周 發(fā)，張習(xí)平，趙志雄，張勇智，楊建勇，楊偉杰，盧征攀

（1.云南云雄建設(shè)工程有限公司，云南 大理 671000；2.華能瀾滄江水電股份有限公司，云南 昆明 650000）

1 勁性骨架拱橋施工穩(wěn)定性

1.1 勁性骨架拱橋施工穩(wěn)定性狀況分析

剛性骨架正在向地面澆筑混凝土，其全部的荷載都是由勁性骨架來(lái)進(jìn)行承擔(dān)的，這會(huì)導(dǎo)致整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性出現(xiàn)問(wèn)題，但是如果在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，能夠使其逐漸變得更加具有剛度，同時(shí)參與整體的受力之后，整體骨架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也會(huì)不斷提升。但是需要注意，在澆筑頂板混凝土的時(shí)候，若其荷載全部由勁性骨架以及形成剛度的底板包括腹板混凝土來(lái)進(jìn)行承擔(dān)，穩(wěn)定性有可能處于較差的狀態(tài)[1]。

1.2 勁性骨架拱橋施工穩(wěn)定性影響因素

勁性骨架拱橋出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，跟其他的一般拱橋出現(xiàn)失穩(wěn)的情況有著一定的區(qū)別，而出現(xiàn)這種情況的主要原因是勁性骨架跟混凝土板本身的受力是依據(jù)工程的順序而進(jìn)行疊加的，每一次承載結(jié)構(gòu)不一樣，所以這也引起了管柱骨架的剛度和腹中桿的應(yīng)力不均勻，致使整體結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性之前局部弦桿就會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象，所以在對(duì)于施工穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，一定要考慮各個(gè)桿件的受力情況，因?yàn)榭缍缺容^大的勁性骨架結(jié)構(gòu)如果出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性變形就會(huì)對(duì)于內(nèi)力造成很大的影響，而且每一次加載所造成的位移都是非線性的，在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候也必須要考慮到幾何非線性。勁性骨架拱橋在不同的施工階段當(dāng)中都容易存在施工方面的誤差，所以最終也會(huì)導(dǎo)致拱橋的拱肋出現(xiàn)高程方面的誤差，在正式成橋之后，橋架軸，包括設(shè)計(jì)軸也會(huì)有差異，所以這就要求工作人員必須要在結(jié)構(gòu)初期就對(duì)于影響整體橋梁穩(wěn)定性的缺陷因素進(jìn)行相應(yīng)的分析。

2 水平轉(zhuǎn)體施工的原理

水平轉(zhuǎn)體施工可以劃分成兩個(gè)構(gòu)成部分，分別是有平衡重轉(zhuǎn)體以及無(wú)平衡重轉(zhuǎn)體，有平衡重轉(zhuǎn)體指的就是在進(jìn)行施工的過(guò)程當(dāng)中，需要將拱圈劃分成兩個(gè)半拱，分別在兩岸利用更加有利的地形條件，當(dāng)做是簡(jiǎn)單的支架，然后預(yù)制拱箱，利用結(jié)構(gòu)自身或者是結(jié)構(gòu)用鋼構(gòu)成錨扣體系，張拉扣鎖就能夠做到使拱箱出現(xiàn)脫架的現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)動(dòng)體系包含著拱箱以及平衡重和上轉(zhuǎn)盤(pán)以及扣鎖等，把主要的重心放在了磨心和磨蓋方面，而磨心和磨蓋的公共垂線指的就是轉(zhuǎn)軸整體的重量完全作用在磨心上，重力對(duì)于整個(gè)轉(zhuǎn)軸的力矩是0，結(jié)構(gòu)在進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，需要克服的只是所產(chǎn)生的各種摩擦阻力，因此以這樣的條件作為基礎(chǔ)，只需要得到一個(gè)很小的力矩就能夠完成大重量物體的轉(zhuǎn)動(dòng)，在千斤頂?shù)捻斖屏Φ淖饔脳l件下，沿著環(huán)道滑動(dòng)就能夠把拱箱轉(zhuǎn)到河心就位合龍[2]。

