中国钢管混凝土拱桥的现状、发展和主要创新技术

工程4（2018）143研究桥梁工程-评论中国钢管混凝土拱桥郑洁莲a，王建军b，c，a广西大学土木建筑学院，广西南宁530004b广西交通投资集团有限公司，有限公司、邮编：530022c广西路桥工程集团有限公司，有限公司、邮编：530011阿提奇莱因福奥文章历史记录：2017年5月31日收到2017年7月25日修订2017年12月5日接受在线提供2017年保留字：钢管混凝土拱桥型钢混凝土拱桥一种斜拉悬挑组件钢管混凝土辅助浇筑斜拉索A B S T R A C T近20年来，我国在钢管混凝土拱桥和钢管混凝土骨架混凝土拱桥的建设方面取得了很大的进展这些桥梁的跨度一直在迅速增加，这在桥梁发展史上是罕见的。高速公路和高速铁路的大规模建设对大跨度拱桥提出了更高的要求，设计和施工技术的进步使大跨度拱桥的建设成为可能。阐述了我国钢管混凝土拱桥和钢管混凝土骨架拱桥的现状、发展和主要创新技术。本文介绍了钢管混凝土拱桥的关键施工技术，包括钢管拱桁架的设计、制作、安装介绍了钢筋混凝土拱桥的主要施工技术，包括斜拉扣挂悬臂拼装、斜拉索调载、拱肋混凝土围浇等。此外，还介绍了广西永宁永江大桥和滇桂铁路南盘江大桥两座钢管混凝土骨架拱桥的施工情况中国钢管混凝土拱桥已经取得了世界领先地位，随着关键技术的不断创新，中国将成为推动拱桥发展的新领导者©2018 The Bottoms.Elsevier LTD代表中国工程院出版，高等教育出版社有限公司。这是一个在CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。1. 介绍第一座桥的发明是基于人类对自然现象的观察和实践。拱桥是以自然界中最常见的造型之一的拱为基础的。用天然石材建造的拱桥美观、坚固、耐用，因此在古罗马和中国被广泛使用;赵州桥是古代拱桥的杰出代表。在现代，由于混凝土、铁和钢等高质量人造材料的发明和应用，拱桥的跨度迅速增加。从1875年第一座混凝土拱桥建成算起，混凝土拱桥用了100多年的时间才达到400米的跨度; 1997年建成的万州长江大桥是第一座跨度超过400米的混凝土桥梁。2016年，沪昆高铁北盘江特大桥*通讯作者。电子邮件 地址： wjjerry@163.com（J. Wang）.跨度达445米，创造了混凝土拱桥跨度的新世界纪录。钢管混凝土拱桥是一种优良的型钢-混凝土组合桥梁，其特点是通过钢管内填充混凝土来提高钢管的局部稳定性，同时通过钢管的外约束来提高混凝土的韧性和强度钢管混凝土拱桥最早于20世纪30年代在苏联发展起来，后来在建造了两座这样的桥梁后，由于未能充分利用其结构和施工优势而被我国工程技术人员对钢管混凝土拱桥的受力机理和施工方法进行了深入的研究，推动了一大批钢管混凝土拱桥在我国的建设近20年来，我国已建成钢管混凝土拱桥400余座，最大跨径530 m。此外，钢管混凝土拱桥的发展仍然是迅速和有前途的（见图中的例子）。 1），钢管混凝土拱桥的跨度记录继续增加。迄今为止，全世界已建成4座跨度超过400米的钢筋混凝土拱桥。这四座桥都是https://doi.org/10.1016/j.eng.2017.12.0032095-8099/©2018 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng144郑俊，王俊/工程学4（2018）143-155图1.一、中 国钢管混凝土拱桥。（a）广西三图二、中 国 钢筋混凝土拱桥。（一）(b)在中国，2016年完成了三座桥梁，这是全球桥梁发展的一项惊人成就（见图2中的示例）。 2）。2. 钢管混凝土拱桥2.1. 发展现状中国第一座钢管混凝土拱桥--四川旺苍东河大桥于1990年建成。此后，我国每年新建钢管混凝土拱桥约18座。图3显示了中国钢管混凝土拱桥总数的增加。据统计，截至2016年，我国已建成钢管混凝土拱桥400多座，其中跨度在1000米以上的有54座，200 m，11个跨度超过300 m（表1），4个跨度超过400 m。合江长江一桥于2013年通车，是世界上最长的钢管混凝土拱桥，在所有拱桥中主跨最长的排名第三。 目前，拉萨至林芝铁路的藏木雅鲁藏布江特大桥等3座跨度在400米以上的钢管混凝土拱桥正在建设中 图 4显示了钢管混凝土拱桥最大跨度的增加。2.2. 