级张拉临时系杆；輥輱訛安装桥面板；輥輲訛安装永久系杆；輥輳訛拆除飞燕段现浇支架；輥輴訛拆除缆索吊装系统；輥輵訛完成其他附
上承式二次抛物线钢筋混凝土拱桥施工一、概要当涂凌云大桥边跨拱肋是为系杆提供锚固端，平衡主拱推力而设置，故又可称之为平衡拱。
边跨长29.4m，边跨拱肋端部3.85m长为直线段，25.55m长为半拱形结构，拱轴线为二次抛物线的一半，矢高7.3m,矢跨比1∕7。
拱肋采用变截面C40钢筋混凝土矩形截面，高度由2.0m变化至拱脚2.638m(拱墩相交处)。
在端部16.65m长范围内桥面系采用C40钢筋混凝土密肋现浇板结构，板高在桥面中心线处为2.0m,顶面倾斜，满足桥面横坡要求密肋桥面板由4道中纵梁、道边纵梁和1道支点横梁、5道中横梁、1道和II形板连接横梁，形成一个整体箱形结构，有利于边跨的安全和稳定。
二、结构原理上承式二次抛物线现浇钢筋混凝土拱桥是中承式钢管混凝土系杆拱桥两端的辅助边跨，以平衡整体结构体系转换内部强大的水平推力。
施工中应对现浇拱肋及密肋板的支架搭设、加载预压及砼浇筑等施工工序做好控制。
三、工序施工1、地基处理由于现场地形成斜坡状、土质疏松，为了便于施工将其整修成四层组合式台阶，并做加固防范。
同时对每层台阶碾压后浇筑混凝土面层以作硬化处理。
以达到其平整度、承载力均能满足要求。
2、支架的搭设（1）根据现场条件同时考虑到结构简单易于施工作业、动用的施工设备较少、施工材料的回收、设备成本相对经济等因素。
据此选用满堂支架法。
（2）在搭设脚手架之前要有充分的施工准备。
明确岗位责任制，加强现场质量及安全管理。
尤其对钢管、扣件、脚手板、脚手架进行检查验收。
杜绝不合格产品进入现场，防止脚手架工程中隐患和事故的发生。
（3）搭设时采用5cm普通钢管及扣件搭设支架。
支架经过设计，计算弹性及非弹性变形，同时必须注意支架支撑间的横、纵面关系及斜面支撑，确保支架的整体稳定性。
(4) 为了确保拱肋线形的平顺必须对原设计图的间距进行加密，按图纸设计边跨拱肋的抛物线方程为y=【4f／＜L*L＞】*x*(L-x),通过二次导数及微积分计算出任意截面标高。
7.1 拱座施工7.1.3 施工方法和工艺7.1.3.1 施工方法图7-1-2 拱座施工工艺流程7.2缆索吊机施工7.2.1 工程概况7.2.1.2 缆索起重机组成本缆索起重机主要有固定式钢塔架、索鞍、承重索导挠系统、牵引导挠系统、起重索导挠系统、运行小车、定滑轮和动滑轮组、U形吊钩系，悬链式支索机构、承重索平衡机构、动力源(100KN单筒卷扬机4台、280KN双筒卷扬机4台)，电控系统、避雷系统、防航标灯系、各缆风绳和地锚系等。
7.2.1.3 工作原理1、纵向移动纵向移动实际上是牵引和回空运行。
在指挥人员指挥下卷扬机操作人员启动牵引卷扬机，绕入卷筒的牵引索经过一系列导绕后，在钢塔架两支点固结的索鞍导向滑轮组牵引悬挂式运行小车和起升机构，至需要的位置。
牵引索是“一进一出双绳制”。
2、升降运行升降运行，实际上是在跨中上下垂直运动。
在指挥人员指挥下，起重索从10吨卷扬机卷筒出绳(绳头固定端固定在定滑轮上)经导向轮，定滑轮、吊钩的动滑轮导绕后减速增力。
吊钩向下运动。
为了避免定、动滑轮组在下降时产生自销现象，采用“顺绕法”，(局部“花绕法”)。
在机构设计中定滑纶组上增设平衡轮，改善滑轮组中钢丝绳的受力关系，克服动滑轮自销和歪斜现象。
升降运行采用一绳制。
7.2.2 施工工艺流程图7-2-2 缆索起重机安装施工工艺流程7.2.3 1、缆索起重机安装（1）索塔塔架安装塔架立柱钢管采用法兰连接，钢管之间用万能杆件连接，钢管上焊接节点板。
相邻两个立柱之间设万能杆件横联，每隔40m 设一道。
索塔钢塔架采用“单件拼装摇头扒杆安装施工法”安装， 单件是指构成塔架的一条立柱，立柱采用φ800×16mm 钢管。
逐节向上拼装直至设计高度。
杆件逐件向上拼装高度达到设计图纸要求，在拼装过程中塔架每隔12m 设置一道临时缆风，当到达缆风绳位置时再设置永久缆风绳，中层缆风绳使用φ26钢丝绳，上层缆风绳使用φ42钢丝绳。
