对钢管混凝土拱桥施工控制的探究

摘 要：钢管混凝土拱桥最近几年在我国发展很快,在桥梁发展史上是比较重要和有突破的,而且结构是较为新颖的桥梁方式.在工程实践中修建的数目逐渐增多,其自重比较轻、承载也比较大、抗变形的能力强的特点,使其占据了很好的竞争地位,已经逐步得到了广泛地应用.随着桥梁修建跨度的不断增大,就应当提高对拱桥施工技术、施工控制的要求,使整个桥梁在施工过程中都需要处于一个理想的状态.

关 键 词：钢管混凝土拱桥施工控制

钢管混凝土结构在土木工程中的应用已有100多年的历史,在1937年在前苏联首次应用于桥梁,随后,一些工业发达国家在20世纪60年代前后把该技术被广泛应用在厂房建筑、立交桥等各种工程结构上.到20世纪80年代后期,由于先进的泵送混凝土工艺的发展,钢管混凝土结构技术又被采用到部分高层建筑中.钢管混凝土直到20世纪90年代后期才开始在一些国家桥梁工程中得到应用.而我国从20世纪60年代中期开始引入钢管混凝土,并随着现代混凝土泵送技术的广泛应用和桥梁工作者通过多年的实践和大量的探索研究,钢管混凝土拱桥方面的新技术、新方法正在被越来越多地应用到拱桥中,并为将桥梁建设推到了一个新的水平提供了更广阔的发展空间.

一、钢管混凝土的特点

钢管棍凝土是以螺旋配筋钢筋混凝土结构、劲性钢筋混凝土结构的基础上发展起来的一种新型结构.在钢管混凝土的拱桥的施工过程中,通过向钢管内部填充混凝土,使混凝土径向被钢管约束,利用这两种材料在受力的过程中相互作用,从而提高使钢管中核心混凝土的强度、塑性和韧性.同时,混凝土的存在可以延缓钢管发生局部屈曲,增强钢管的承重,从而保证钢管的材料性能充分发挥出来.钢管混凝土主要有以下优点:

(一)塑性、韧性、抗冲击性与抗震性好

将钢管中填充混凝土中,钢管不但改善了混凝土的弹性,而且使自身产生了很大的塑性变形.在2008年发生的四川汉川大地震中,钢管混凝土拱桥在大地震中表现出了优越的抗冲击性与抗震性和良好的塑性和韧性,经受住了考验,没有发生损坏和破坏.

(二)抗剪和抗压性能好,承载能力高

混凝土灌入钢管中,可以避免或延缓薄壁钢管过早地发生局部屈曲.同时,钢管使混凝土处于三向受压的状态,约束和改善了混凝土受压时的纵向开裂.这两种材料充分发挥了各自的长处,弥补了各自的弱点,形成的承载力大于钢管和混凝土单独使用之和.

(三)施工方便

与预制钢筋混凝土构件相比钢管混凝土构件不需要预制场地.与钢结构构件相比,钢管混凝土构件焊缝少,易于制造,钢管壁厚都较小,重量轻,完全可以工厂化生产.与钢筋混凝土柱相比,钢管混凝土柱施工更加简便,混凝土浇筑时更容易振捣密实.特别是泵送混凝土、高位抛落不振捣混凝土先进的混凝土施工工艺采用后,加速了钢管混凝土构件的施工进度.在桥梁中架设的空钢管拱肋可以作为浇筑管内混凝土的模板,很好地解决了大跨度发展的材料自重大和施工困难的问题.

(四)经济效益好

钢管混凝土能够有效的地发挥混凝土和钢材两种材料的性能,使其得到更为合理和充分地利用.与普通钢筋混凝土钢材相比,钢管混凝土的钢材用量略高或相同,但可以节省一半的混凝土和约减轻结构一半的自重,而与钢结构相比,可节约一半左右钢材.因此,采用钢管混凝土结构具有良好的经济效益.

二、钢管混凝土运用在拱桥上的优点

(一)钢管具有很好耐侧压性能的模板,又可以作为钢筋受力,因此,在钢管混凝土构件中,钢管可适应先进的泵送混凝土工艺,且兼有纵向筋和横向筋的双重作用.

(二)在钢管混凝土拱桥施工时,首先架设钢管再浇混凝土,钢管混凝土结构与钢筋混凝土拱肋相比,架设钢管时重量轻,架设方便,施工快捷,拱肋运输和吊装重量也要小的多,安装也简单,综合经济效益高,同时促进了拱桥向更大跨度的方向发展.

(三)与常用的钢筋棍凝土拱桥相比钢管混凝土拱桥能够解决混凝土的开裂的问题.

(四)钢管混凝土结构通过往薄壁钢管内填混凝土,增强了钢管壁的稳定性,同时钢管侧向约束对混凝土有套箍作用,从而使混凝土具有更高的抗压和抗变形的能力.

(五)与钢筋混凝土结构相比,钢管混凝土拱桥的拱肋自重小,架设费用和材料费用相对较低,施工快,工期短,综合经济效益高.

三、钢管混凝土拱桥的施工控制

采用钢管混凝土在大跨度拱桥的实际施工中,各施工阶段的位移值、挠度、预抛高值虽然可采用各种施工计算方法算出来,但在实际施工中,会出现测量误差、观测误差、安装误差等,使这些理论值与结构的变形不一定相同.或者是由于设计时所采用的设计参数与实际工程中所表现出来的参数不完全一致而引起的.随着钢管混凝土拱桥拱肋施工长度的增加,这种偏差会逐渐累积,如果不采取有效的控制和必要的调整,钢管混凝土拱桥的拱肋标高将偏离控制目标,影响成桥后的线形和桥面行车等使用.据统计,拱桥的垮塌事故大多发生在施工过程中,因此,在施工过程中拱桥的安全是十分重要,必须进行施工监控大跨度拱桥中钢管混凝土拱桥在施工过程中的变形及受力,避免因失稳或过大的应力而造成事故.施工控制技术是大跨径钢管混凝土拱桥建设的关键之一,桥梁在施工过程中必须加强现场施工控制工作.

(一)施工控制的基本原则

在钢管拱肋吊装施工阶段,拱轴线型与设计应当相符合,而在成拱后泵送钢管内混凝土时,要保证结构的整体内力和变形的合理安全,施工桥面系时应以高程控制为主,吊索、扣索张拉时应以索力控制为主,这样才能确保成桥后桥面平顺,行车舒适.同时,为保证施工过程中的安全,满足结构稳定性的要求,应密切关注控制拱肋截面的应力发展.而高程控制为主除控制吊点高程外,还需要注意控制拉索的索力偏差.线型的控制、高程的控制主要是在浇注混凝土施工前来调整,因此,应根据施工方法和结构本身的特性的不同,在钢管混凝土拱桥的施工过程中,采用相应的控制方法.

(二)施工控制的基本要求

确保施工中结构的安全和保证结构的线形和内力在允许的误差范围之内是施工控制的基本要求.只有能够精确的、完整的控制系统来测量应力、索力和挠度等,才能达到这一基本的要求.需要建立钢管混凝土拱桥的现场施工控制系统,除具有常规的结构分析等基本的计算功能外,而且在施工现场该系统还要能够具备消除结构设计与实际情况不一致的能力,并建立仿真模型来实现施工现场对施工的快速反映和控制.