钢管拱桁架安装钢管拱桁架的架设是钢管混凝土拱桥施工中最重要的三种方法，J. Zheng，J. Wang /工程学4（2018）143图四、我国钢管混凝土拱桥最大跨径逐年增加。图3.第三章。中 国 钢管混凝土拱桥的数量逐年增加。包括斜拉桥悬挑拼装、转体施工、大节段提升施工等，在我国得到了广泛的应用。2.2.1. 一种斜拉悬挑组件1968年，中国工程师开发了一种合拢技术，即采用松钢丝绳合拢的斜拉悬挑拼装法。该方法首次实现了无支架拱桥的施工[1]，保证了五段跨度100 m左右拱圈悬臂拼装的安全性和方便性。由于吊装系统简单，造价低，一座跨度为100 m相当于跨度为30 m的混凝土简支桥。该方法已应用于1000多座拱桥的拱圈架设。长沙橘子洲大桥是湘江上的一座双曲拱桥，全长1250 m，最大跨度76 m，于1972年建成。1994年，开发了一种闭合技术，该技术利用了在松开钢绞线之前闭合的斜拉桥悬挑装配法。此方法用于首次完成跨度为312米的钢管拱骨架悬臂拼装。该方法利用千斤顶展开和收回斜拉钢绞线，可达到毫米级精度。拱是分段紧固加固的.闭合可以在静态下仅用三段完成，而不管组装在一起的段的数量，使得该方法适用于跨度100米以上的拱桥悬臂拼装。该方法已完成了上海卢浦大桥（主跨550 m）、合江长江一桥（主跨530 m）、万州长江大桥（主跨420m）、沪昆高速铁路北盘江大桥（主跨445 m）等数百座拱桥的拱圈架设将上述两种方法同时应用于杭州复兴大桥（图1）。 5），从而允许实现高的完成速度（在两天内完成一个跨度）。这些方法也有助于在两年内完成一座1376m长、总面积为70000m2的双层桥的架设。Chen和Yang[2]收集了103座钢管混凝土拱桥的施工方法的可用资料，发现67%的钢管混凝土拱桥的施工方法是正确的。其中有10座桥梁采用斜拉桥移索挂施工。在11座300 m以上的钢管混凝土拱桥中，有10座采用了该方法。2.2.2. 转体施工拱桥转体施工法是我国工程师于1977年发展起来的，包括水平转体法、竖向转体法和水平与竖向转体结合法[3]。迄今为止，转体施工法已在70多座拱桥的施工中得到应用。贵州水白铁路北盘河特大桥是一座主跨236 m的上承式钢管混凝土拱桥，采用水平转体法施工具有代表性广西梧州桂河三桥主跨175m，是采用垂直转体法施工的典型工程。广州丫髻沙大桥是一个典型的采用水平和垂直旋转组合方法的工程（图1）。 6）中承式钢管混凝土系杆刚架拱桥。该桥跨径布置为（76 + 360 + 76）m，转体质量为13850 t，表1中国已建成300米以上钢管混凝土拱桥一览表桥桥式落成年份跨度（m）横截面施工方法合江长江第一大桥半场通过2013530四管桁架索摆、斜拉索紧固巫山长江大桥半场通过2005460四管桁架索摆、斜拉索紧固沪蓉西高速支泾河大桥承式拱2009430四管桁架索摆、斜拉索紧固湘潭连城大桥半场通过2007400六管桁架索摆、斜拉索紧固准朔铁路黄河大桥承式拱2015380四管桁架索摆、斜拉索紧固益阳茅草街桥半场通过2006368四管桁架索摆、斜拉索紧固广州丫髻沙大桥半场通过2000360六管桁架转体施工沪蓉西高速小河大桥承式拱2009338六管桁架索摆、斜拉索紧固安徽黄山太平湖大桥半场通过2007336横向哑铃形桁架索摆、斜拉索紧固南宁永和大桥半场通过2004338横向哑铃形桁架索摆、斜拉索紧固淳安半场通过2003308四管桁架索摆、斜拉索紧固146J. Zheng，J. Wang/Engineering 4（2018）143-155图五. 杭州复兴大桥斜拉桥悬挑拼装。见图6。广州丫髻沙大桥转体施工。水平旋转距离180米，均保持世界纪录。转体施工对桥下空间干扰最小，转体过程中不改变结构的力学性能，安全性能好但由于转盘等回转系统的施工需要大量的投资，阻碍了转体施工法在大跨度拱桥中的应用。2.2.3. 大段吊装施工两座钢拱桥采用大节段提升法施工.一是横跨珠江的广州新光大桥[4]。该桥于2007年建成，为三跨连续钢桁拱桥，跨径布置为（177+ 428 + 177）m。两桥的边跨在支架处就地组装，然后一起提升。将中跨分为3块，最大块质量为2850 t，进行了制作在预制领域。然后将这些部件运送到桥位，并使用同步液压提升技术将其提升到支架上，以完成桥梁合龙。整个过程仅造成56 h的航行延误。另一座采用这种方法建造的桥梁是2017年完工的广州南沙区凤凰三桥。这座三跨钢桁拱桥，轨枕总长510 m（图7），跨度布置为（40 +61 + 308 + 61 + 40）m。