而無(wú)平衡重轉(zhuǎn)體施工一共包含著錨固體系以及轉(zhuǎn)動(dòng)體系和位控體系等構(gòu)成部分，錨固體系主要包含著錨錠、尾索以及平撐等一系列的結(jié)構(gòu)，錨錠一般會(huì)設(shè)置在引道和邊坡巖層當(dāng)中，錨梁支撐在立柱上，以這樣的方式就可以打造出兩個(gè)方向的平撐以及尾索共同構(gòu)成的穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，讓上轉(zhuǎn)軸變成一個(gè)能夠確定下來(lái)的固定點(diǎn)，當(dāng)拱箱在進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，無(wú)論到了哪一個(gè)角度，錨固體系都能夠做到平衡，所以以這樣的方式能夠更好的省去平衡轉(zhuǎn)動(dòng)體系當(dāng)中關(guān)于平衡的相關(guān)需求，而轉(zhuǎn)動(dòng)體系總共包含著上下軸以及拱箱和扣鎖等構(gòu)成部分，對(duì)于位控體系來(lái)說(shuō)，偏心值設(shè)置在上下轉(zhuǎn)盤(pán)之間，當(dāng)我們順利張拉到了設(shè)計(jì)的噸位之后，拱箱就會(huì)出現(xiàn)離架的現(xiàn)象，同時(shí)扣索力也自然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)向外的分力，以此就能夠有效地形成向外自轉(zhuǎn)的力矩，這樣拱架就會(huì)自動(dòng)的向河心轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)省了吊裝的設(shè)備，同時(shí)也簡(jiǎn)化了整體施工。

3 鋼筋混凝土拱橋勁性框架結(jié)構(gòu)極限承載力和幾何參數(shù)分析

為了能夠有效的針對(duì)于鋼筋混凝土拱橋勁性骨架的施工技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，就必須要結(jié)合拱橋勁性骨架在進(jìn)行建設(shè)過(guò)程當(dāng)中的幾何性能包括材料性能，建立了整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的極限荷載分析模型。幾何性能包括材料性能，建立了整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的極限荷載分析模型。根據(jù)幾何特性，包括材料特性，設(shè)置了整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的極限承載力分析模型。通過(guò)完成平面受力分析，然后結(jié)合整個(gè)構(gòu)建的幾何特性，包括材料特性以及這二者之間的關(guān)系，選擇使用節(jié)點(diǎn)錨固性能參數(shù)分析的辦法，構(gòu)建出平衡力矩模型，通過(guò)極限承載力的相關(guān)計(jì)算，包括針對(duì)于分析混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)準(zhǔn)則，完成了鋼筋混凝土拱橋加勁肋的屈服應(yīng)力響應(yīng)[3]。

4 鋼筋混凝土拱橋勁性骨架施工的參數(shù)優(yōu)化

對(duì)鋼筋混凝土拱橋剛骨架的材料配置量、結(jié)構(gòu)參數(shù)和屈服強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行了研究，鋼筋混凝土拱橋剛架縱向鋼筋為HRB400 級(jí)，鋼筋混凝土拱橋硬骨架的鋼筋采用SMA 材料，通過(guò)荷載位移的辦法，建立一個(gè)在彈性階段以及對(duì)屈服階段的彈性參數(shù)進(jìn)行了分析，得到了重復(fù)載荷作用下極限拉應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變結(jié)果[4]。

