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700 m级钢管混凝土拱桥设计与建造可行性研究

以四川某高速公路的一处桥位为背景，开展

图1桥跨总体布置图 Fig.1 General span arrangement

主孔净跨径为650m的悬链线主拱，净失跨比

2014年第16卷第8期

1)静力计算成果。钢管混凝土承载能力计算QNDH 0001S-2014 云南南岛河茶业有限公司 代用茶， 按内力叠加法计算主拱桁单肢柱内力及承载力计 算成果如表1所示（最不利荷载组合）。 按照单肢主拱和桁式主拱分别进行截面抗力 计算，按照交通运输部《公路钢管混凝土桥梁设计 细则》（报批稿）进行承载力验算，表明单肢主拱和 行式主拱最小极限承载力安全系数为1.27。按照交 甬运输部《公路钢管混凝土桥梁设计细则》（报批 稿）的应力法验算，钢管混凝土的最大应力为 49.7MPa，小于容许值65.3MPa，同时，腹管等钢结 构最大应力为169MPa，满足Q345钢材容许应 力要求。 2)稳定计算成果。主桥主拱一阶弹性稳定安 全系数为5.77.为侧向整体失稳：主桥主拱一阶双重

表1主拱内力表 Table 1 Inner forces of main arch ribs

非线性稳定安全系数为2.07，为侧向整体失稳。局 部构件失稳的弹性稳定安全系数为12.43，为第 九阶。 3)动力性能。全桥动力性能，主梁第一阶自震 频率为0.12Hz，如果设置纵向阻尼器，主梁第一阶 自震频率达0.23Hz。主拱第一阶自震频率 为 0.18 Hz

700m级钢管混凝土拱桥试设计与500m级合 江长江一桥相比较，弦杆钢管直径由1320mm增大 至1500mm，钢管的最大壁厚（34mm）并未增加 共制造难度没有明显增加，现有的钢管构件的制 造工艺是满足要求的。 700m级钢管拱的拱截面高度由16m增加至 20m，可能会增加立式拼装制作的难度，但从合江 长江一桥的制造经验来看（见图2、图3），拱肋卧拼 制作精度只要达到一定范围内，可不立拼，合 江长江一桥1/3拱桁节段只卧拼，完全满足了安装 合龙的需要，因此700m级钢管拱的拱桁制造采用 卧拼就可以了

通过合江长江一桥的实践，200t级的缆索吊机 实现了500m级钢管混凝土拱桥的缆索吊装施工， 如要实现700m级钢管混凝土拱桥的缆索吊装施 工，可以采取两种方式，一种是增多拱桁安装节段 数量，另一种是增大缆索吊机的吊重能力。

图2拱桁立式拼装 Fig. 2Vertieal assembly of arch truss

图3拱桁卧式拼装 Fig. 3 Horizontal assembly of arch trusses

从国内桥梁施工的应用来看，缆索吊机不论是 曾大索跨还是增大吊重能力均是可行的。例如，重 关鹅公岩长江大桥（悬索桥）安装加劲梁的缆索吊 抗，工作索跨600m，吊重3000kN：四渡河大桥（悬 素桥）安装加劲梁的缆索吊机，索跨900m，吊 重1000kN；宁波明州大桥（钢箱拱），缆索吊机索 跨450m，吊重4000kN。但因700m级钢管混凝土 拱桥的工作索跨度很大，增大缆索吊机的吊重能力 会对缆索系统提出更高的要求，因此建议以增加拱 安装节段数量为主，适当考虑增大缆索吊机 的吊重能力。 通过增加拱安装节段数量，将拱节段质量 空制在2000kN以内那么，目前2000kN级缆索吊 抗仅是工作索跨的增大，700m级钢管混凝土拱桥 的缆索吊机的工作索跨预计在800m左右即可满足 要求，在合江长江一桥缆索吊机的基础上，再 增加4根主索基本可以满足要求，经济性较优。 笔者首创的钢绞线斜拉扣挂合龙松索技术，通