吊装节段长249.5 m，总质量4690 t，运至桥位后采用同步液压吊装技术吊装完成合龙。大节段提升施工法减少了高空作业，施工过程中采用临时支撑可降低拱桁架应力，增加提升节段长度。此外，提升段的重量增加可以使用更多的千斤顶来解决因此，采用大节段提升施工法可以进一步增大钢拱桥的跨度，是一种可行的超大跨度钢管混凝土拱桥的施工方法2.3. 典型工程实例合江长江第一大桥是目前世界上最长的钢管混凝土拱桥（图）。 1（e）），净跨距为500M.根据多跨桥梁的跨度计算方法，其桥梁跨度实际为530米，在世界拱桥最长跨度方面排名第三。这座四车道大桥位于泸渝高速公路上，2013年建成通车。大桥由四川省交通厅公路规划勘察设计研究院设计，广西路桥工程集团有限公司承建，公司合江长江第一大桥主拱肋采用中承式钢管混凝土拱桁架。拱趾和拱顶的横截面高度为16 m，8 m，拱宽4 m。每个肋由四个直径为1320 mm的管组成;管的厚度在不同的截面上变化，值为22 mm、26mm、30 mm和34 mm。横向钢管直径762 mm，厚度16 mm，腹杆直径660 mm，厚度12 mm，拱桁架采用缆索吊系统吊装运输，采用先斜拉后悬挑拼装，再松开钢绞线的合龙技术施工。见图7。 凤凰三桥。(a)桥梁建成后;（二）主拱肋大段吊装。××J. Zheng，J. Wang /工程学4（2018）1432.3.1. 钢管拱桁架钢管桁架拱桥的设计除了需要进行所有桥梁所需的整体静力和动力计算外，还需要进行节段提升设计。合江长江第一大桥钢管拱桁架由2根拱肋组成，每根拱肋分为18个吊装段。不同吊装段之间的弦杆采用法兰螺栓连接和钢管焊接，既提高了节点强度，又方便了施工。为保证成桥后桥梁的整体稳定性和悬臂拼装过程中各节段的稳定性，在每节吊装节段设置了水平抗风支撑。安装用的临时铰链设置在拱脚处。在钢管拱桁架的制作和安装过程中，大节段吊装施工受到国内工程师的青睐。提升段的质量通常在100 t到200 t之间。 目前，缆索起重机的跨度已达到1196 m，最大提升段质量达到400 t。吊装节段的制造和装配不可避免地会出现误差研究表明，钢管拱桁架的面内反对称误差对其承载能力有显著影响。此外，钢管拱桁架的装配会受到制造误差的影响。合江长江第一大桥钢管拱桁架重达7270 t，由武昌船舶重工有限公司将其分为54节吊装段，该拱有18个水平风撑和36个提升节段，最大节段重量为192 t，尺寸为4 m 6 m 45 m。为提高吊装节段的制造精度，建立了该桥主拱的三维模型。通过修改拱的相应坐标来设定拱的起拱度在考虑焊接收缩、切割设备精度和装配误差的基础上，确定了钢筋的几何尺寸通过对每一步加工的匹配控制，消除了累积总体制作方案为：壳体制作？元素的制造？弦管的分段制作单侧2 + 1水平装配联轴节制作？主拱肋竖向拼装检查涂层经验证，当提升段的制造误差控制在3 mm以内时，可取消垂直组件的联轴器检查（图8）。最后三分之一的提升段直接通过水平组装完成（图9），并进行检查见图8。拱桁架吊装节段竖向拼装的耦合验证。见图9。拱桁架吊装节段水平拼装联轴器制作。通过斜拉悬挑组合，可以保证拱桁架的线形精度和翼缘节点的紧密接触。取消联轴器检查垂直组件避免了台架的倾覆风险，用于提升节段;从而加快了制造速度，降低了成本，为制造更大跨度的钢管拱桁架提供了有益的经验。合江长江第一大桥钢管拱桁架的两肋分36个吊装节段。这些节段被运到桥址，然后由缆索起重机吊起。在施工过程中，每岸9组钢绞线斜拉桥索张拉，其中3组为临时扣索和扣挂，扣索张力由扣塔后索平衡。图10为合江长江第一大桥吊装系统总体布置示意图。缆索起重机主跨554 m，起重能力2000 kN.主电缆可以移动到组件的安装现场轨道索由两组8根直径为50 mm的密封卷绳组成，扣塔高度约150 m，为钢管混凝土吊塔高29.6米，铰接在扣塔顶部。在完成每个肋的一个提升段的组装后，组装水平风支撑和侧风缆。每半拱分为九个提升段，当组装六个节段时，固定临时铰链。在9个节段全部组装完毕且温度稳定的情况下进行封拱。值得注意的是，在封铰和合拢之前，分别使用扣索和侧风索调整拱桁架的标高和轴线，以确保翼缘接头的紧密接触（图10）。 11）。全桥36个吊装节段和所有防摇支撑的安装历时58天完成，精度满足规定要求[5]。合龙后，从拱脚至拱冠，从两岸、两肋对称松索，形成钢管拱桁架表2汇总了拱肋中对承载力影响较大的对称点高差，其中最大值为0.03 m，远小于临界值L/3000 = 0.167 m。