摘 要：平南三橋?yàn)?75 m跨徑的CFST拱橋，其斜拉扣掛系統(tǒng)扣索多，部分扣索夾角小。如果采用“分級拆除、依次循環(huán)拆除”的傳統(tǒng)拆索方案，則施工工作量很大，因此提出了逐根拆除扣索的拆索方法。在安裝最后一道橫聯(lián)的線形與拆除全部扣索后拱圈線形形成的“交點(diǎn)”前，每拆一段扣索，拱腳附近各控制點(diǎn)位移下?lián)?，而拱頂附近各控制點(diǎn)上撓；拆除“交點(diǎn)”后扣索，則各控制點(diǎn)出現(xiàn)相反規(guī)律。因此采用交替拆除“交點(diǎn)”前扣索和“交點(diǎn)”后扣索的施工方式，實(shí)現(xiàn)扣索拆除過程中拱圈線形的補(bǔ)償，從而建立扣索拆除新方法。從拱圈拆索過程中的線形變化、索力均勻性和拱圈最大壓應(yīng)力變化情況這3個方面對3種不同扣索拆除方案進(jìn)行了對比，并以此確定了最佳的扣索拆除方案。最后，通過測量拱圈拆索過程中的實(shí)際線形，進(jìn)一步驗(yàn)證了拆索方案的施工精度。

關(guān)鍵詞：拱橋;平南三橋;扣索拆除;線形;拱圈最大壓應(yīng)力;扣索力均勻性;

基金：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號51738004;廣西科技重大專項(xiàng)，項(xiàng)目編號桂科AA18118029;廣西重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號桂科AB20297028;

拱橋在我國的應(yīng)用非常廣泛，具有造型美觀、施工便捷、經(jīng)濟(jì)性好和受力性能良好等優(yōu)點(diǎn)。在豎向荷載作用下，拱的兩端支承處不僅有豎向反力，還有水平推力。水平推力的作用導(dǎo)致拱圈彎矩較小，使得結(jié)構(gòu)以受壓為主，因而拱橋多采用石材、混凝土和鋼管混凝土等受壓性能好的材料，并廣泛應(yīng)用于山川峽谷中。現(xiàn)有的拱橋施工技術(shù)主要包括支架法、轉(zhuǎn)體法和纜索吊裝斜拉扣掛法等，其中，纜索吊運(yùn)斜拉扣掛施工技術(shù)憑借施工便捷、適應(yīng)性好和經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，在工程中應(yīng)用最為普遍[1,2]。然而，近些年，隨著拱圈跨徑越來越大，拱圈吊裝節(jié)段數(shù)和扣索數(shù)量越來越多，施工風(fēng)險也越來越大。就拱橋合龍后的扣索拆除而言，每松一根扣索索力均會導(dǎo)致各個節(jié)段的坐標(biāo)以及其他扣索索力發(fā)生變化，因此拱肋合龍后拆除扣索的時間、順序和方法都將對拱肋的線形、內(nèi)力產(chǎn)生影響。為確保拱圈結(jié)構(gòu)的施工安全，需選擇合理的扣索拆除方法。傳統(tǒng)的扣索拆除方法采用逐級松索(每一級松扣索力約為10 kN)、反復(fù)循環(huán)松索直至各扣索索力為零的拆索方式。由于拱圈斜拉扣掛系統(tǒng)的扣索數(shù)量多，每根鋼絞線的索力通常達(dá)到70～90 kN,因此需進(jìn)行多次循環(huán)拆索，導(dǎo)致拆索工作量非常大。文獻(xiàn)[3]基于拆索順序?qū)叭?nèi)力和線形的影響規(guī)律，提出修正拆扣方案，將部分扣索調(diào)整到合龍之前拆除，但該方法在拱圈最大懸臂階段拆除扣索，施工風(fēng)險較大。因此，需要研究開發(fā)出一種更高效、合理的拆除扣索方法。

本文以平南三橋?yàn)楣こ桃劳?，提出了一種更高效的拱圈扣索拆除的方法。首先，根據(jù)安裝最后一道橫聯(lián)和拆除最后一道扣索時的線形選出3種拱圈的拆索順序，然后再對所選的扣索拆除順序進(jìn)行線形、強(qiáng)度和索力均勻性的計算對比分析，確定最佳的拆索順序。計算結(jié)果表明，本文提出的逐根拆除扣索方法，扣索拆除過程中各扣索索力變化很小，施工過程中線形變化均勻，整個拆索過程中拱圈壓應(yīng)力很小，與傳統(tǒng)的“分級拆除、扣索循環(huán)拆除”的方法相比，施工成本更低、施工效率更高。

