摘"要：樂望紅水河特大橋主橋為計算跨徑達508 m的中承式鋼管混凝土拱橋，拱圈采用纜索吊運斜拉扣掛懸臂拼裝施工技術，全橋拱圈吊裝節(jié)段數(shù)達56節(jié)，傳統(tǒng)吊裝工藝為每完成一節(jié)拱肋安裝便橫移一次，施工工作量大、工期長，且反復橫移也增加了施工風險。對此，文章提出單片拱肋每連續(xù)安裝兩節(jié)橫移一次的施工方案，并從索力、施工線形和拱圈應力三個方面對比分析該方案和傳統(tǒng)方案的差異性。結果表明該方案具有經(jīng)濟性好、節(jié)約工期、安全性好等優(yōu)點。

關鍵詞：拱橋；樂望紅水河特大橋；線形；索力；應力參考文獻：

中圖分類號：U448.22

0 引言

鋼管混凝土拱橋具有結構優(yōu)美、力學性能好等優(yōu)點，成為工程中應用較多的橋型之一［1］。大跨徑鋼管混凝土拱橋絕大多數(shù)采用懸臂拼裝施工工藝，目前已經(jīng)合龍貫通的最大跨徑拱橋為主跨600 m的鋼管混凝土勁性骨架拱橋——天峨龍灘特大橋。隨著后續(xù)工程發(fā)展的需要，鋼管混凝土拱橋將具有更加廣闊的應用前景。然而，隨著拱圈跨徑一次次刷新紀錄，拱肋懸臂拼裝節(jié)段數(shù)也越來越多，為了節(jié)約主索用量，大多采用主索橫移方式［2］進行施工，節(jié)段安裝順序決定了主索橫移次數(shù)，也影響扣索索力與施工線形。在建工程主跨528 m中承式鋼管混凝土拱橋——樂望紅水河特大橋單片拱肋懸臂拼裝節(jié)段數(shù)達18段，全橋拱圈（包括中間橫撐）懸臂拼裝節(jié)段數(shù)量達56段，采用傳統(tǒng)拱圈懸臂拼裝施工順序［3-4］，索鞍橫移施工工作量大、施工成本高、安全性差。傳統(tǒng)鋼管混凝土拱橋懸臂拼裝施工是左右幅拱肋各安裝一節(jié)段便安裝中間橫聯(lián)，導致橫移工作量很多。橫移過程中存在一定施工風險、易磨損材料，影響設備使用壽命；索鞍橫移一次耗時＞0.5 d，影響施工工期。因此，有必要對拱圈懸臂拼裝施工順序進行改進，提出更合適的拱圈懸臂拼裝順序，減少索鞍橫移次數(shù)，以達到節(jié)約施工工期、提高設備耐久性的目的。

基于此，本文以特大跨徑鋼管混凝土拱橋——樂望紅水河特大橋為工程依托，提出單片各連續(xù)安裝兩節(jié)拱肋便橫移一次的施工順序，該施工方式較傳統(tǒng)施工方式可節(jié)約一半的索鞍橫移次數(shù)，大幅節(jié)約了施工工期，也提高了設備安全性。為確保該施工方式的合理性，從拱圈配索數(shù)量、索力均勻性、拱圈應力和施工過程中線形情況等幾個方面對比分析傳統(tǒng)拱圈拼裝順序和本施工順序的差異性，確保本施工順序安全、可行。

1 依托工程

1.1 項目簡介

樂望紅水河特大橋是樂業(yè)至望謨（樂業(yè)段）高速公路的控制性工程，位于百色市樂業(yè)縣雅長鄉(xiāng)內，跨越紅水河，是黔桂兩?。▍^(qū)）的“紐帶”橋梁。該橋為中承式鋼管混凝土拱橋，主跨528 m，計算跨徑508 m，拱軸線采用高次拋物線。單片拱肋采用四肢桁架式格構式結構，兩片拱肋通過中間橫聯(lián)形成整體結構。主拱弦管均為1 300 mm鋼管混凝土管，管內采用C60自密實補償收縮混凝土灌注。該橋采用懸臂拼裝（纜索吊運斜拉扣掛）施工工藝，根據(jù)各節(jié)段長度和重量情況，將每片拱肋劃分成18個節(jié)段安裝，每節(jié)段拱肋最大吊裝重量為212.8 t，最大節(jié)段長度為39.16 m，單片拱肋在安裝完第6個節(jié)段后封拱腳（見圖1）。

1.2 懸臂拼裝方案

為減少拱肋懸臂時長，拱圈采用對稱吊裝法施工。如圖2所示，傳統(tǒng)懸臂拼裝順序為左右幅拱肋各安裝完一節(jié)拱肋，接著安裝對應的中間橫聯(lián)，反復循環(huán)以上工序直至拱圈合龍。由于拱圈纜索吊施工是通過橫移纜索吊機至拱肋指定位置實現(xiàn)拼裝作業(yè)，因此傳統(tǒng)工藝橫移工作量大、過程較慢，導致施工工期長。基于此，本文提出左右幅拱肋各連續(xù)安裝完兩節(jié)拱肋，再安裝對應的中間橫聯(lián)的方法，具體施工順序如圖3所示。

