拱架現(xiàn)澆拱橋施工與監(jiān)測對結(jié)構(gòu)性能的影響

師麗花

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一、拱橋發(fā)展簡介

拱橋在我國建橋史上占有舉足輕重的地位，以其獨(dú)有的特色享譽(yù)國內(nèi)外。解放后，我國在拱橋建設(shè)方面發(fā)展較大。在1958~1960年，我國修建了大量的石拱橋。雙曲拱橋以其用料省、造價(jià)低、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，得到應(yīng)用和推廣。上世紀(jì)九十年代，我國興建鋼管混凝土拱橋近百座。九十年代后，我國修建多座大跨徑的鋼筋混凝土肋拱橋和箱拱橋。

二、箱型拱橋的特點(diǎn)

在某些條件下，拱橋與其它橋型相比具有優(yōu)勢，而箱型截面混凝土拱橋是設(shè)計(jì)人員在總結(jié)了施工和成橋使用的優(yōu)缺點(diǎn)后創(chuàng)建的。由于箱型拱拱圈截面有一定的挖空，既節(jié)省材料又顯著提高截面性能，對于大跨徑橋效果更為顯著。箱型截面具有抗扭剛度大，穩(wěn)定性好；承重結(jié)構(gòu)與傳力結(jié)構(gòu)相結(jié)合，各部件共同受力；滿足預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)空間布束的要求，截面效率高等優(yōu)點(diǎn)。

三、施工過程計(jì)算與監(jiān)測分析

（一）拱架現(xiàn)澆拱橋的現(xiàn)場監(jiān)測

主拱結(jié)構(gòu)采用拱架現(xiàn)澆施工完成的拱橋，施工階段的應(yīng)力和變形非常復(fù)雜，且材料參數(shù)、環(huán)境因素和施工誤差等是難以預(yù)測，所以設(shè)計(jì)階段的理論分析和模擬計(jì)算并不能反映實(shí)際施工受力狀態(tài)，因此要對橋梁施工階段進(jìn)行監(jiān)測?，F(xiàn)結(jié)合甕溪Ⅱ號(hào)大橋的監(jiān)測工作，對拱架現(xiàn)澆拱橋的監(jiān)測事項(xiàng)做詳細(xì)說明。

（二）橋梁概況

甕溪Ⅱ號(hào)大橋位于遵義市。橋梁主孔是凈跨96m的整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形截面拱，矢跨比為1/6，拱軸系數(shù)為1.756，兩岸邊孔是跨徑為8m的預(yù)制鋼筋混凝土空心板，拱上建筑布置為8m+13×8m+8m=120m。

拱圈高度7.5m,拱圈截面高度為1.9m。拱圈為單箱雙室截面，一般截面的拱圈項(xiàng)、底板厚度為25cm，拱腳軸線距離1m范圍內(nèi)的拱圈頂?shù)装搴穸葷u變?yōu)?0cm，全橋腹板厚度均為25cm。水平每隔4m設(shè)一道30cm厚的橫隔板，全橋共計(jì)23道。本橋采用貝雷片拱架進(jìn)行拱圈現(xiàn)澆施工。拱圈分三層澆筑：第一層澆筑拱圈底板和下馬蹄，計(jì)680t，第二次澆筑拱圈腹板和橫隔板，計(jì)360t，最后澆筑拱圈頂板和上馬蹄，計(jì)696t，分層澆筑及拱圈截面逐步形成過程見圖2.4。整個(gè)拱圈總重1736t（計(jì)算中考慮1.05的超方系數(shù)，未計(jì)立柱底座混凝土用量，此部分混凝土待拱圈混凝土澆筑完畢后另行澆筑）。

四、貝雷拱架簡介

本橋拱架由貝雷鋼桁架懸臂拼裝而成，為了適應(yīng)設(shè)計(jì)拱圈線形的要求，在拱架一定位置接入特制的7種形式的陰陽接頭。貝雷鋼拱架跨度為94.96m，軸線寬7.30m，截面總高度1.70m。貝雷拱架橫向分為12排貝雷桁架，每排桁架共31片，共計(jì)372片貝雷片。貝雷桁架每兩排為一組，組內(nèi)桁架中心距離為0.45m，組間桁架間距為0.9m和0.95m間隔布置。