塔架安装的精度要求：塔架安装误差控制在±3mm 之内；支架纵横垂直偏图7-2-3 塔架标准节差不得大于3mm；栓连形位差不得大于±1.26mm。
大跨度中承式钢管混凝土拱桥施工方案渠江特大桥上部结构采用3*30+40+418.8+40+2*30m预应力砼T梁+中承式钢管混凝土拱桥，全桥长6557.8米。
下部结构桥墩采用钢筋混凝土柱式墩，钻孔桩基础。
桥台采用柱式台、扩大基础基础。
根据工程特点，结合工程的工作进度安排,大桥推荐方案全部工程（含引道和附属工程）工期为36个月。
1.1 总体施工方案（1）拱座基础施工主桥拱座基础施工涉及①基坑的开挖及围护；②混凝土浇筑施工等内容。
（2）钢结构加工根据桥位区的运输条件，拱肋及钢梁无法整节段运输至桥位的实际情况，因此采用厂内加工单根杆件运输到桥位临时组装场地，在临时场地将拱肋单元件组焊成吊装节段、试拼装，然后进行吊装。
（3）主拱安装主拱采用缆索吊斜拉扣挂施工。
吊装顺序为每节段内上、下游拱肋及相应横撑同步进行，即每节段上游拱肋（或下游拱肋）→每节段下游拱肋（或上游拱肋）→每节段内横撑，以上循环为一环，安装就位后再进行下节段的吊装，拱肋接头设计为先栓接再焊接，横撑接头设计为定位之后直接焊接的方式进行。
每一扣段的吊装节段就位后，应调整扣索力，使拱肋轴线位于设计标高，当安装误差满足规定要求后，即可焊接主拱钢管接头。
（4）钢管砼灌注拱肋合龙形成完整的拱圈，监控单位完成各项测试，并经分析满足计算及规范要求以后，即可灌注主拱圈上、下弦钢管内混凝土和设计指定的横联等构件内混凝土。
采用C60自密实补偿收缩高性能混凝土，以泵压法自拱脚向拱顶灌注主拱钢管内混凝土，灌注混凝土时应分不同阶段张拉监控单位指定的扣索及索力，在拱肋1/4处设置备用灌注孔。
横联管等构件钢管内混凝土采用泵压法，但应事先完成灌注工艺设计报告，请监理、业主审查批准。
施工单位需作灌注孔堵塞的应急预案。
（5）桥面系施工桥面系各构件用缆索吊装，施工单位在设计缆索吊装系统时，应充分考虑桥面梁的最大吊装重量。
为方便钢纵梁的运输和安装，钢纵梁在工厂分段制作运抵工地后，按设计要求以拼接缝分段连接、吊装。
大跨度钢拱桥施工技术研究课题名称：大跨度钢拱桥施工技术研究课题承担单位（盖章）：中国建筑第七工程局有限公司课题起止时间： 2013年01月至2014年06 月课题验收时间： 2014年07月目录1 绪论 (1)1.1选题背景 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3大跨度拱桥工法概述 (3)1.4主要研究内容 (4)2 大跨度钢析架拱桥基本结构行为分析方法 (5)2.1大跨度钢桁架拱桥的基本结构 (5)2.2大跨度钢桁架拱桥计算理论 (7)3 大跨度钢桁架拱桥施工方法 (11)3.1工程概况 (11)3.2架梁吊机施工方法 (13)3.3中跨合龙施工 (24)3.4航道影响的解决办法 (26)4 大跨度钢桁架拱桥施工控制 (28)4.1施工控制分析模型 (28)4.2施工控制情况 (31)5结论与展望 (33)5.1主要研究结论 (33)5.2展望与建议 (35)1 绪论1.1选题背景拱桥在我国使用历史悠久，古代有闻名海内外的赵州桥，近代有巫峡长江大桥、卢浦大桥等。
钢桁架拱桥因为跨越能力强、承压能力高和外形刚健稳固，截至1990年，它是较大跨度桥梁中桥型的重要选择方案。
1990年以后，我国钢桁架拱桥的修建方案趋于冷淡，究其原因主要是大跨度的钢桁架拱桥刚才耗费量较斜拉桥多，使得修建桥梁时出于经济角度考虑而放弃了该桥型的修建。
近年来，随着我国综合实力的大幅提升，迫于经济发展和城市立体景观发展的需要，修建跨江桥梁选用钢桁架拱桥又被桥梁建设者和社会各界重视起来，犹豫钢桁架拱桥独特的美观造型、不可比拟的大刚度、超强的跨越能力，特别是大于500m跨度时，比钢斜拉桥具有更好的稳定性、刚度、抗震性，大跨度钢桁架拱桥的修建又越来越多，尤其实在地质条件良好，风速和地震烈度大地区及城市，大跨度钢桁架拱桥是修建桥梁的理想的方案。
众所周知，桥梁施工技术非常重要，如果在桥梁施工中出现施工事故，会给人们的生命和财产造成巨大损失。