过千斤顶张拉和放松很容易实现对扣索力的调整， 从而实现对拱肋安装标高的调整，并且可以实现无 应力状态下合龙，使合龙的难度与拱肋分段吊装的 段数无关"。从目前的实践来看，拱桁段数增多，并 未造成任何对施工和安装质量的影响，巫山长江大 桥，拱格（单助吊装）共分22段，单段最大质量 1280kN；合江长江一桥，拱桁（单肋吊装）共分 8段，单段最大质量1940kN；云桂铁路南盘江特 大桥的钢管混凝土劲性骨架（见图4），拱桁（双肋吊 装）共分38段，单段最大质量1300kN，均实现了拱 桁高精度合龙

图4云桂铁路南盘江特大桥的钢管混凝土劲性骨架 Fig. 4 Concrete filled steel tubular (CFST) stiff skeleton of Nanpan River Bridge on Yungui Railway

经试设计估算，700m级钢管混凝土拱桥拱格 钢结构约12000t，拱桁（单肋吊装）分32节段，可控 制单段最大质量在2000kN以内

3.2.2扣塔和吊塔设讯

随着拱跨度的增大，斜拉扣挂体系扣塔的高 度也可能会增大，特别是受地形条件的影响，会造 成塔架系统的高度较高，不利于缆索吊机的布置 解决该问题可以采用吊扣合一的方式。从试设计 的情况来看，合理的地形条件下，并不会引起塔架 系统的明显增高，合江长江一桥的塔架系统总高约 80m.该高度也基本满足前面试设计的700m级拱 行安装的施工。 吊塔与扣塔合一的方式通常有两种，一种是将 吊塔置于扣塔顶部，吊塔塔脚为铰结，需要在扣塔 顶部设置钢梁来支承吊塔塔铰，如合江长江一桥的 方式。另一种方式是将扣塔直接加高，将缆索吊机 的索鞍布置于扣塔顶部，如南宁大桥的方式 （见图5）。两种方式都具有可行性。

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3.3拱肋管内混凝土灌注

在500m级钢管混凝土拱桥一合江长江一桥 的设计和建造基础上，对700m级钢管混凝土拱桥 的设计和建造进行了可行性研究，得到如下结论。 1)在实际桥位上按照现场地形和地质情况试 设计的700m级钢管混凝土拱桥，其静力、动力和稳 定性都满足规范的要求。 2)700m级钢管混凝土拱桥的拱桁制造仍可通 过现有工艺完成，难度没有明显增加，卧拼工艺可 以达到规范规定的安装精度要求。 3)通过增加拱桁安装节段数量的方式控制吊 重，结合钢绞线斜拉扣挂合龙松索技术，以现有的 工艺即可完成拱格吊运及悬拼施工并达到相应的 精度控制要求 4)扣塔和吊塔设计为吊扣合一的方式，既具有 较高的经济性，也具有可行性，用合江长江一桥开 发使用的摇臂抱杆系统安、拆高塔既方便又经济。 5)采用真空辅助分级连续灌注管内混凝土工 艺，可以高质、快速地完成700m级钢管混凝土拱桥 拱肋管内混凝土灌注，利用不断变换索力的斜拉扣 索调载，可以把从拱脚至拱顶连续灌注管内混凝土 产生的瞬时应力和变形控制在安全范围内。 以500m级钢管混凝土拱桥的设计与建造技术 为基础，进行适度的改造和深化，将之应用到700m 级钢管混凝土拱桥的建设中去，不会有大的技术门 槛。考虑到在良好地质或山岭重丘地区修建拱桥 的巨大经济优势，应尽早进行700m级钢管混凝土 共桥的工程实践和推产，为该跨径级别的桥梁修建 提供更多、更好的选择。

Feasibility study on design and

Zheng Jielian', Wang Jianjun?, Mou Tingmin Feng Zhi², Han Yu², Qin Dayan?

(1. Guangxi Zhuang Autonomous Region Transportation Department, Nanning 530012, China; 2. Guangxi Zhuang Autonomous Region Road and Bridge Engineering Company, Nanning 530011, China; 3. Sichuan Provincial Transport Department Highway Planning, Survey, Design and Research Institute, Chengdu 610041,China)

QJ 1330-1987 量规用手柄2014年第16卷第8期