張凌

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西太原030032）

0 引言

連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的復(fù)雜程度相對較高，如整體橋面受拉、拱腳的受力、鋼管拱灌注混凝土、柔性支撐等，都是連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問題。只有不斷地進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新及優(yōu)化，才能讓連續(xù)梁拱組合橋梁建設(shè)取得較好的效果，提高我國交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，推動國家綜合實(shí)力的提升。由此可見，探究連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)是十分必要的，本文重點(diǎn)針對該問題展開探討綜述如下。

1 連續(xù)梁拱組合橋梁發(fā)展簡介

在交通樞紐中，橋梁是交通樞紐的重要建筑結(jié)構(gòu)物，橋梁的建設(shè)標(biāo)志了我國交通業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，橋梁在設(shè)計(jì)過程中有很多種形式，包括簡支以及連續(xù)梁的形式等，伴隨著橋梁跨徑的增大，跨中彎矩也會增大。與此同時(shí)橋梁在施工過程中，梁高增大，會直接影響到橋梁的活載占有利用率，使橋梁的應(yīng)用范圍受到限制。所以在行業(yè)不斷發(fā)展的情況下，出現(xiàn)了拱橋、斜拉橋以及懸索橋的形式。這幾種形式各有優(yōu)勢。其中梁拱組合體系橋梁的方式，能夠?qū)⒘簶蚝凸皹虻膬?yōu)勢結(jié)合在一起，從而提升荷載力，擴(kuò)大應(yīng)用范圍[1]。

2 剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面受拉對策研究

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 組合結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)

針對剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面受拉問題，技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對組合結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的研究，優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)。其一，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將連續(xù)梁拱組合橋梁的主縱梁與橋上的四個橋墩結(jié)構(gòu)結(jié)合，呈現(xiàn)出受力狀態(tài)。而后進(jìn)行分段澆筑施工，待預(yù)應(yīng)力形成后，再進(jìn)行吊桿和拱形結(jié)構(gòu)的加工，以分橋面的方式分散完成邊孔的施工工作，保障連續(xù)梁拱組合橋梁的施工效率和質(zhì)量的有效提升。再由技術(shù)人員需要將主梁的支撐力量移除，讓連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)的主要受力結(jié)構(gòu)成為縱梁和拱形結(jié)構(gòu)的自重，保障橋體整體的穩(wěn)固性。其二，在經(jīng)過多環(huán)節(jié)施工后，橋面受力狀態(tài)已經(jīng)初見成效，此時(shí)，可以進(jìn)行中孔的小橫梁澆筑工作，確保所有施工過程都有條不紊地推進(jìn)。在所有的小梁結(jié)構(gòu)的施工結(jié)束后，需將注意力放在小縱梁和橋面的施工，讓連續(xù)梁拱組合橋梁整體成型，成為橋體的主要受力結(jié)構(gòu)。其三，技術(shù)人員應(yīng)對二期恒載以及活載的受力狀態(tài)進(jìn)行檢查，而后進(jìn)行連續(xù)梁拱組合橋梁附屬結(jié)構(gòu)的施工，如防水層、隔音層等。在這一過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心不在于承載力，而是荷載力，保障能夠在連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2.1.2 剛梁剛拱縱橫梁體系整體橋面在上述結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)下主要受到的拉力導(dǎo)致剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面受到拉力因素較多，容易造成橋面開裂。結(jié)合上述受力狀態(tài)的描述，對剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面所承受的拉力展開研究：第一，收縮應(yīng)力。剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面受到的收縮應(yīng)力，主要來源于二次澆筑時(shí)，兩道主梁之間的橋面會因剛梁剛拱的收縮應(yīng)力出現(xiàn)變形的情況發(fā)生，對于橋梁的長期使用以及車輛行駛的安全性都構(gòu)成了威脅。因此需要對剛梁剛拱縱橫梁體系的整體橋面受力狀態(tài)展開研究，保障橋梁的使用質(zhì)量。第二，拉應(yīng)力。在連續(xù)梁拱組合橋梁受到較為強(qiáng)大的拱腳推力后，縱橫梁體系的整體橋面會受到一定的拉應(yīng)力，促使連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)的安全性大大降低，否則無法保障連續(xù)梁拱組合橋梁的使用壽命。第三，連續(xù)梁拱組合橋梁的中支點(diǎn)位置的彎曲問題，也會導(dǎo)致連續(xù)梁拱組合橋梁的橋面受到拉應(yīng)力，進(jìn)而影響連續(xù)梁拱組合橋梁的長期使用。

