鋼管混凝土拱橋在港口工程中的應(yīng)用探討

龍仲興

【摘 要】 隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，拱橋技術(shù)研究也取得較大進(jìn)步，拱橋技術(shù)分支逐漸增多。作為拱橋的分支之一，鋼管混凝土拱橋在拱橋技術(shù)的帶動下也在飛速發(fā)展。鋼管混凝土拱橋的橋型靜力體系多樣化，適用于各種地質(zhì)條件。近年來，該類拱橋已經(jīng)在港口工程中被廣泛應(yīng)用，并且取得了優(yōu)異成效。但是，在進(jìn)行鋼管混凝土拱橋在港口工程的應(yīng)用過程中，需要對其影響因素進(jìn)行考慮，降低環(huán)境因素、地質(zhì)因素等對拱橋在港口工程中的應(yīng)用效果的不良影響。

【關(guān)鍵詞】 鋼管混凝土拱橋； 港口工程 ；應(yīng)用效果

前言

隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對鋼管混凝土材料的研究逐漸開始深入，鋼管混凝土開始在大面積范圍進(jìn)行應(yīng)用，包括廠房、橋梁、建筑、港口工程等。鋼管混凝土是當(dāng)前國際上的一種新型材料，可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但是，隨著鋼管混凝土應(yīng)用的深入，其應(yīng)用過程中暴露出許多問題，導(dǎo)致工程效果下降。本文就鋼管混凝土拱橋在港口工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究，對其存在問題進(jìn)行分析，提出解決措施，現(xiàn)研究結(jié)果如下。

1 國內(nèi)外鋼管混凝土拱橋的發(fā)展

1879年，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在英國賽文鐵路橋的建設(shè)中首次應(yīng)用，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)問世。隨后，蘇聯(lián)將這種結(jié)構(gòu)首次成功應(yīng)用到拱橋結(jié)構(gòu)之中。我國于1990年在四川旺蒼東河大橋中應(yīng)用了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。隨著我國的交通規(guī)模不斷擴(kuò)大，鋼管混凝土技術(shù)有了很大改善。截至目前，由于鋼管混凝土拱橋具有強(qiáng)度高、造型美觀、施工方便等多種優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在我國橋梁界得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用，并在一些橋梁設(shè)計方面取得非常大的經(jīng)濟(jì)效益。

近年來，國內(nèi)外對鋼管混凝土拱橋研究的逐漸深入，當(dāng)期的鋼管混凝土拱橋逐漸被分為兩大類：第一類，內(nèi)填型鋼管混凝土拱橋。該類拱橋橋體主要為內(nèi)填型，鋼管壁外漏，拱橋本體含剛率比較高。內(nèi)填型鋼管混凝土拱橋不僅抗沖擊能力強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度大，而且施工技術(shù)方便，增大了橋體跨越能力。第二類，內(nèi)填外包型鋼管混凝土拱橋。該類拱橋主要對大跨度拱橋的拱肋安裝問題進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)對大跨度拱橋的建設(shè)設(shè)計。內(nèi)填外包型鋼管混凝土拱橋主要是在空鋼管內(nèi)澆筑混凝土形成鋼管混凝土，對鋼管混凝土骨架外掛模板進(jìn)行外包混凝土澆筑，確保橋梁形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該種橋梁通常還被稱為勁性骨架混凝土拱橋，結(jié)構(gòu)在成橋后受力能力較強(qiáng)，對港口工程橋梁發(fā)展具有非常積極的意義。

2 實(shí)際工程中的常見問題分析

雖然當(dāng)前鋼管混凝土拱橋發(fā)展迅速，拱橋設(shè)計工藝已經(jīng)取得較大進(jìn)步，得到廣泛應(yīng)用，但是，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光管混凝土拱橋也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并得到了廣泛的應(yīng)用。但鋼管混凝土拱橋在港口設(shè)計應(yīng)用的過程中還存在著一些問題。其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 剛度取值和計算問題