5 轉(zhuǎn)體的平衡稱重方案

以便對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的重量實(shí)際分布情況進(jìn)行精準(zhǔn)的分析，確?；剞D(zhuǎn)體在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程當(dāng)中的順利，同時(shí)做到平穩(wěn)的運(yùn)行，我們還需要應(yīng)用平衡稱重實(shí)驗(yàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核，一般情況下，當(dāng)鋼管混凝土拱橋布置在橋梁結(jié)構(gòu)中時(shí)，由于各種不對(duì)稱設(shè)計(jì)的存在，因此，在整個(gè)過(guò)程中，它會(huì)引起橫向分布的不一樣，包括后墻結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力張力的不同，結(jié)構(gòu)的重心不可避免地會(huì)出現(xiàn)偏移，所以說(shuō)更需要準(zhǔn)確的針對(duì)于旋轉(zhuǎn)體系的不平衡力矩進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，同時(shí)依據(jù)具體的情況來(lái)打造更加合適的稱重方案[5]。

6 施工方案概述

扎西揚(yáng)頂?shù)焦艑W(xué)組跨江大橋的項(xiàng)目，在進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中，橋跨的布置是20m 的簡(jiǎn)支梁，加上主跨為115m 的鋼管混凝土拱，再加上20m 的筒支梁，整體的橋梁全長(zhǎng)為182.66m，其中主橋?yàn)閮艨鐝?15m 的上承式啞鈴型拱圈截面鋼管混凝土雙肋拱，拱橋的上部結(jié)構(gòu)選擇使用的是跨徑為11m×12m 的鋼-混組合連續(xù)梁，而左岸以及右岸引橋則選擇使用的是單跨20m 的鋼-混組合梁。

主拱圈選擇利用的是等截面啞鈴型雙片拱肋鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，單片拱肋的截面總高度為2.6m，橫橋向兩片拱肋間的中心距設(shè)定為6.0m，啞鈴型拱肋上弦管肋間設(shè)K 撐。拱肋的上下鋼管的外徑是?100cm，鋼管以及腹板的壁厚都設(shè)置成了16mm，上鋼管以及下鋼管內(nèi)充C50 微膨脹混凝土，腹腔當(dāng)中不填充任何混凝土，鋼管拱肋對(duì)接接頭選擇利用的是內(nèi)法蘭盤(pán)栓接，管外壁焊接的方式來(lái)對(duì)其進(jìn)行連接。拱肋間平聯(lián)橫撐選擇利用的是?600mm×8mm 的鋼管，平聯(lián)斜腹桿是?350mm×6mm 鋼管，平聯(lián)為?600mm×8mm 的鋼管內(nèi)，需要灌注混凝土。主拱圈節(jié)段劃分，按照構(gòu)件的具體運(yùn)輸長(zhǎng)度，包括吊裝的重量來(lái)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的控制，單根的拱肋從拱腳一直到拱頂一共劃分成五個(gè)節(jié)段，需要注意的是，這是不含合龍段的，全橋一共劃分成了11個(gè)節(jié)段來(lái)完成現(xiàn)場(chǎng)的拼裝，最大節(jié)段的吊裝重量大約為13t。節(jié)段之間的接頭選擇的是內(nèi)法蘭加對(duì)接套管的形式來(lái)對(duì)其進(jìn)行連接，待節(jié)段安裝就位之后，并且選擇使用高強(qiáng)螺栓等強(qiáng)度連接好法蘭盤(pán)之后再焊接好套管，并且完成節(jié)段之間的連接，本次施工過(guò)程當(dāng)中選擇利用的是平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體的形式來(lái)完成合龍。

7 勁性骨架合龍成拱后穩(wěn)定性分析

7.1 二期混凝土澆筑順序

在完成了拱肋的轉(zhuǎn)體以及施工合龍之后，工作人員就需要澆筑二期混凝土腹板包括底板的加厚層，在現(xiàn)澆的混凝土并沒(méi)有真正的完全硬化之前，增加的重量直接增加了整個(gè)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的情況。在完成了勁性骨架拱圈的合龍之后，二期混凝土在進(jìn)行澆筑的過(guò)程當(dāng)中所采取的順序是不同的，所以說(shuō)這也會(huì)對(duì)于拱圈的整體穩(wěn)定性造成很大的影響，而在這個(gè)時(shí)候則可以站在3 個(gè)角度出發(fā)來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析。首先是先對(duì)于鋼管內(nèi)混凝土進(jìn)行澆筑，其次是腹板分為上下腹板進(jìn)行澆筑，先澆筑下腹板的混凝土，最后是先澆筑底板加厚混凝土。

