大跨度钢管混凝土拱桥施工控制研究

摘要：由混凝土填入钢管的薄壁内而形成的组合混凝土的结构即为钢管混凝土结构。其基本原理为，借助钢管对于核心混凝土的约束作用，使核心混凝土具有更强的变形塑性力以及更高的抗压强度。由于大跨度钢管混凝土拱桥是一种自架设体系结构，其结的刚度是分不同的阶段逐步组合而成，它的整个施工的过程与步骤复杂而且漫长，因此精确控制桥梁的施工过程是实现设计目标的关键所在。本文主要对于大跨度钢管混凝土拱桥的混凝士灌注施工时的灌注顺序、结构的稳定性、千斤顶斜拉扣挂方法、钢管混凝土的收缩徐变分析等问题展开了研究。

关键词：大跨度、钢管混凝土拱桥、施工控制

钢管混凝土的结构，是由混凝土填入薄壁钢管内而形成的一种组合形态的结构，其最基本的原理为借助钢管对于混凝土的约束和套箍作用，使中心的混凝土处在三向受压的状态，从而使其核心的混凝土具有良好的塑性力以及更高的抗压强度。随着我国针对钢管混凝土结构的研究水平的不断提高，以及一些更加科学的设计规程的颁布，钢管混凝土的这种结构已经在拱式体系桥梁中得到了极为迅速的推广与应用。

施工问题是大跨径桥梁建设的难点之一。采用无支架缆索吊装斜拉扣挂法施工大跨径钢管混凝土桥梁，十分明显地体现了这种结构的优越性。钢管混凝土不仅具有重量轻、强度高、耐疲劳、韧性好等突出的优越的力学性能，而且具有架设轻便、施工快速、省工省料等良好的施工性能。该方法能够利用钢管是自架设体系，适用于跨径大的桥梁建设，而且可以节约支架费用以及施工时间，在桥梁的结构中具有明显的竞争优势。

一、利用钢管混凝土的结构修建拱桥具有的优势与不足

1、利用钢管混凝土的结构修建拱桥具有的优势

与传统的钢筋混凝土拱肋相比，大跨度的钢管混凝土拱桥由于在拱肋第一次形成时，仅采用了空心的钢管拱肋结构，因此其拱肋吊装重量较小，钢管兼有架设阶段的模板和劲性骨架的作用，节省基础材料的费用，其运输和安装也较为方便，另外，在向管内灌注混凝土时采用先进的泵送施工法，施工进程快速，不仅可以节省施工的时间与费用，同时也促进了这一类拱桥向着更大的跨度方向进行发展。

2、利用钢管混凝土的结构修建拱桥具有的不足

增大钢管混凝土拱桥的跨径，无疑能在很大程度上推动桥梁结构的设计分析理论和施工技术的进一步发展。然而尽管如此，总结回顾我国的钢管混凝土拱桥发展的历史经验，不难发现，在现在的设计观念和施工技术中仍然存在着急需解决的重大问题。例如已建成的钢管混凝土拱桥中常出现拱背脱空的现象、施工过程中的缺乏先进高校的监控手段、缺乏拱桥的设计和施工规范等。想要使我国的钢管混凝土拱桥的施工技术继续保持世界的领先水平，仍然需要认真地总结经验，解决可能出现的隐患和问题。

二、钢管混凝土拱桥施工控制的结构分析与监测

在对钢管混凝土拱桥进行施工时，通常采用的是分阶段施工的方法。拱桥的桥梁结构的最终的形成，必定要经历漫长、复杂的施工过程以及结构体系的转化过程。因此，在施工的过程中，对于仿真分析及相应的施工阶段对于结构的内力、位移的实时监测，是桥梁施工控制中的最基本的内容。通过对于桥梁施工过程的仿真计算，可以对桥梁的桥拱在每个阶段的受力以及变形的情况进行良好有效的预测和控制。并且，通过结构的变形及应力的实时监测，还可以清楚地了解桥梁结构的实际状态。

对大跨度的桥梁施工阶段进行位移和受力状态分析时，如何解决好施工的过程仿真模拟问题最为关键的部分。了解桥梁的具体的施工过程，是想要精确地仿真施工过程的先决条件。在采用常用的无支架艚工法进行施工的过程中，应该最先才用缆索吊装系统，分段吊装空钢管拱肋，待全部拱肋的节段吊装完毕后，再进行各个阶段的固结。然后以钢管作为劲性骨架，来灌注管内的混凝土。等到整个钢管混凝土的拱圈形成，且管内的混凝土达到一定的强度后，即可安装吊杆及横梁。最后再在横梁上安装桥道系，进行桥面的铺装施工。