2.2 橋面開裂的解決方法

橋面開裂不僅會為后續(xù)的維護(hù)工作帶來巨大的壓力，還會極大地降低連續(xù)梁拱組合橋梁的使用壽命和使用安全性，因此企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視連續(xù)梁拱組合橋梁的橋面開裂的問題?？蓮娜齻€方面展開研究：第一，在二次澆筑剛梁剛拱縱橫梁的整體橋面環(huán)節(jié)，利用膨脹混凝土降低橋面的預(yù)應(yīng)力，達(dá)成降低橋面開裂概率的目的。第二，在進(jìn)行橋面混凝土混合時(shí)，加入鋼纖維、聚合物纖維等原材料，按照科學(xué)配比混合，并進(jìn)行攪拌，有效地提升混凝土的抗拉力，幫助連續(xù)梁拱組合橋梁的橋面更好地抵抗多種影響因素，實(shí)現(xiàn)對橋面開裂問題的有效控制。第三，可以采取相應(yīng)的技術(shù)提高連續(xù)梁拱組合橋梁內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力，使其能夠與外部所承受的拉應(yīng)力相互抵消，實(shí)現(xiàn)對橋面的有效保護(hù)。第四，在二期恒載的影響下，連續(xù)梁拱組合橋梁橋面的內(nèi)拉應(yīng)力幾乎為零，這對于減少橋面開裂有較大的幫助。針對這一現(xiàn)象，施工人員可以通過提前增加橋面壓重的方式，維持這一數(shù)值，為解決橋面開裂問題，提供可靠的支持力量。

2.3 拱腳的受力分析和構(gòu)造措施的對策研究

連續(xù)梁拱組合橋梁的拱腳為鋼筋混凝土材質(zhì)結(jié)構(gòu)，在整體結(jié)構(gòu)中扮演著傳力機(jī)理的角色，是承擔(dān)著輔助主縱梁的作用。因此，想要實(shí)現(xiàn)對連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的掌握，加強(qiáng)對拱腳的受力分析和構(gòu)造措施對策的研究是必不可少的環(huán)節(jié)，以下將從多個方面對采用SAP84 結(jié)構(gòu)分析通用程序?qū)澳_部分進(jìn)行三維空間分析展開研究。

2.3.1 采用SAP84 計(jì)算機(jī)模型分析拱腳部位的三維空間

目前我國大多數(shù)的連續(xù)梁拱組合橋梁都采取雙主梁、縱橫梁作為橋面體系構(gòu)建的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員可以將鋼管混凝土作為橋體拱肋的主要材料，并且在拱肋梁的連接上，依舊采用鋼筋混凝土材料，進(jìn)而提升拱肋穩(wěn)定性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)模型構(gòu)建的化繁為簡，僅使用一種計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行拱肋空間應(yīng)力的檢驗(yàn)。此外，連續(xù)梁拱組合橋梁的主梁具有受力相對均勻的特點(diǎn)。因此在建立空間計(jì)算模型時(shí)，應(yīng)當(dāng)將結(jié)構(gòu)中的一片拱肋作為拆分研究的主體，采取科學(xué)的措施將位于主縱梁之中的橫梁省略，讓整體結(jié)構(gòu)更為清晰明確，達(dá)成對結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化的目的，同時(shí)有效縮短施工的工期。

2.3.2 對連續(xù)梁拱組合橋梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)采取關(guān)鍵技術(shù)