拱轴线偏差如表3所示，其中最大值为10 mm ，远小于临界值L/6000 = 83mm。148J. Zheng，J. Wang/Engineering 4（2018）143-155图10. 合江长江第一大桥吊杆吊装系统总体布置。（a）扣式吊架及启闭系统的总体布置;（b）扣式吊架的布置。见图11。 法兰接头的接触条件。2.3.2. 管内混凝土(1) 钢管与混凝土工作力学。钢管混凝土拱桥的承载力和耐久性取决于钢管与钢管混凝土之间的相互作用。国内学者对剪切粘结力进行了研究和测试，可分为四类：化学粘结力、机械咬合力、宏观咬合力和摩擦阻力[6]。在这四种力中，化学结合力相对较小，并且一旦由小应变引发局部滑移，化学结合力将消失。宏观咬合力和摩擦阻力只有在由于大应变而发生相对大的滑移时才发挥作用。机械咬合力形成在由于小应变而发生滑移之后，但是在由于大应变而发生大滑移之前。管和管之间的脱粘和分离混凝土影响钢管的抗剪粘结力和局部稳定性为了避免这种情况，需要解决两个问题：一是保证混凝土在浇筑过程中的密实性;二是解决混凝土在整个生命周期中的膨胀与收缩不匹配问题。(2) 管内混凝土配制技术 目前，在填充混凝土的制备过程中需要解决两个关键问题：自填充能力和无收缩特性，这是为了在施工阶段实现混凝土的高流动性和稳定性之间的协同作用，并在整个过程的每个阶段抑制混凝土的收缩所必需的。中国工程师已经确定，混凝土的稳定性可以通过控制界面吸附和分散以及剪切行为来保证，而混凝土的粘度可以通过控制间隙液的粘度和水膜的厚度来保证[7]-从而实现混凝土的高流动性和稳定性之间的协同作用。混凝土的凝缩可通过塑性膨胀技术解决，混凝土的自干燥收缩可通过化学收缩[8]、补偿收缩[9]和养护技术解决，从而保证混凝土收缩在整个过程的各个阶段得到控制。这些方法可以在满足设计要求的前提下，实现管内混凝土的胀缩设计综述了这些制备技术的发展和应用。高流动性、高稳定性、无收缩混凝土的研制，保证了钢管混凝土施工的方便和高效，为解决钢管混凝土在长期服役中出现的钢管与混凝土的脱粘、分离问题奠定了基础。(3) 管内混凝土浇筑技术的发展。钢管混凝土拱桥内混凝土浇筑技术的发展经历了几个阶段：表2重测数据的高度。1，不。9段拱肋（单位：m）。号上游-下游重庆宜宾身高差a重庆宜宾身高差a1 264. 452 264. 422 0. 030 264. 429 264. 449-0. 020284.555 284.535 0.020 284.515 284.540-0.0252019 - 05 - 25 10：00：002019 - 03 - 24 00：00：005 327.779 327.778 0.0016 336.819 336.818 0.001 336.828 336.801 0.0272019 - 03 - 248 347.291 347.2852019 - 04 - 25 10：00：00a肋骨对称点的高度差--J. Zheng，J. Wang /工程学4（2018）143表3拱轴线第3 ~ 9段轴线偏差数据（单位：mm）。号重庆之滨宜宾之滨上弦杆下弦杆上弦杆下弦杆3-6-9 5 104 - 9 - 7 5-5-4-3756 8-10 5 77 - 5 7 - 5 9八七四八二9- 10010正值表示上游的偏差，而负值表示下游的符号现浇混凝土分仓浇筑法、泵送浇筑法、真空辅助泵送浇筑法。为保证管内混凝土的密实性，在合江长江第一大桥施工过程中，对常规压力浇注法和真空泵送浇注法进行了大比例模型试验对比。试验证明，采用负压0.07 ~ 0.09MPa的真空辅助浇注法浇注的管内混凝土比采用常规压力浇注法浇注的混凝土密实得多。根据试验结果和工程实践，开发了管内混凝土的真空辅助泵送浇注方法[10，11]。 桥梁拱桁架的每根管弦长度约为600 m。每一个都需要填充近800m3的C60混凝土，采用三级连续真空辅助泵送浇筑法（图12）。多级连续泵送浇筑减少了混凝土处于高流动状态的时间，降低了泵送阻力，其级数根据管内混凝土体积和施工能力而定。通过使用斜拉索[12，13]连续调节荷载，可以减小拱顶的瞬时向上偏转。一根弦杆的筒内混凝土浇筑平均耗时12 h，主拱8根弦杆的筒内混凝土浇筑平均耗时33 d，在3 d龄期内对144个翼缘节点附近的筒内混凝土密实度进行了检测采用超声波检测方法，检测点100%满足要求，92%达到优良质量，证明了管内混凝土的浇筑质量。 