2 結構建模與計算方法

2.1 有限元建模

采用Midas Civil軟件建立有限元模型（見圖4），扣索采用桁架單元，拱座三角形鋼板采用板單元，其余各桿件均采用梁單元建立。按照拱圈實際施工順序將施工過程劃分為56個拼裝節(jié)段，并根據(jù)處于不同施工階段時的荷載、邊界情況，以此建立相應的邊界組、荷載組和結構組，形成58個施工階段（包括封拱腳及合龍松索）。

2.2 計算方法

隨著大跨拱橋技術的不斷發(fā)展，拱圈斜拉扣掛懸臂拼裝施工計算方法主要有零彎矩法、零位移法、正裝法、未知荷載系數(shù)法、優(yōu)化法等［5-8］。各方法各有優(yōu)點和局限性，需根據(jù)工程實際情況進行選取。其中，零彎矩法無法考慮封拱腳，且視各拱肋節(jié)段間為鉸接，導致無法準確計算出大跨徑拱橋的施工索力。零位移法視各扣點位置為鉸接，再根據(jù)鉸接處合力反算扣索力，但支座合力方向常常與索力方向不一致，導致計算易失真。正裝法則要求計算人員有相關調索經(jīng)驗，且對于多節(jié)段的大跨徑拱橋施工計算調索比較耗時，有時候甚至調不出適合的索力。優(yōu)化法通常結合影響矩陣建立位移與索力的關系，再根據(jù)最優(yōu)化理論計算出最優(yōu)索力。文獻［8］采用優(yōu)化法建立拱橋一次張拉計算方法，該方法已應用于多座特大跨拱橋斜拉扣掛施工計算中，并取得了良好的應用效果。基于此，本文采用文獻［8］方法對樂望紅水河特大橋拱圈懸臂拼裝施工過程進行計算分析。該方法的計算流程詳見圖5。

3 結果分析

3.1 經(jīng)濟性分析

由表1可知，采用傳統(tǒng)懸臂拼裝施工順序和本方案施工順序配索總數(shù)量相同，但采用傳統(tǒng)施工拼裝順序整個施工過程需要橫移54次，本方案施工順序僅需要28次，根據(jù)經(jīng)驗，塔頂纜索吊橫移系統(tǒng)橫移一次需要0.5 d，因此本方案施工順序較傳統(tǒng)方案可節(jié)約施工工期0.5×（54-28）=13 d。綜上對比可知，本懸臂拼裝施工順序較傳統(tǒng)施工順序更具有經(jīng)濟性。

3.2 安全性分析參考文獻：

3.2.1 扣索均勻性

拱圈斜拉扣掛施工過程中，后一個拼裝節(jié)段對前一個節(jié)段的扣索索力將產(chǎn)生影響，因而扣索索力也會產(chǎn)生波動?？鬯魉髁︻l繁大幅度波動將使得扣索易疲勞斷裂，造成施工風險較大?；诖?，對整個懸臂拼裝施工過程中各扣索索力變化進行對比分析，計算結果如圖6所示。

由圖6可知，整個懸臂拼裝施工過程中，各扣索索力變化均較小，傳統(tǒng)拱圈拼裝順序各扣索最大索力變化值為136.5 kN， 本方案施工順序最大索力變化為166.2 kN， 二者整體差異不顯著。就變化率而言，傳統(tǒng)施工順序和本方案施工順序索力變化最大值分別為12.8%和19.4%， 二者差異不顯著。

3.2.2 施工線形

以裸拱自重下各控制點線形為目標線形，對施工過程中各控制點于目標線形的最大偏差和最小偏差進行統(tǒng)計，計算結果如圖7所示。

由圖7可知，整個施工過程中傳統(tǒng)施工順序和本方案施工順序各控制點的最大線形偏差差別很小，其中傳統(tǒng)施工順序線形變化最大值和最小值分別為123.2 mm和-212 mm，本方案施工順序最大值和最小值分別為108.1 mm和-202.7 mm。相比而言，本方案施工順序在施工線形上的波動更小，安全性更好。

3.2.3 拱圈應力對比分析

由圖8可知，傳統(tǒng)懸臂拼裝施工順序最大應力和最小應力分別為77.8 MPa和-109.9 MPa，本方案施工順序最大應力和最小應力分別為72.7 MPa和-97.9 MPa，二者應力計算結果相差很小，較Q420主拱肋鋼材和Q345其余桿件相比，均具有較大安全富余。

4 結語

本文以樂望紅水河特大橋為工程背景，采用斜拉扣掛一次張拉施工優(yōu)化方法與傳統(tǒng)方案施工順序進行計算對比，從拱圈經(jīng)濟性和安全性兩個方面進行了研究，得出結論如下：

（1）兩種方案各扣索索力略有差異，但全橋配索總數(shù)量相同，本方案較傳統(tǒng)方案可節(jié)省索鞍橫移次數(shù)，由此節(jié)約施工工期13 d，經(jīng)濟效益更加顯著。

（2）就扣索索力波動而言，本方案和傳統(tǒng)方案索力波動均較小，各扣索索力波動均控制在＜20%，本方案索力波動幅度略高于傳統(tǒng)方案，但均不影響施工安全。

（3）就施工線形和拱圈應力而言，兩種方案均安全性較好，整體差異不大，本方案較傳統(tǒng)方案更顯安全性。

因此，從經(jīng)濟性和安全性的角度考慮，可采用本文提出的懸臂拼裝施工順序，不僅可大幅度地節(jié)約施工工期，也可以有效避免傳統(tǒng)拼裝索鞍頻繁橫移引起的材料設備損壞以及疲勞損傷等一系列問題。

參考文獻：

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