空间拱肋结合桥梁顶推施工技艺探析及对结构产生的影响

1绪论

拱桥是一种古老的桥型,其最基本功能是满足交通需求。它以洪为基本结构,造型美观、跨越能力大、能充分发挥材料的抗压性能,因而应用广泛⑴。随着材料与技术的发展,拱桥跨越能力增大且结构型式也呈现出多样性,抛物线、悬链线等洪轴线型式的出现丰富了拱桥的空间造型,使其更具观赏性。大跨度索拱结构[2]、非对称拱助结构[3]、糊蝶拱结构⑷等受力复杂、施工难度大的新型拱桥陆续出现在人们的视野中。拱桥也经历了从满足最基本交通需求的功能,逐渐地向既作为交通构筑物、又作为景观,直至成为观赏性极强的地标的转变[5]。因此,现代拱桥以满足两个要求为基本目标:功能性、观赏性。以此为前提,伴随着轻质、高强、高弹性模量材料的推广应用,现代拱桥逐渐向着拱肋轻型化、结构空间化的趋势发展。结合梁一一空间拱助组合体系桥梁即是这一发展趋势的应用。
观赏性强的洪桥在结构上一般较为复杂,施工方法的选择往往是决定其能否成功建造的关键因素。在拱桥的施工方法方面,传统的方法主要为支架施工法。该法需在设计桥位处设置支架,并在支架上进行拱的施工。其对场地要求较高,通常用于拱距地面不高、跨径较小、桥下无水或水位不深、桥下地质较好的情况。该法施工周期长、工作量巨大,因而只能在场地条件好的小规模拱桥的建设中使用。随着桥梁跨度增大、造型复杂,支架施工法已不能满足需求,因而缆索施工法、转体施工法、悬臂施工法等基于新材料、新技术的方法被广泛应用。这些方法中,悬臂法、转体法等常面临诸如合龙施工、标高控制等各种困难,施工难度较大,且当场地条件限制较多、桥下要求较高时,这些方法也巳较难满足要求。此时可以考虑采用受场地限制较小、施工精度较高且容易进行拱助拼装的顶推法进行施工。
顶推法从诞生至今不过半个世纪有余,因其具有对环境影响小、占地面积小、工期短、经济节约、在施工平台易于拼装而保证施工精度等优点而在中等跨径桥梁的建设方面具有很强的竞争力,故而具有很高的推广应用价值。由于受施工技术与计算分析能力所限,顶推法常被用于梁式桥的建造中,在斜拉桥中也有所应用,在梁拱组合桥梁的建设中采用该方法却非常少见。
然而采用顶推法进行梁拱组合桥梁的施工是未来城市桥梁建设的必然趋势。一方面,城市景观的需求要求建造更多的造型优美的拱桥,其中结合梁一一空间拱助拱桥又独具优势,其系梁以钢一一混凝土结合梁为主,轻质、节约、美观,与空间拱助浑然一体;另一方面,城市桥梁建设大多要求不影响环境、不阻断桥下交通,且对场地限制较多,这些对场地和环境的高要求使得唯有采用顶推法才能在不影响桥下交通与周边环境的前提下完成施工。因此有必要对梁拱组合桥梁的整体顶推施工进行研究,掌握其顶推过程中的结构受力特性、发现并解决实施顶推施工遇到的问题,为此类工程提供指导。

1.1结合梁一一空间拱助组合体系概述
1.1.1梁拱组合桥简筒介
供是一种极具美观性的结构形式,它将力与美完美的结合,在完成承重使命的同时表达出美学的概念,因此著名结构工程专家林同炎教授也曾对拱有“拱是结构也是建筑”的赞誉[61。拱结构以其较高的观赏价值和较强的承载能力在桥梁中具有广泛的应用,拱与梁相结合构成梁拱组合结构,更是招宽了拱桥的适用范围。
拱桥以拱为主要承重构件,在竖向荷载作用下,供脚处除竖向反力外,还将产生水平推力。为平衡该水平推力,主要有两种措施可供釆用:一是修建庞大的桥墩、桥台和良好的地基,依靠墩台产生的反力平衡水平推力;二是将梁与拱两种基本结构组合起来,依靠梁的抗拉能力平衡拱脚水平推力[7]。采用梁拱组合的形式后,结构整体在外部仅受竖向荷载作用,只需设置能够提供竖向反力的桥墩即可,使得拱桥在地质松软无法提供强大水平抗力的环境中也得以适用。

2梁拱组合桥梁顶推施工临时设施的设计研究

2.1概述
在桥梁设计过程中,应充分考虑到施工方法对结构产生的影响,将计算分析与施工中的结构形态相结合,做到不仅桥梁建成后受力与变形较合理,而且施工过程中的受力与变形也处于合理范围内,使得图纸能成为现实。
就梁拱组合桥梁而言,常用的施工方法是支架法、悬臂施工法和转体施工法[37]。顶推法作为一种历史不长的施工方法,其技术在梁式桥的施工中巳较为成熟,国内外均有大量研究。其中国外的研究开始的较早,对顶推法的概念[98]、导梁与主梁的相互影响[87]、在预应力桥梁中的应用[99]、计算机模拟分析[199]等方面均有成果。国内的相关研究起步较晚一些,但取得的成就颇丰,导梁的优化设计[48]、制造误差[47]等方面均有涉及,同时有大量的应用案例可供参考[91,1^]。将该法用于梁拱组合体系桥梁的施工中也有不少成功的先例,但基本思路都是将梁、拱分离施工,单独对主梁进行顶推,待主梁顶推至设计桥位后在主梁上展开对拱肪的现场拼装或烧筑;也有极少数待主梁施工完成后以主梁作为导轨对拱助进行顶推的。将梁、拱拼装连接后进行整体顶推的先例屈指可数,对此过程中的受力分析研究也几乎为空白。
6.1结论

本文针对结合梁一一空间拱助组合桥梁整体顶推施工这一课题中遇到的临时构件设置、顶推过程中结构的受力分析、顶推到位后的体系转换及桥面板铺设施工四个方面的问题进行了研究,并以杭州钱江八桥三跨梁供组合桥梁为工程案例在上述四个问题的研究中进行了计算分析。通过本文的研究,得到了一下一些结论:
1、提出撑