钢管拱的合拢成功与否，是拱肋的架设过程中的最危险的施工阶段，也是关键控制点。此时，各个系统均处于受力最大的最不利的状态，施工的安全系数最小。为了保证合拢阶段的施工安全，大跨度的桥梁施工可以采用跨中预留间隙单边嵌入式的合拢方式。这种方式的主要步骤为：遵循两岸对称、上下游对称的原则，在两岸钢管桁架的施工程序里齐头并进，采用缆索吊机的吊钩吊住实施合拢的程序。先采用套箍焊接法，实施瞬间合拢，完成后要根据实际空隙的长度进行实施永久合拢。完成上游合拢之后，采用同样的方法在下游进行合拢。在扣索应力安全前提下，通过扣索和缆风调整保证各个方向位置的拱肋标高误差。在拱肋合拢之前，应该对各节段的标高、扣索索力以及轴线进行复测，使得拱轴线的所有误差均控制在设计允许范围内。

三、钢管混凝土灌注的研究

在空钢管拱肋的架设完成之后，要进行的就是混凝土的灌注工作。混凝土是钢管混凝土拱桥材料中的重要的组成部分。对于大跨径的钢管混凝土拱桥，钢管混凝土的灌注过程，主要是是主拱圈刚度逐渐形成并且增强的过程，在灌注过程中，不论是施工安全还是质量状况，对后期的受力都有着很大的影响。

由于大跨径的钢管混凝土拱桥的钢管内部混凝土的数量较为庞大，混凝土作为荷载施加在空的钢管拱肋上，分阶段施工，混凝土也就分阶段逐渐凝固，整个结构的刚度也是逐渐增强的。由于它对钢管拱肋的受力和变形都有着一定的影响，所以研究混凝土的灌注过程中很重要的一个步骤就是研究结构的受力，变形和稳定性。

在采用泵送顶升法进行施工时，由于拱桥的跨度较大畏怯拱顶较高，为了减少泵送过程的混凝土与管壁之间的摩擦力，达到润滑管壁的效果，应该采用分级泵送的方式。在泵送混凝土之前，先做好压力水冲洗钢管内壁的准备工作。随着混凝土的高度在管内不断上升，管内的气压也将不断持续增大，此时必须在钢管上每隔一段距离开设一定数量的排气孔，目的是为了减少空气的压力。

经计算和实践都表明，拱顶段的灌注对拱肋轴向偏位影响很大。为了达到对称顶升的效果，在泵送混凝土的施工时，两边泵送速度需要尽量保持一致，尤其是接近拱顶时，一定要注意避免一边上升过快的现象的出现。同时为了避免混凝土的一边上升过快越过拱顶，在中间的合拢段应该加设挡板。

在混凝士灌注时的模拟分析时，由于存在于两条拱肋的八根钢管中混凝土的数量较大，因此在按次序逐根灌注后，先灌注的混凝土要承受后灌注混凝土的重量，不同的灌注次序对每根钢管以及钢管其中的混凝土产生的储备应力都不同。管内的混凝土应按顺序从拱脚向拱顶方向接力泵送混凝土，在每灌注完一根钢管后，需要等待管内的混凝土强度达到设计强度要求的80%以后再灌注下一根。

钢管混凝土拱桥是大跨度拱桥的发展趋势。虽然现在国内该类拱桥已经修建的较多，然而，还有很多问题尚未解决。在计算理论和研究方法中的不足之处还要花费很多的工作量，针对钢管混凝土拱桥进行设计、理论计算以及施工控制等诸多控制理论等方面，仍存在很多值得去研究和探讨的内容，需要更深入的研究和完善。由于液态的混凝土并非纯粹的流体，在混凝土灌注时，由于液态混凝土的抬升，泵送阶段液态混凝土仍然对钢管会产生纵向摩擦力，并且对钢管的环向压力会进一步增大。不仅如此，我们目前对膨胀混凝土的收缩徐变特性研究的课题很少，尤其是长期荷载效应下的收缩徐变模式还需要迸一步试验研究，这些问题都需要以后大家共同不断地努力。

到目前为止，我国还没有推出关于钢管混凝土拱桥施工以及施工控制方面的技术规程，而且需尽早颁布有关钢管混凝土拱桥方面的设计和施工规范。

参考文献：

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