我國(guó)懸澆施工大跨度鋼筋混凝土拱橋的發(fā)展

(重慶交通大學(xué) 重慶 404100)

一、概述

鋼筋混凝土拱橋懸臂澆筑施工是以臨時(shí)索塔、臨時(shí)索以及拱圈作為受力體系，通過掛籃對(duì)拱圈進(jìn)行懸臂澆筑施工，最終實(shí)現(xiàn)拱圈合龍，然后拆除臨時(shí)受力體系的一種施工工藝。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)西部交通迅速發(fā)展，西部地區(qū)地形地貌處于第一二級(jí)階梯，峽谷地形地貌尤為顯著，并且預(yù)制場(chǎng)地稀缺，懸臂澆筑鋼筋混凝土拱橋就此應(yīng)運(yùn)而生。該橋在峽谷溝壑地貌中極具競(jìng)爭(zhēng)力，近十年已經(jīng)修建完成或者在建的已經(jīng)包括十余座，我國(guó)鋼混混凝土懸澆拱橋跨度已經(jīng)達(dá)到240m，是目前國(guó)內(nèi)最大跨度的通過懸澆施工的鋼筋混凝土拱橋。

本文將對(duì)懸澆施工的鋼筋混凝土拱橋在國(guó)內(nèi)的發(fā)展，及其設(shè)計(jì)計(jì)算理論和施工方法座椅系統(tǒng)概述，以便研究者掌握鋼筋混凝土拱橋發(fā)展動(dòng)態(tài)，明確下一步工作發(fā)展動(dòng)態(tài)。

二、懸澆混凝土拱橋的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)方法施工的鋼筋混凝土拱橋相比，懸澆拱橋是一種新型的成拱方式(即懸澆施工拱圈、張拉索力合龍拱圈完成體系轉(zhuǎn)換)，采用斜拉扣掛與懸澆施工的橋梁同時(shí)具備斜拉橋與梁橋懸澆施工的受力特點(diǎn)，使得該橋型具有自己獨(dú)特的受力方式。

(1)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的次數(shù)多。懸臂澆筑的混凝土主拱圈，每張拉一次扣索索力，其超靜定次數(shù)就增加一次，最終拱圈合龍，完成體系轉(zhuǎn)換。其具備斜拉橋受力特點(diǎn)是因?yàn)槭┕み^程中需要張拉臨時(shí)索索力，這與斜拉橋施工過程中張拉斜拉索相似；不同之處是扣錨索在拱圈合龍之后需要全部拆除。具備梁橋懸臂施工的受力特點(diǎn)是因?yàn)楣叭υ趹冶凼┕み^程中通梁橋一樣會(huì)出現(xiàn)頂板出現(xiàn)拉應(yīng)力的情況；不同之處是懸臂施工的鋼筋混凝土拱橋在扣錨索作用下，拱圈頂?shù)装鍟?huì)出現(xiàn)拉壓應(yīng)力反復(fù)的情況，而梁橋一般只在頂板出現(xiàn)拉壓應(yīng)力反復(fù)的情況。

(2)施工周期長(zhǎng)。與懸臂拼裝的鋼筋混凝土拱橋相比，懸澆施工鋼筋混凝土拱橋施工工序更加復(fù)雜，增加了移動(dòng)掛籃的工序，并且需要調(diào)模、并在掛籃內(nèi)施工作，以及施工過程中不定常要素的影響，會(huì)大大增加工期。如貴州夜郎湖特大橋主拱圈施工從1#節(jié)段到主拱圈合龍接近九個(gè)月時(shí)長(zhǎng)，使得各節(jié)段混凝土收縮徐變不一致，因而變形常常出現(xiàn)與設(shè)計(jì)偏離的情況。

(3)結(jié)構(gòu)性能好。一般來講，鋼筋混凝土懸澆拱橋成橋后，其結(jié)構(gòu)整體性好、強(qiáng)度高、后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較小。

三、鋼筋混凝土懸澆拱橋的發(fā)展

21世紀(jì)初，我國(guó)首座懸澆混凝土拱橋四川白沙溝1#橋修建完成，其優(yōu)良的特點(diǎn)使其在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展。從2008年到2018年十年期間，在我國(guó)四川、貴州及重慶界內(nèi)先后修建完成或正在修建十座同種類型的公路橋梁。并且主拱跨徑不斷刷新記錄，目前，300m跨徑的懸澆混凝土拱橋在我國(guó)的發(fā)展已經(jīng)逐步凸顯其可能性，該橋在西部山區(qū)已經(jīng)體現(xiàn)了其競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)了其無限潛力。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)鋼筋混凝土懸澆拱橋的研究主要體現(xiàn)在以下方面：

李曉斌[1]對(duì)懸澆拱橋進(jìn)行施工控制理論研究；陳啟嬋[2]對(duì)懸澆拱橋的拱圈構(gòu)造及力學(xué)行為進(jìn)行研究；訾銀輝[3]田振生[4]對(duì)懸澆拱橋施工索力優(yōu)化及合理成橋狀態(tài)進(jìn)行研究。

總之，目前對(duì)鋼筋混凝土懸澆拱橋研究的相關(guān)文獻(xiàn)仍相對(duì)較少，對(duì)懸澆拱橋的抗震、穩(wěn)定、溫度效應(yīng)及動(dòng)力分析需要進(jìn)一步深入。

四、鋼筋混凝土懸澆拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算理論

目前，鋼筋混凝土懸澆拱橋施工階段設(shè)計(jì)方法一般是采用應(yīng)力疊加法，成橋階段一般采用內(nèi)力疊加法。研究表明，內(nèi)力疊加法計(jì)算的各構(gòu)件計(jì)算受力均勻，應(yīng)力變化幅度不大；而應(yīng)力疊加法計(jì)算的各構(gòu)件，先澆筑的混凝土應(yīng)力較大，后澆筑的混凝土的應(yīng)力較小。后者計(jì)算更接近實(shí)際受力狀態(tài)。

五、鋼筋混凝土拱橋懸澆施工的發(fā)展

鋼筋混凝土拱橋施工采用斜拉扣掛的方式進(jìn)行施工，隨著主拱跨徑增加或者扣塔高度受到限制，組合施工法便在懸臂澆筑拱橋施工中出現(xiàn)。2018年建成的貴州夜郎湖特大橋，其跨中合龍段采用勁性骨架合龍，組合施工法便在懸澆拱橋施工中得到了成功應(yīng)用，這也為我國(guó)懸澆拱橋向更大跨徑的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

綜上所述，懸澆施工拱橋還需要做大量的數(shù)值仿真研究，使該橋更加安全可靠地向前發(fā)展。