真空泵送浇筑法加快了混凝土浇筑速度，降低了施工成本。钢管混凝土真空泵送灌注法的发明，成功地克服了钢管混凝土拱桥发展的技术瓶颈。随着制造和安装技术的进步，合江长江第一大桥于2013年建成，主跨为530米，创造了最长钢管混凝土拱桥的世界纪录。该桥总造价为2.6亿CNY，比其他任何类型的桥梁造价都要便宜例如，这座桥的造价比同期建成的合江长江二桥便宜了1.1亿CNY合江长江第一大桥荷载试验（图）结果表明，其施工质量各项指标均达到了设计要求。2.4. 大跨度钢管混凝土拱桥施工技术研究2013年，随着世界上最长的钢管混凝土拱桥的建设，开发了一套完整的500米级钢管混凝土拱桥施工技术。在此基础上，中国工程师以四川某公路桥为基础，进行了700 m级钢管混凝土拱桥的试设计和施工可行性研究[14]（图14）。初步认为，净跨650 m的钢管混凝土拱桥静动力性能均满足规范要求，采用缆索吊机吊装、斜拉扣挂悬臂拼装的施工方法，利用现有设备和技术可以完成施工。700 m级钢管混凝土拱桥可替代目前跨越山谷的千米悬索桥，具有可观的经济效益。3. 钢管混凝土劲性骨架拱桥3.1. 发展概况钢筋混凝土拱桥又称梅兰拱桥，由奥地利工程师约瑟夫·图12个。管 内 混凝土三级连续真空泵送浇筑法布置。X150J. Zheng，J. Wang/Engineering 4（2018）143-155图十三. 合江长江第一大桥成桥后的荷载试验。见图14。700 m级钢管混凝土拱桥的总体布置。1898年的梅兰。建造这种类型的拱圈，首先建立刚性钢骨架;然后，将用于浇注混凝土的模具紧固在其上。随着浇注的混凝土，钢和混凝土形成拱。在20世纪90年代，中国工程师首先提出使用钢管混凝土拱代替钢拱桁架作为这种类型桥梁的刚性骨架[15];以这种方式使用钢管混凝土拱可以将刚性骨架中的钢材用量减少一半左右。在跨度大于300 m的劲性骨架混凝土拱桥中，只有鸭池河大桥采用结构钢作为劲性骨架，其余8座桥梁均采用钢管混凝土作为劲性骨架。钢拱桁架的质量仅为混凝土拱圈的1/14左右。钢管混凝土虽然提高了桥梁的承载能力和刚度，但钢管混凝土劲性拱骨架必须承受拱圈外混凝土的自重，其自重远大于拱圈的二次静载和活载之和。此外，由于钢管混凝土中混凝土的初始压应力储备较小，瞬时拉应力很可能超过许用应力，需要进行荷载调整。中国工程师开发了一种施工方法，该方法使用斜拉索[16]调整荷载，并将混凝土按环划分在拱圈中，然后在环中的多个工作平台上浇注混凝土[17，18]。具体地说，这种方法是将拱圈内的混凝土分成若干圈，逐圈浇筑混凝土。在一个环中的混凝土获得足够的强度并与刚性骨架形成复合结构之后，浇筑下一个环中的混凝土。通过这种方式，拱圈的承载能力逐步增加，并且由刚性拱骨架承载的载荷减小。计算每个环的深度，以确保在每个环或每次增加浇筑混凝土荷载后结构保持安全[19]。由于不可能在一个环中同时完成混凝土的浇筑，拱在浇筑过程中的瞬时应力和变形可能比浇筑完成后的应力和变形大得多。因此，在多个工作平台上进行以减小刚性骨架的瞬时应力和变形。采用斜拉索调载的方法，使结构的瞬时应力和变形保持在安全范围内，减小了劲性骨架的永久应力实践证明，我国提出的钢管混凝土劲性骨架混凝土拱桥施工方法，与国外普遍采用的两端挂篮灌浆、中间加劲性骨架混凝土拱桥施工方法相比，具有风险小、工期短、造价低等优点。2016年，世界上最长的混凝土拱桥--445米的该桥与跨416 m的滇桂铁路南盘江大桥原设计均然而，经过深思熟虑，最终放弃了该设计，取而代之的是采用全跨度钢管混凝土劲性骨架，使用斜拉索调整荷载，将拱圈分为五个环，并在每个环的六个工作平台上同时浇筑混凝土的施工方法。这种方法最终被证明是成功的[18]。在过去的30年里，中国已建成4座跨度大于400 m的钢筋混凝土拱桥和9座跨度大于300 m的而国外100多年来建成的钢筋混凝土拱桥最大跨度这种跨度上的差异主要是由于采用了不同的施工方法中国工程师于1968年开发了斜拉扣挂悬臂拼装技术[1]，1977年开发了拱桥转体施工法[3]，2008年开发了拱桥挂篮灌浆技术[20]。虽然这三种方法都可以用于建造跨度在400 m以下的混凝土拱桥，但使用这些技术建造的最长混凝土拱桥现有跨度大于300 m的混凝土拱桥均为型钢混凝土拱桥（表4）。