在對(duì)于合龍之后的勁性骨架進(jìn)行分析之后，在上述3 種情況下，包括穩(wěn)定安全系數(shù)下的一階失穩(wěn)模式，對(duì)于相應(yīng)的分析結(jié)果進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行合龍之后先澆筑鋼管當(dāng)中的混凝土，對(duì)于最終的拱圈的穩(wěn)定性所造成的影響是最小的，而如果我們先澆筑底板加厚混凝土的話，整體的穩(wěn)定性受到了非常大的影響，所以在進(jìn)行澆筑的時(shí)候，應(yīng)該選擇先澆筑鋼管內(nèi)的混凝土。

7.2 不同工況下的穩(wěn)定性和安全性

第二階段，先澆筑鋼管內(nèi)的混凝土，然后加厚腹板和底板。根據(jù)這個(gè)順序，可以分為以下施工步驟：勁性骨架合龍→鋼管內(nèi)澆筑混凝土→下腹板上澆筑混凝土→上腹板澆筑混凝土→底板澆筑加厚混凝土→頂板澆筑混凝土。

拱腳勁性骨架出現(xiàn)局部失穩(wěn)，是二級(jí)混凝土在進(jìn)行澆筑完成之前結(jié)構(gòu)的最為重要的一個(gè)失穩(wěn)模態(tài)，通過(guò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全系數(shù)包括失穩(wěn)模態(tài)的具體結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)勁性骨架在合龍之后，整體的安全系數(shù)已經(jīng)提升到了25.2，而且不穩(wěn)定模式的主要表現(xiàn)是其整體平面內(nèi)垂直彎曲不穩(wěn)定，最難施工的部位出現(xiàn)在混凝土腹板上部，其安全系數(shù)只有15.4。由于新澆混凝土不提供相應(yīng)的剛度，拱圈部分超載，當(dāng)新澆混凝土達(dá)到周期齡期時(shí)，就能夠提供有效的強(qiáng)度，在這個(gè)時(shí)候結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會(huì)得到相應(yīng)的提升。所以說(shuō)需要特別注意的一點(diǎn)就在于混凝土的澆筑順序包括其具體的澆注量，從其他的工況的失穩(wěn)模態(tài)進(jìn)行分析就能夠發(fā)現(xiàn)混凝土隨著拱環(huán)的頂部和底部變厚，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全系數(shù)均大于澆筑腹板時(shí)的穩(wěn)定安全系數(shù)。

7.3 成橋階段穩(wěn)定性

勁性骨架的主拱圈選擇利用的是板單元以及梁?jiǎn)卧g的融合，立柱包括T 梁選擇使用的是梁?jiǎn)卧?，其中，拱圈?nèi)鋼籠包含拱頂空心截面結(jié)構(gòu)，無(wú)法進(jìn)行模擬的結(jié)構(gòu)則選擇使用的是外部荷載加載，拱圈的頂部橋面選擇利用的是虛擬橋面來(lái)對(duì)其進(jìn)行模擬，這樣更加方便于二期恒載包括汽車荷載方面的加載。在分析MIDAS/Civil 軟件結(jié)構(gòu)時(shí)，不允許同時(shí)進(jìn)行屈曲分析和移動(dòng)載荷分析。所以在進(jìn)行分析的過(guò)程當(dāng)中，必須要通過(guò)等效的辦法，以最不利的方式將移動(dòng)荷載以靜態(tài)方式施加到模型上，以形成確定性荷載矩陣進(jìn)行分析。