第一，受到橋梁實(shí)際使用的影響，設(shè)計(jì)師通常會在連續(xù)梁拱組合橋梁中拱肋和主縱梁的連接部位做特殊處理，這也就使得二者連接位置的剛度變化相對較大，極容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題，這對于拱肋與主縱梁整體使用的安全性和可靠性都有著較大的負(fù)面影響。對此，相關(guān)工作人員可以采取將拱腳向內(nèi)側(cè)過渡的方式，讓呈現(xiàn)出一個弧形結(jié)構(gòu)，有效的降低剛性連接處突變問題的出現(xiàn)概率，實(shí)現(xiàn)對連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的有效掌握。第二，拱肋所產(chǎn)生的水平推力會直接傳導(dǎo)給主縱梁，而后以上緣位置作為導(dǎo)向進(jìn)入連續(xù)梁拱組合橋梁部位。在這一過程中推力均勻性的保持尤為重要，一旦水平方向上的力無法保持均勻傳遞，則連續(xù)梁拱組合橋梁上緣位置將會凝聚大量的拉應(yīng)力，沿著拱肋主鋼筋軸線持續(xù)發(fā)揮負(fù)面作用，最終對連續(xù)梁拱組合橋梁整體的安全性構(gòu)成威脅。因此，在連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)中相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)注意對關(guān)鍵技術(shù)的掌握，緊跟時(shí)代的發(fā)展步伐，加強(qiáng)對 SAP84 結(jié)構(gòu)分析通用程序的研究，通過將SAP84 結(jié)構(gòu)分析通用程序與連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對拱腳三維空間有效分析的目的。第三，拱腳部分鋼筋間距的加大對于后續(xù)的施工工作的開展有著較大的良性作用，能夠規(guī)避諸多隱患問題，因此在進(jìn)行連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)在拱腳間距的拓寬上投入更多的時(shí)間和精力，并且加強(qiáng)對混凝土質(zhì)量的分析與研究，以保障連續(xù)梁拱組合橋梁最終設(shè)計(jì)成果能夠獲得更多的認(rèn)可，創(chuàng)造出更多的良性影響力[2]。

2.4 鋼管拱處灌注混凝土整個過程中的整體和局部應(yīng)力狀態(tài)策略

2.4.1 在鋼管拱處灌注混凝土進(jìn)行施工

想要實(shí)現(xiàn)對鋼管拱灌注混凝土的全過程設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的有效掌控，必須先實(shí)現(xiàn)對鋼管拱灌注施工過程的全面了解，經(jīng)過分析與整合以下將對此展開研究：第一，在具體的鋼管拱灌注施工工作開始前，需要先進(jìn)行鋼管拱的管節(jié)的制造，在這一環(huán)節(jié)需要實(shí)現(xiàn)對工藝的有效把控，以保障后續(xù)施工的順利性。第二，鋼管拱材料需要在橋面上直接進(jìn)行安裝，在進(jìn)行拼接安裝時(shí)相關(guān)管理人員需要注意對材料規(guī)格的進(jìn)一步檢查，為鋼管拱灌注混凝土施工水平的提升打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第三，在基礎(chǔ)施工工作結(jié)束后需要將負(fù)責(zé)穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的鋼管拱支架拆除，在這一過程中相關(guān)工作人員必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行，避免盲目拆除而帶來的安全隱患問題的出現(xiàn)。第三，鋼管拱灌注混凝土無法一次完成，關(guān)系工作人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)實(shí)際情況采取多次澆灌的方式施工，以保障最終的施工質(zhì)量效果呈現(xiàn)能夠符合預(yù)期要求，為連續(xù)梁拱組合橋梁使用的安全性和可靠性保駕護(hù)航。

2.4.2 在鋼管拱內(nèi)灌注混凝土整個過程中使用ADINA 結(jié)構(gòu)分析程序

在進(jìn)行鋼管拱灌注混凝土施工時(shí)所選擇的鋼管剛度相對較小，因此呈現(xiàn)出了“大位移小應(yīng)變”的特點(diǎn)，這也同時(shí)為鋼管拱灌注混凝土施工的復(fù)雜性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，如果在進(jìn)行這一部分的設(shè)計(jì)時(shí)采取了較為普通的線彈性原理程序，將極容易因忽略其特殊性而導(dǎo)致最終的計(jì)算結(jié)果誤差過大，不具備實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)的在程序選擇上做出優(yōu)化，積極的引入ADINA 結(jié)構(gòu)分析通用程序，通過采集大量信息資源的方式搭建模擬模型，實(shí)現(xiàn)對實(shí)際施工場景的有效還原，讓鋼管拱灌注混凝土的全過程數(shù)據(jù)都可以通過模擬模型獲得，從而使得企業(yè)能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就對鋼管拱灌注混凝土的實(shí)際情況有所了解，在有效的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化與創(chuàng)新，以保障真實(shí)環(huán)境下的鋼管拱灌注混凝土工作可以順利進(jìn)行，真正的做到對隱患問題的有效規(guī)避，保障施工工作可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)對施工成本的有效節(jié)約，達(dá)成對企業(yè)信譽(yù)形象的有效樹立。