国外跨径大于300 m的混凝土拱桥共有4座（表5），均采用悬臂拼装或挂篮施工注浆施工技术昭化嘉陵江大桥钢管劲性骨架质量为1866 t，是拱圈混凝土质量的1/14.9该桥的总工期比美国Mike O 'Callaghan-Pat Till- man纪念桥采用挂篮灌浆施工技术缩短了2年因此，在我国跨度大于300 m的混凝土拱桥施工中，尚未采用挂篮压浆施工3.2. 使用斜拉索调整负载通过斜拉索调整荷载的公式如下[16]：nD rK ¼Fi·rKi11/1式中，Fi为施加在一对斜拉索上的张力（力），原编号为i;rKi为施加在第i对斜拉索上的单位荷载引起的K截面处的应力，可采用有限元法或直接现场测量法获得足够的精度;DrK为斜拉索K截面处的应力。J. Zheng，J. Wang /工程学4（2018）143表4我国300 m以上跨度的钢筋混凝土拱桥桥跨度（m）劲性骨架用钢量（t）混凝土体积（m3）混凝土与钢骨架落成年份成本（亿元CNY）Shanghai–Kunming High-Speed44547092650014.220164.50成贵高铁北盘江大桥43611580171403.7下5.20鸭池河大桥建设Yunnan–Guangxi Railway Nanpan4164 01124 00015.020164.00桥Chongqing–Guizhou High-Speed370553129 37013.22016-夜郎河大桥Dali–Ruili Railway Lancang River342552016 8007.6下-建设Zhengzhou–Wanzhou340254514 21013.9下-铁路梅溪河大桥建设昭化嘉陵江大桥36418661113014.920122.08万州长江大桥42020911100013.219971.33广西永宁永江大桥3128514 70213.819960.45符号表5国外跨径超过300 m的混凝土拱桥。桥国家跨度（m）施工技术落成年份格拉兹维尔桥澳大利亚305预制悬臂组件1964克尔克桥克罗地亚390预制悬臂组件1980迈克·美国323挂篮注浆2010阿尔蒙特高架桥西班牙384挂篮注浆2016表6钢筋混凝土拱桥与挂篮压浆混凝土拱桥的比较桥国家跨度（m）结构类型施工方法落成年份工期成本（百万CNY）昭化嘉陵江大桥迈克·中国联合364323钢管混凝土劲性骨架拱桥钢管混凝土拱桥基于刚性骨架的方法挂篮201220103年5年2081670纪念大桥国灌浆在混凝土连续浇筑过程中，当截面应力随时间变化时，rKi当临界截面处的应力超过许用值时，应调整Fi，使DrK与临界截面应力的组合值保持在许用范围内，并使其它截面的应力不超过标准值。基于rKi随拱的刚度增大而减小的原理，在刚度较小时，可通过施加索力来减小临界截面处的永久应力，在刚度较大时，可通过撤除索力来永久应力降低的程度取决于对其他截面应力的不利影响是否在可接受的范围内斜拉索调节荷载的效果取决于斜拉索的作用位置、索力的大小以及索力的施加和解除时机。通过利用斜拉索用于刚性骨架的悬臂组件，可以几乎无成本地调节负载。斜拉索调载的概念起源于广西永宁永江大桥的建设，并在滇桂铁路南盘江大桥的建设中得到进一步发展3.3. 工程实践3.3.1. 广西永宁永江大桥广西永宁永江大桥是一座中承式混凝土肋拱桥，保持了1995年最大跨度的纪录。1996年的世界。该拱桥的计算跨度为312 m，矢跨比为1/6，总宽度为18.9 m[21]。该钢管混凝土劲性骨架混凝土拱桥为两肋结构，每肋与拱桁架同宽，沿拱高变化，总重量为851 t。每一根肋骨，都被分成了九段。钢管拱桁架采用斜拉悬挑拼装体系连接，历时25天，管内混凝土浇筑完成，历时28天。将填充两个肋的4702m3混凝土分成四个环泵入钢管混凝土骨架。首次采用3组斜拉索变索力调整荷载，完成了从L/12端部到L/2拱顶的连续浇筑，历时40 h。在整个浇筑过程中，瞬态应力保持在规范规定的范围内，拱顶几乎没有发生向上的挠度，最大整体索力为2200 kN[16]。3.3.2. The Yunnan–Guangxi Railway Nanpan滇桂铁路南盘江特大桥是一座跨度416 m的钢管混凝土劲性单箱拱圈的横截面高度为8 m，由三个单元组成。拱脚宽28 m，拱顶宽18 m.施工时，先将重达4000 t的钢管拱桁架分成38段进行斜拉152J. Zheng，J. Wang/Engineering 4（2018）143-155悬挑组合系统，如图15所示。