钢桁拱桥施工中关键问题，连续钢桁拱桥的受力特点

来源：桥何名欤 公众号

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国内外著名的钢桁拱桥

连续钢桁拱桥的受力特点

钢桁拱桥施工中关键问题

一、国内外著名的钢桁拱桥

在斜拉桥、悬索桥没有流行时，钢桁拱在相当长的历史时期内是大跨度的主要桥型结构，钢桁拱桥的发展与材料进步、焊接技术提高、施工成熟是密不可分的。

 

悉尼大桥只有一个角度看起来不美，那就是在桥面上，受限于以前焊接与连接工艺，杂乱的铆接杆件显得过于错综复杂；

就像明星，只能远看，近看不异与凡人一样的瑕疵。

 

 

 

 

 

 

 

 

二、连续钢桁拱桥的受力特点

连续钢桁拱桥是一种中间带系杆拱桥的连续梁结构，皆具系杆拱桥与连续梁桥的特性。

1）首先是一个连续梁，具备连续梁的受力特征，中支点负弯矩，上弦受拉，下弦受压，跨中正弯矩，系梁受拉，上下拱肋组成的桁架拱受压；

2）中间系杆拱，拱的推力由系杆承受，对外表现为无推力拱，桁架拱的强劲只需要配置一个能横向传递荷载的柔性桥面即可，因此立面上系梁很轻柔；

3）桁架拱桥拱肋在于能够均采用减小的材料截面取得较大的纵横向抗弯刚度，且杆件以受轴力为主，最大程度发挥材料的特性。

与箱型拱肋相比，桁架式拱肋减轻了自重，使拱桥的跨越能力更大 ，桁式拱肋具有每个节间杆件能够灵活改变截面尺寸和钢种的特点。

尤其对于只能通过公路运输的地区，桁式拱肋降低了运输与安装条件的限制。

4）中支点加劲弦的设置，极大的减轻施工期间合龙前悬臂的受力，同时减小支点杆件的吨位减小杆件尺寸；

5）中间桁架系杆拱承受自重及节间长度的吊杆集中力，上下拱肋组成的桁架拱跨中正弯矩，下拱肋受拉上拱肋受压，因此上拱肋最大杆件在拱顶；

下拱肋最大杆件在拱脚（与系梁相交下拱肋），下拱肋为真正的主要承重杆件。

桁架拱通过将杆件高度上拉开形成桁架拱，将（箱拱）压弯构件转化为（桁拱）轴力构件，跨越能力增大，并且与边跨形成完美的组合，连续梁受力当然由于简支梁。

三、连续钢桁拱桥的受力特点

大跨度钢桁拱桥通常采用先边跨，后中跨的顺序拼装杆件，边跨一般使用临时墩组拼，中跨采用架梁吊机或者塔吊悬臂拼装。

1、施工中几个关键问题：

1）中跨悬臂拼装的抗倾覆问题，边跨越短，抗倾覆问题越严重， 通常采用边支点附近压重、设置配重索或者中跨设置临时墩解决 ；

2）中跨悬臂拼装时中支点上缘最大负弯矩下杆件施工期间应力过大，通常采用塔架扣索以减小中支点上缘最大拉应力，吊索和塔参与悬臂钢桁拱受力，构成“斜拉桥”的体系。

扣索的张拉时间与张拉力大小根据施工方案计算确定；

3）桥面是否与主桁同步安装；

4）合龙口大小调整，有拱肋合龙口与下弦桥梁合龙口，最常用调整合龙口的方式：

顶落梁与扣索调整高程，纵移与临时系杆调整合龙口纵向间距，以使合龙口满足合龙杆件的要求；

5）合龙前活动中墩临时锁定纵向位移，合龙后，解除锁定，体系转换。

 

 

2、施工抗倾覆稳定计算

塔架扣索

抗倾覆 可以采用 配重索、临时压重 ，从压重的效果而言压在边支座后方对绕中支点倾覆的效果最好，但压重要保证桥面构件的受力；

考虑到合龙时要纵移，一侧采用配重索，纵移一侧采用临时压重，柔性配重索可以实现边支座的顶落梁操作。

根据规范要求，桥跨结构在施工期间计算荷载的最不利组合作用下，倾覆稳定系数不小于1.3，即：稳定力矩/倾覆力矩>1.3

3、塔架的设置

当桥面与主桁同步施工时，悬臂受力最不利，通常采用塔架扣索以减小中支点上缘最大拉应力，吊索和塔参与悬臂钢桁拱受力，构成“斜拉桥”的体系，以达到增大梁高解决悬臂梁根部受力，避免因施工期间控制杆件受力。

同时扣索也是调整合龙口竖直的一个手段。

1）钢梁悬臂拼装（或带扣索的悬臂拼装）至合拢口。

2）针对钢桁梁（拱）由于合拢口下垂，通过辅助手段（下沉边支座或张拉扣索）使合拢口竖直，同时由于竖直过程导致合拢口水平距离增大，钢梁一端需要向中跨预偏。

合龙口调整

3）相对扣索而言，通过起落梁使合拢口竖直时，钢梁合拢口水平距离更大，相应钢梁一端需要向中跨预偏值更大。

4）安装合拢杆件后，释放扣索（或边支座上抬至设计高程），结构在自重作用下由悬臂梁受力状态转换成连续梁受力状态。

此过程就是一个是悬臂变连续的过程，合拢前钢梁为两支点的悬臂梁（或两支点带扣索的悬臂梁）的受力特性，合拢口杆件安装后，通过释放扣索（或起落边支点）实现悬臂变连续的过程。

4、钢梁合龙条件对结构内力的影响

在悬臂变连续的过程中，合拢条件直接影响合拢措施，而合拢措施直接影响合拢后的受力，分为以下几种情况：

1）调整结构制造线形，直接通过施工施工线形变化实现合拢：

该过程无需起落梁，也无需张拉扣索，合拢后结构在自重作用下的内力就是悬臂梁的内力，预应力混凝土连续梁的合拢就是这个过程。

该方案由于接近悬臂梁内力，中支点根部（或拱脚）杆件受力较大，跨中（或拱顶）受力非常小，而根部受力往往控制杆件最大尺寸（包括宽、高、板厚），实际钢梁施工中很少采用。

2）维持结构制造线形，钢梁杆件不因施工变化，通过张拉扣索（或起落梁）实现合拢，合拢后结构的内力就是一次成桥的内力。

该方法是目前大多数钢桥合拢采用的方法。

一定的外荷载、结构体系、支撑边界条件、单元的无应力长度和无应力曲率组成的结构，其对应的结构内力和位移是唯一的，与结构的形成过程无关。

这就是无应力状态的原理。

5、钢桁拱的其他施工方式

先拱肋后桥面，顶落梁与临时系杆方式

作者：朱刚/王成树/陈耀军/刘甜甜/陈正星

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