1 工程概況

1.1設(shè)計概況

廣西平南縣境內(nèi)的平南三橋?yàn)橐蛔谐惺戒摴芑炷凉皹?，主跨跨徑?60 m, 矢跨比為0.25,拱軸系數(shù)為1.5,北岸采用地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，南岸采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋型布置如圖1所示。該橋結(jié)構(gòu)為變截面無鉸拱，2片拱肋中心間距為30.1 m, 拱肋間通過設(shè)1道I形橫撐和1道△形橫撐相連接。橋面系采用鋼格子梁的鋼—混凝土組合橋面板，鋼格子梁均采用“工”形截面。

圖1 拱橋總體布置

1.2斜拉扣掛總體布置

采用纜索吊運(yùn)斜拉扣掛施工技術(shù)，重型鋼管塔架，每一片拱肋分為22個節(jié)段吊裝(各控制點(diǎn)為拱圈扣點(diǎn)位置)。主索系統(tǒng)共計2套，主索道纜索起重機(jī)額定起重量確定為220 t, 工作索道起重繩按5 t額定吊重進(jìn)行設(shè)計。斜拉扣掛總體布置如圖2所示。

圖2 斜拉扣掛總體布置

1.3拱圈安裝順序

整個吊裝過程中采用對稱吊裝施工，北半跨吊裝的施工順序如圖3所示。

圖3 吊裝方案(北半跨)

2 斜拉扣掛系統(tǒng)扣索拆除

2.1問題提出

采用01號-02號-03號-04號-05號-06號-07號-08號-09號-10號-11號的扣索拆除順序，各控制點(diǎn)的線形如圖4所示。

由圖4(a)所示， 控制點(diǎn)在扣索拆除過程中，8號位移變化小于40 mm, 且相鄰拆除扣索過程中位移變化很小，可視為“不動點(diǎn)”;10號控制點(diǎn)和11號控制點(diǎn)位移變化分別約為220 mm和300 mm; 05號控制點(diǎn)和06號控制點(diǎn)位移變化均約為150 mm, 位移波動較大，施工風(fēng)險大。此外，根據(jù)圖4(b)可知，有較多的控制點(diǎn)的線形超出了安裝橫聯(lián)線形與拆除最后一道扣索的線形(拆除11號扣索線形)所形成的區(qū)域，這表明在拆除扣索過程中存在著較大的附加變形，由此將產(chǎn)生附加內(nèi)力，造成施工過程中的不安全。因此，采用該拆索順序的施工風(fēng)險大，需選擇合理的拆索順序。

2.2傳統(tǒng)方法

傳統(tǒng)的扣索拆除采用“逐級松索，扣索依次循環(huán)拆除” 的方式，即從01號扣索～11號扣索依次每根扣索卸載10 kN,經(jīng)過多次循環(huán)拆索直至各扣索索力為零。就跨徑為575 m、單片拱肋節(jié)段數(shù)達(dá)22個的平南三橋而言，全橋拱圈扣索數(shù)量多達(dá)324根，每根分7～9次逐級松索，總計需要2 268～2 916次松索，工作量非常大。

圖4 各控制點(diǎn)線形

2.3新方法

由圖4(a)可知，在扣索拆除過程中，除08號控制點(diǎn)以外，拆除09號、10號和11號扣索與拆除01號～07號扣索對各控制點(diǎn)位移變化呈現(xiàn)出相反的規(guī)律。以11號控制點(diǎn)為例進(jìn)行說明，在拆除01號～07號扣索過程中，11號控制點(diǎn)位移上撓，拆除09號、10號和11號扣索導(dǎo)致11號控制點(diǎn)位移下降?；诖?，可通過交替拆除9號、10號和11號扣索與1號～7號扣索的方式，實(shí)現(xiàn)各控制點(diǎn)位移互補(bǔ)，降低拆索施工過程中的風(fēng)險。

根據(jù)09號、10號和11號扣索與01號～07號扣索交替拆除順序的不同，提出了3種不同的拆索方案(拆索方案一：01號-02號-03號-09號-04號-05號-10號-06號-11號-07號-08號；拆索方案二：01號-02號-09號-03號-04號-10號-05號-06號-11號-07號-08號；拆索方案三：01號-02號-11號-03號-04號-10號-05號-06號-09號-07號-08號),從各控制點(diǎn)線形、各扣索索力以及拱圈最大壓應(yīng)力的變化規(guī)律方面進(jìn)行計算對比分析。

3 計算結(jié)果對比分析

3.1拱圈線形

3.1.1與制造線形偏差

各方案的控制點(diǎn)線形偏差計算結(jié)果如圖5所示，由圖5可知，方案一和方案二中，各扣索拆除的線形均落在安裝橫聯(lián)與拆除最后一道扣索線形包絡(luò)區(qū)域內(nèi)，并未產(chǎn)生附加變形，表明施工過程中線形良好；方案三中，在拆除03號扣索、10號扣索和11號扣索過程中10號和11號控制點(diǎn)均超出了安裝橫聯(lián)與拆除最后一道扣索線形所包絡(luò)區(qū)域，產(chǎn)生了附加位移，造成施工過程中的風(fēng)險。