然后，将混凝土泵入弦管形成钢管混凝土骨架，再泵入24000m3的外包混凝土，分成5个环，形成拱圈。拱圈刚度是钢管混凝土骨架刚度的7.9倍，满足高速轨道交通的承载要求。图16为连续浇筑底板6795m3混凝土过程中，钢管混凝土骨架上下弦管混凝土应力的变化情况，从拱脚到拱顶。从图16中可以看出，瞬态名义拉应力和压应力分别为24 MPa和42 MPa，并且都发生在拱脚处;这些应力远远超过了铸环端部的应力，而其他截面的应力相对较小。若不采取相应的措施，瞬时应力将足以引起拱脚的破坏。从图14中可以看出，可以通过在多个部分中同时浇筑混凝土来减小瞬态应力。此外，在拱脚周围设置斜拉索，斜拉索向上倾斜，可以有效降低拱脚处劲性骨架的瞬态应力，而不会对其他截面产生明显不利影响[18]。云广铁路南盘江大桥主拱圈混凝土如图17所示，每个子环按照给定的顺序铸造，该顺序包括三个单独的铸件。在拱上施加两组斜拉索，总索力为4000 kN图15个。滇桂铁路南盘江大桥劲性骨架和混凝土拱圈。图十六岁 钢管混凝土框架在底板混凝土浇筑过程中上、下弦筒混凝土的瞬态应力。图17. 滇桂铁路南盘江大桥混凝土浇筑方案说明。(a)拱圈的五个子环图解;(b)六个工作平台的示意图（半）。·J. Zheng，J. Wang /工程学4（2018）143图十八岁云广铁路 南盘 江大 桥混凝土浇筑过程 中拱 桁架 的累积 变形 。当第一次铸造底板时，在铸造三个子环之后将其移除（即，侧箱的底板、腹板和顶板）已经完成，并且浇注的混凝土已经获得足够的强度。斜拉索的使用使上弦筒混凝土的压应力储备增加了5.51MPa，使下弦筒混凝土的永久应力降低了5.4MPa。此外，在浇注过程中，拉应力从未超过许用拉应力.在无斜拉索的情况下，在35次浇筑过程中，上弦筒混凝土的最大拉应力将达到7.39MPa，而下弦筒混凝土的压应力将超过许用应力。实际上，由于在施工现场生产和浇注混凝土的能力有限，前三个子环（即，侧箱的底板、腹板和顶板）在六个铸件中完成，而其余两个子环（即，中间箱的顶板和底板）在三个铸件中完成。在4000t钢管混凝土拱桁架上浇筑了24000m3的外包混凝土，共浇筑24次表7和图图18示出了在五个节段的浇筑期间拱形桁架的测量和计算的累积变形。可以看出，拱桁架的实测变形与计算值非常接近图19. 两种浇筑方案拱顶挠度比较。图19比较了采用所提出的浇筑方案（通过斜拉索调整荷载，采用三次浇筑和六个工作平台）和从拱脚到拱顶的一次连续浇筑方案时拱顶的挠度。可以容易地看出，所提出的铸造方案比一次连续铸造方案好得多。南盘江大桥拱圈外包混凝土浇筑方案为：拱圈分5个子环浇筑，在拱圈上施加3组变力斜拉索，最大索力分别为3500 kN、3000 kN和1500kN该方案可实现拱脚至拱顶各节段混凝土的连续浇筑，降低劲性骨架控制截面的永久应力拟议的但由于施工现场无法满足500m3h-1的浇筑要求，该浇筑方案未能实施4. 最后发言虽然钢管混凝土拱桥和劲性骨架混凝土拱桥都可以归类为型钢混凝土拱桥，但钢管混凝土拱桥的混凝土浇筑到弦管中，而不使用混凝土模板。因此，钢管混凝土拱桥具有施工相对容易、拱圈施工时间短、造价低、跨径增长快等优点世界上已建成或在建的跨度超过400m的钢管混凝土拱桥有 这些大跨度钢管混凝土桥梁被广泛用于公路，虽然少数用于铁路. 拉萨至林芝铁路藏木雅隆藏布河特大桥是一座长430米的钢管混凝土拱桥，目前正在建设中，预计将于2018年完工。如果进一步验证钢管混凝土拱桥对日温差变化不敏感的特性，钢管混凝土拱桥也将在高速铁路上得到广泛应用混凝土拱表7对滇桂铁路南盘江大桥混凝土浇筑过程中拱架的累积变形和混凝土体积进行了实测和计算混凝土浇筑阶段在不同位置测量的累积变形（m）累积混凝土L/8L/5L/4L/33L/8L/2体积（m3）测量计算测量计算测量计算测量计算测量计算测量计算边箱70.0130.0130.0060.0060.0020.0020.0040.004-0.001-0.0010.0030.003140070.0100.0100.0000.000-0.007-0.007-0.021-0.021-0.037-0.037-0.052-0.052268180.0050.004-0.008-0.007-0.016-0.015-0.033-0.031-0.050-0.052-0.067-0.069384580.0020.001-0.012-0.011-0.023-0.