雖然我國已經(jīng)制定一系列的規(guī)程確保鋼管混凝土拱橋的安全應(yīng)用，但是，在實(shí)際運(yùn)用中這些規(guī)程存在較大漏洞，整體規(guī)程不完善，導(dǎo)致港口橋梁建設(shè)設(shè)計出現(xiàn)瑕疵。國內(nèi)外沒有形成統(tǒng)一的規(guī)程，沒有形成合理理論計算公式，直接加大了港口工程建設(shè)的難度，導(dǎo)致剛度取值和計算問題，例如拱肋的剪切、軸壓以及彎曲剛度的計算存在嚴(yán)重制度缺失。

2.2 初始應(yīng)力方面的問題

自架設(shè)是鋼管混凝土拱橋設(shè)計中最基本的方法，自架設(shè)方法主要是先完成拱肋的安裝和合攏，再進(jìn)行管內(nèi)混凝土澆筑，與此同時，將初始應(yīng)力集中于鋼管內(nèi)。這種初始應(yīng)力對鋼管混凝土拱橋的極限承載力影響較大，與港口工程精度息息相關(guān)。然而我國目前在這一方面的研究還不能滿足實(shí)際工程當(dāng)中的需要，存在較大缺陷，需要加強(qiáng)研究力度，提高研究效果，對其進(jìn)行充分挖掘。

2.3 吊桿系桿的問題

在進(jìn)行鋼管混凝土拱橋施工的過程當(dāng)中，鋼管混凝土拱橋吊桿和系桿經(jīng)常出現(xiàn)由于使用過久導(dǎo)致的嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象。除此之外，還有部分鋼管混凝土拱橋存在更換費(fèi)用較高，工程吊桿和系桿不合標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。為了確保鋼管混凝土拱橋在港口工程中安全的應(yīng)用，相關(guān)人員要對吊桿和系桿安全建設(shè)進(jìn)行研究，研制較實(shí)用、性價比較高的吊桿和系桿，提高應(yīng)用效果。

2.4 脫空方面的問題

大自然的因素例如溫度、風(fēng)、海水等會對鋼管混凝土拱橋產(chǎn)生很大的影響，其中溫度對鋼管混凝土拱橋的影響最大。溫度變化不僅會導(dǎo)致鋼管混凝土拱橋鋼管與混凝土松動，導(dǎo)致粘黏不牢，還會導(dǎo)致橋體出現(xiàn)裂縫脫空現(xiàn)象。采用壓降或者微膨脹混凝土可以對混凝土的收縮進(jìn)行簡單緩解，但是無法有效解決全部的問題。因此，相關(guān)人員要對混凝土固結(jié)后還有收縮現(xiàn)象進(jìn)行深入研究，確保順利解決脫空方面的問題。

3 鋼管混凝土拱橋施工工藝研究

在進(jìn)行港口建設(shè)過程中，一般采用的都是下承式鋼管混凝土拱橋，將港口工程引橋是作為離岸碼頭和陸域之間的通道，通過碼頭高度對混凝提橋面進(jìn)行控制。常規(guī)鋼管混凝土拱橋施工法有支架法、轉(zhuǎn)體施工法、懸臂施工法、勁性骨架施工法等，但是隨著當(dāng)前港口的發(fā)展特殊性加強(qiáng)，這些與實(shí)際的港口工程存在較大差距。而通過采用海吊整體吊裝法，可以對施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝搭建，完成附屬施工，與此同時，它還可以通過駁船把整橋運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，再用還吊進(jìn)行整體吊裝。

海吊整體吊裝法的施工工藝主要為在港口工程的施工現(xiàn)場搭支架，對橋體進(jìn)行整裝，通過還吊吊運(yùn)對橋體進(jìn)行主體安裝，澆筑拱肋混凝土加固，與此同時，海吊整體吊裝法還對橋體進(jìn)行附屬施工，對其橋面進(jìn)行修復(fù)加固，建設(shè)輔助橋體，確保港口鋼管混凝土拱橋的工程效益。