3 柔性支撐上制作預(yù)應(yīng)力混凝土梁的對策研究

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

目前，我國的多數(shù)連續(xù)梁拱組合橋梁工程都應(yīng)用了橋梁支架，有助于提升預(yù)應(yīng)力混凝土的能力。第一，橋梁支架以三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)支持力量，能夠?qū)崿F(xiàn)對既定道路、橋梁的有效跨越，在保障整體的穩(wěn)定性和安全性方面有著較大的優(yōu)勢。第二，橋梁支架柔性結(jié)構(gòu)相對特殊，為了發(fā)揮橋梁支架的作用，必須先實(shí)現(xiàn)對連續(xù)梁拱組合橋梁預(yù)應(yīng)力施工全過程的有效計(jì)算，這也使橋梁支架的使用門檻隨之提高，對我國交通規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)帶來了一定的挑戰(zhàn)。

3.2 采用虛擬的桿件模擬方法

虛擬的桿件模擬方法的包容性較強(qiáng)，使用范圍也相對較廣，上文中提到了三跨施工梁這種柔性結(jié)構(gòu)，進(jìn)行張拉之后，很難使其內(nèi)力進(jìn)行重新分配，反而會產(chǎn)生較大的反彈現(xiàn)象，結(jié)束張力之后，梁體并不能夠脫離施工梁。應(yīng)用單向受壓桿很難真實(shí)地模擬這種受力現(xiàn)象，通過采用虛擬的桿件模擬方法，可以更好地保證其結(jié)構(gòu)的安全性。首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將施工梁的部分結(jié)構(gòu)與虛擬的桿件模擬模型結(jié)合，保障虛擬的模擬桿件和施工梁之間能夠形成較為穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)體系。其次，在進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對虛擬桿特點(diǎn)的分析，以保障施工梁受壓情況能夠被有效的監(jiān)測，一旦監(jiān)測較為明顯的受壓現(xiàn)象，則計(jì)算結(jié)果作廢，切實(shí)的保障最終數(shù)據(jù)結(jié)果的精準(zhǔn)性，實(shí)現(xiàn)虛擬的桿件模擬計(jì)算方法使用的有效性。最后，在施工梁還未脫離時(shí)使用虛擬的桿件模擬能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場環(huán)境的有效還原，讓計(jì)算的結(jié)果精準(zhǔn)性得到針對性的提高，不過這一舉措也讓虛擬的桿件模擬計(jì)算的工作量大幅提升，為交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院工作人員帶來了一定的挑戰(zhàn)。

3.3 注意要點(diǎn)

結(jié)合虛擬的桿件模擬方法、柔性支撐模擬方法，橋梁支架制作預(yù)應(yīng)力混凝土梁有較好的效果。不過，在實(shí)際的連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)注意對以下要點(diǎn)的掌握，保障連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)價(jià)值能夠得到最大化的發(fā)揮，為我國道路橋梁工程在新時(shí)期的持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。第一，在拆除橋梁支架前，采用支撐元模擬的方式進(jìn)行受壓桿的檢測，最終所得結(jié)果的精準(zhǔn)性無法得到有效的保障，應(yīng)當(dāng)以雙向受力桿模擬替換支撐模擬方式，避免出現(xiàn)過大的誤差對連續(xù)梁拱組合橋梁造成較大的安全隱患。第二，在拆除橋梁支架后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算，在獲得相近數(shù)值后，證明橋梁支架實(shí)際性能對最終的建設(shè)結(jié)果不構(gòu)成較大影響，反之則代表橋梁支架的質(zhì)量較差無法投入使用。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)地作出改變，對橋梁支架進(jìn)行進(jìn)一步的材質(zhì)檢測，保障橋梁支架能夠在連續(xù)梁拱組合橋梁中發(fā)揮真正的作用和價(jià)值[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，自改革開放以后我國的經(jīng)濟(jì)水平得到了顯著的提升，對交通運(yùn)輸?shù)男枨笠搽S之增多，連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)的出現(xiàn)有助于滿足人們的需求，以及提升工程建設(shè)質(zhì)量水平。所以，相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)的掌握，積極地開展技術(shù)優(yōu)化工作，為連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)作用價(jià)值的充分發(fā)揮保駕護(hù)航，以實(shí)現(xiàn)自身行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。