023-0.042-0.042-0.061-0.065-0.080-0.08548709-0.001-0.003-0.021-0.022-0.036-0.041-0.058-0.061-0.079-0.086-0.103-0.11058729-0.004-0.004-0.025-0.023-0.042-0.047-0.071-0.075-0.098-0.105-0.124-0.1426759侧箱7-0.005-0.007-0.028-0.028-0.046-0.052-0.076-0.080-0.100-0.106-0.118-0.13574467-0.008-0.012-0.034-0.034-0.051-0.058-0.080-0.082-0.106-0.112-0.124-0.14181078-0.011-0.015-0.041-0.039-0.056-0.062-0.084-0.087-0.112-0.120-0.130-0.14787018-0.014-0.018-0.046-0.044-0.062-0.067-0.089-0.094-0.119-0.128-0.138-0.15692629-0.016-0.019-0.052-0.048-0.068-0.076-0.096-0.103-0.128-0.139-0.149-0.17298739-0.017-0.021-0.054-0.054-0.071-0.083-0.100-0.111-0.132-0.151-0.153-0.19310428边箱上腹板、顶板7-0.023-0.026-0.063-0.064-0.080-0.095-0.110-0.124-0.137-0.157-0.148-0.186117477-0.028-0.031-0.072-0.071-0.090-0.102-0.121-0.133-0.149-0.168-0.156-0.197130408-0.032-0.034-0.077-0.076-0.097-0.108-0.130-0.141-0.159-0.180-0.166-0.210148738-0.036-0.037-0.083-0.079-0.104-0.113-0.138-0.148-0.169-0.192-0.180-0.232163629-0.042-0.043-0.092-0.087-0.113-0.123-0.148-0.159-0.181-0.204-0.192-0.244179669-0.049-0.049-0.099-0.095-0.124-0.134-0.160-0.171-0.194-0.217-0.209-0.26119080中箱7-0.051-0.051-0.103-0.098-0.132-0.139-0.172-0.177-0.208-0.224-0.224-0.269198188-0.053-0.052-0.108-0.101-0.139-0.143-0.180-0.183-0.218-0.232-0.236-0.279205309-0.056-0.053-0.112-0.103-0.144-0.147-0.188-0.190-0.227-0.242-0.247-0.29421332中箱7-0.058-0.055-0.116-0.105-0.150-0.151-0.195-0.195-0.235-0.247-0.256-0.300220648-0.060-0.056-0.119-0.107-0.154-0.154-0.199-0.199-0.241-0.254-0.263-0.309227039-0.061-0.057-0.122-0.109-0.157-0.158-0.204-0.205-0.246-0.262-0.269-0.32123385最终误差（cm）-0.4-1.3-0.10.11.65.2154J. Zheng，J. Wang/Engineering 4（2018）143J. Zheng，J. Wang /工程学4（2018）143劲性骨架桥梁具有刚度大、对温度变化不敏感这种类型的桥梁近年来在中国发展迅速。在高速铁路网上同时建设了5座跨度大于300 m的钢筋混凝土拱桥。钢管混凝土拱桥跨径的增大将促进钢管混凝土拱桥跨径的不断增大。钢管混凝土拱桥和钢筋混凝土拱桥由于其构件轻，施工相对容易，不需要大型机械设备，因此较适用于山区，