活荷載要注意以下工況。①結(jié)構(gòu)自重+次自重（僅限主拱環(huán)）。②結(jié)構(gòu)自重+次自重（包括拱形建筑）。③最不利條件為結(jié)構(gòu)自重+次自重+拱腳截面彎矩。④結(jié)構(gòu)自重+第二期自重+1/8 截面彎矩最難施工的情況。⑤結(jié)構(gòu)自重+二期自重+1/4 最難施工的截面彎矩。⑥結(jié)構(gòu)自重+次自重+最難施工截面彎矩的3/4。⑦結(jié)構(gòu)自重+次自重+拱段彎矩最難施工的情況。

通過(guò)對(duì)剛性骨架主拱圈在恒載和活載作用下的穩(wěn)定安全系數(shù)和失穩(wěn)模式結(jié)果的分析，可以看出，在不同工況下，一階穩(wěn)定安全系數(shù)都在4 以上，達(dá)到《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，并且該結(jié)構(gòu)狀態(tài)安全、穩(wěn)定。分析二期混凝土在兩種不同情況下是否提供剛度：①當(dāng)拱上建筑跟主拱圈并沒(méi)有進(jìn)行同時(shí)施工的時(shí)候，主拱圈只增加了一些附加荷載，拱圈的穩(wěn)定系數(shù)為23.77，表明其失穩(wěn)模式屬于面內(nèi)失穩(wěn)。②當(dāng)建筑物與主拱圈同時(shí)工作時(shí)，在這個(gè)時(shí)候拱圈的穩(wěn)定安全系數(shù)是21.18，仍然屬于面內(nèi)失穩(wěn)，由此便可以看出，拱上建筑其實(shí)是削弱了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的，其數(shù)值的變化量是2.59，而在考慮到活載所產(chǎn)生的作用的條件下，在工作②狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)最低，也就是拱腳截面彎距最為不利的條件，在這個(gè)時(shí)候穩(wěn)定安全系數(shù)是19.57，通過(guò)跟工況①進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)活載對(duì)于結(jié)構(gòu)的最終穩(wěn)定系數(shù)也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)針對(duì)于轉(zhuǎn)體施工階段的自重荷載穩(wěn)定性進(jìn)行相關(guān)的研究，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)一階失穩(wěn)基本上都是以局部失穩(wěn)所導(dǎo)致的平面內(nèi)失穩(wěn)為主的，局部失穩(wěn)非常容易出現(xiàn)在拱腳加上勁性骨架左右的位置，因此，需要對(duì)于拱腳加勁性骨架進(jìn)行相應(yīng)的加固。在拱肋合龍之后需要針對(duì)于澆筑了的二期混凝土的不同工況的具體穩(wěn)定性能進(jìn)行相應(yīng)的探討以及分析，最終結(jié)果表明，混凝土腹板澆筑階段對(duì)施工條件最為不利，拱圈因?yàn)槭切聺仓幕炷粒圆](méi)有真正的形成相應(yīng)的剛度，導(dǎo)致其局部荷載過(guò)大，澆筑腹板混凝土?xí)r，需做分層澆筑，施工速度可以適當(dāng)放慢，當(dāng)新澆筑的混凝土具有一定的剛度時(shí)，才能繼續(xù)施工。在成橋的階段對(duì)其進(jìn)行分析時(shí)可以發(fā)現(xiàn)拱上建筑跟主拱圈聯(lián)合作用，弱化了主拱圈的穩(wěn)定性，同時(shí)，車輛活載也影響著穩(wěn)定性，所以在回轉(zhuǎn)施工階段，包括后期閉合階段，要不斷加強(qiáng)對(duì)拱腳關(guān)鍵部位骨架位置的控制，通過(guò)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，正確的完成施工澆筑過(guò)程包括整體構(gòu)造過(guò)程當(dāng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，能夠更好地避免局部出現(xiàn)屈曲的問(wèn)題。