五、拱架拼裝

拱架通過使用2-Ф28的鋼絲繩作為扣索懸臂拼裝而成，鋼絲繩的截面積為294mm2，彈模為0.75×105MPa。在鋼拱架試吊和安裝過程中，每個(gè)吊裝節(jié)段均要監(jiān)測扣索索力，索力的監(jiān)測將貫穿整個(gè)鋼拱架的安裝過程，直至扣索拆除。

通過理論計(jì)算和實(shí)測的扣索索力的比較，在拱架拼裝過程中，索力實(shí)測與理論計(jì)算差值最大為13.6KN，最小為3.3KN，扣索索力均在計(jì)算的整個(gè)體系安全許可范圍內(nèi)，拱架拼裝過程是安全的。

（一）拱圈施工方案

在拱架上澆注拱圈時(shí)，拱架將隨荷載的增加不斷變形。有可能使已經(jīng)澆注的混凝土產(chǎn)生裂縫。為了避免因拱架反復(fù)變形而產(chǎn)生裂縫和減少混凝土的收縮應(yīng)力，本橋采用分環(huán)和分段相結(jié)合的方法澆注。本橋拱圈混凝土在高度方向分三層澆注。

（二）拱圈澆筑的關(guān)鍵

對于甕溪Ⅱ號(hào)大橋，澆筑拱圈第一環(huán)混凝土?xí)r，最大澆筑重量為底板重量、下馬蹄重量、模板、腳手架和施工荷載等，且全部由拱架承擔(dān)。拱圈底板澆筑完成前，拱架系統(tǒng)剛度較小，很容易導(dǎo)致較大的變形；拱架弦桿初始?jí)毫苄?，很容易出現(xiàn)受拉弦桿，從而使拱架產(chǎn)生很大的非彈性變形。而澆筑第二、三環(huán)的混凝土?xí)r，濕重由拱圈底板混凝土和鋼拱架共同承擔(dān)，拱架的受力和變形的增量都較小，因此，拱圈底板的澆筑是拱圈混凝土澆筑的關(guān)鍵步驟。

（三）拱圈腹板、頂板的澆筑程序

澆筑腹板混凝土?xí)r先期澆筑的底板及下馬蹄參與拱架共同受力，澆筑頂板及上馬蹄混凝土?xí)r開口箱參與拱架共同受力，使得拱圈后期澆筑過程中拱架應(yīng)力的增量與拱架變形的增量均較小。腹板和頂板具體澆筑程序與底板相同，間隔槽的預(yù)留位置錯(cuò)開，澆筑過程中時(shí)刻觀測拱架的應(yīng)力與變形。

（四）拱圈澆筑分別對底板、腹板澆注過程的八種工況進(jìn)行穩(wěn)定分析。穩(wěn)定性分析時(shí)不考慮聯(lián)合作用的影響，即底板、腹板混凝土濕重全部由拱架承擔(dān)穩(wěn)定安全系數(shù)。

（五）底板澆筑完畢時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)為5.94；在不考慮聯(lián)合作用的情況下，腹板澆筑完畢時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)為4.53；拱架在施工過程中的最小穩(wěn)定安全系數(shù)為4.53，預(yù)壓荷載工況下穩(wěn)定性系數(shù)為5.31。滿足拱橋穩(wěn)定安全系數(shù)要求大于4的規(guī)范要求。

六、拱架預(yù)壓荷載試驗(yàn)

拱架搭設(shè)完之后，為檢驗(yàn)拱架應(yīng)具備的強(qiáng)度和剛度、減少地基沉降、消除拱架非彈性變形、確保施工質(zhì)量和施工安全，對拱架進(jìn)行預(yù)壓荷載試驗(yàn)。通過比對分析預(yù)壓荷載的實(shí)測與理論數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，拱架主要受力桿件截面應(yīng)力較為理想，應(yīng)力實(shí)測值比理論計(jì)算值偏小，規(guī)律性較為吻合，表明拱架承載能力比設(shè)計(jì)計(jì)算情況理想，底板的澆筑是安全可靠的。

七、結(jié)論

橋梁施工階段進(jìn)行監(jiān)控的重要性不僅在于橋梁整體的穩(wěn)定而且還在于結(jié)構(gòu)的安全。通過甕溪Ⅱ號(hào)大橋拱架吊裝階段扣索索力的監(jiān)控及分析，在施工階段扣索索力均在計(jì)算的整個(gè)體系安全許可范圍內(nèi)，拱架拼裝過程是安全的。通過穩(wěn)定性分析，進(jìn)一步證明施工方案的合理。