4 實(shí)際工程應(yīng)用分析

由于鋼管混凝土拱橋具有這很多其他橋型不具有的優(yōu)點(diǎn)，例如材料強(qiáng)度高、施工方便、等，符合了我國社會技術(shù)條件下的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要求，所以鋼管混凝土拱橋在國內(nèi)就取得了較為快速的發(fā)展。我國鋼管混凝土拱橋在港口工程建設(shè)中已經(jīng)取得廣泛應(yīng)用，設(shè)計原理和應(yīng)用效益逐漸趨于完善，鋼管混凝土拱橋在港口工程中發(fā)揮巨大優(yōu)勢，對其建設(shè)具有非常重要的意義。下文就相關(guān)的混凝土拱橋在港口工程中的應(yīng)用效果進(jìn)行解析。

四川省某大橋的實(shí)際工程位于四川盆地南部長江流域深水區(qū)，距內(nèi)陸沿岸線大約兩千多公里。該棧橋的上部結(jié)構(gòu)通過兩跨系桿鋼管混凝土拱橋，對其地域碼頭和陸域進(jìn)行連接，進(jìn)行礦石運(yùn)輸。兩跨系桿鋼管混凝土拱橋總長度 197.4 米，橋梁的總寬度 25.6 米，單孔跨徑 94米，橋面高程 1O.5 米。

該棧橋的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：車道荷載為1O.5kN/m，皮帶線支腿荷載為4×45 kN/每根，人群荷載為3.5kN/m。橋體抗震設(shè)計7度，行車道為7米，橋面凈寬度為16米。

5 總結(jié)

橋梁最為普遍的一種結(jié)構(gòu)形式就是拱橋，同時拱橋也是在人類文明發(fā)展史上占據(jù)著極其重要的地位。然而，在近年來的發(fā)展中，隨著高強(qiáng)、大跨索結(jié)構(gòu)的不斷采用，拱橋的跨越能力相對來說已經(jīng)逐漸下降。實(shí)際工程中，如果橋梁跨徑超過300m，則通常都會選擇斜拉橋，嚴(yán)重阻礙了拱橋的發(fā)展進(jìn)步。但是相反而言，如果是設(shè)計200m跨徑以下的橋梁，根據(jù)現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力理論的要求，其中連續(xù)剛構(gòu)會充分發(fā)揮其施工優(yōu)勢而受到歡迎。綜合分析，我們就可以看到拱橋的競爭能力同過去相比已經(jīng)是不再輝煌。

鋼管混凝土拱橋在港口工程中應(yīng)用十分廣泛，發(fā)展非常迅速，已經(jīng)成為港口工程建設(shè)的核心。鋼管混凝土拱橋跨徑適應(yīng)能力大、外形美觀、施工方便、地基要求低，便于港口建設(shè)施工，對港口工程發(fā)展具有非常重要的意義。我國目前對的鋼管混凝土拱橋還存設(shè)計理論不成熟、缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等問題，需要相關(guān)人員根據(jù)港口施工經(jīng)驗(yàn)對其進(jìn)行不斷完善，加強(qiáng)創(chuàng)新研究，從本質(zhì)上提高鋼管混凝土拱橋在港口工程中應(yīng)用的效益，不斷地豐富和完善鋼管混凝土拱橋的設(shè)計理論和工程實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔巍.鋼管混凝土拱橋在港口工程中的應(yīng)用[J].結(jié)構(gòu)工程師，2010， 26（3）：92-93

[2] 王安華，朱圣文，王玉華.港口工程鋼管混凝土拱橋風(fēng)荷載的計算方法[J].水運(yùn)工程，2012， （4）：34-35

[3] 李自林，劉明艷，李妲.大跨度鋼管混凝土拱橋溫度效應(yīng)研究[J].鐵道建筑，2010，（8）：129-130