3.1.2各控制點(diǎn)隨各扣索拆除的位移變化

各方案的控制點(diǎn)在加索拆除中的位移變化計算結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，在各扣索拆除過程中，方案一與方案二中各控制點(diǎn)總體線形變化差別不大，各控制點(diǎn)最大線形波動均為140 mm, 相鄰兩扣索拆除過程中的最大線形偏差均為60 mm; 方案三中各控制點(diǎn)的線形波動較大，最大線形波動達(dá)200 mm, 相鄰兩扣索拆除過程中最大線形偏差達(dá)60 mm, 產(chǎn)生了一定的附加變形。

3.2各扣索索力對比分析

采用文獻(xiàn)[4]中的一次張拉施工優(yōu)化計算方法計算分析施工過程中各扣索的索力。結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，在整個扣索拆除過程中，3種方案中各扣索的索力變化均平緩，沒有顯著的突變。

3.3拱圈應(yīng)力對比分析

各方案中的拱圈最大應(yīng)力計算結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，在整個扣索拆除過程中，3種方案的軸向應(yīng)力和組合應(yīng)力均在允許范圍內(nèi)，變化規(guī)律基本相同，且無顯著的突變，這表明整個扣索拆除過程中結(jié)構(gòu)是安全的。此外，在整個扣索拆除過程中，軸向應(yīng)力和組合應(yīng)力的偏差控制在15 MPa以內(nèi)，表明結(jié)構(gòu)是始終以受壓為主，彎矩的影響較小。

圖5 各控制點(diǎn)與制造線形的偏差

4 與實(shí)測線形對比分析

4.1拆索過程中線形對比分析

前述對比分析結(jié)果表明，采用方案一和方案二的扣索拆除順序均是可行的。因此采用了方案一的扣索拆除順序，即采用“01號-02號-03號-09號-04號-05號-10號-06號-11號-07號-08號”的扣索拆除順序，并測量了拱圈拆索過程中各控制點(diǎn)線形數(shù)據(jù)，測量結(jié)果如圖9所示。

圖6 各控制點(diǎn)隨各扣索拆除的位移變化

由圖9可知，采用逐根拆除扣索的方法，在整個拱圈扣索拆除過程中，各控制點(diǎn)線形偏差始終保持在安裝橫聯(lián)與拆除最后一道扣索線形所包絡(luò)區(qū)域之內(nèi)，整個拆索過程中無附加變形。

圖7 拆索過程中各扣索索力變化

4.2合龍松索后線形

進(jìn)一步對松索后各控制點(diǎn)的線形進(jìn)行實(shí)測，測量結(jié)果如圖10所示。

由圖10(a)和圖10(b)可知，拱圈合龍松索后，合龍松索和拱圈各控制點(diǎn)實(shí)測值之間的與目標(biāo)值偏差為52 mm, 遠(yuǎn)小于《鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB 50923-2013)第11.2.7規(guī)定的L/3 000=187 mm, 具有良好的拼裝精度。此外，由圖10(c)可知，拱圈合龍后，上、下游拱肋最大線形偏差為35 mm, 上游和下游的南北兩岸線形偏差最大值分別為5 mm和13 mm, 拱圈線形良好。

圖8 拆索過程中拱圈最大應(yīng)力

圖9 拆除扣索過程中各控制點(diǎn)線形

5 結(jié)語

以平南三橋?yàn)楣こ瘫尘埃槍鹘y(tǒng)拆索方案的繁瑣性，提出了逐根拆除扣索的方法，從斜拉扣掛施工過程中的線形、索力以及拱圈應(yīng)力等方面，對3種不同拆索方案進(jìn)行了計算和對比分析，結(jié)論如下。

(1)采用方案一和方案二的扣索拆除方案，各控制點(diǎn)線形變化較平滑，無明顯突變和附加變形，而采用方案三的扣索拆除方案將導(dǎo)致附加變形，拆索過程中各控制點(diǎn)線形波動較大。

(2)整個扣索拆除過程中，3種拆索方案中各扣索的索力變化均很小且均勻性良好。

(3)隨著拱圈扣索的逐步拆除，拱圈最大壓應(yīng)力逐漸減少，且始終以軸壓為主要應(yīng)力，彎矩對結(jié)構(gòu)正應(yīng)力貢獻(xiàn)較小。

(4)拱圈各扣索拆除過程中，各控制點(diǎn)線形偏差始終保持在安裝橫聯(lián)與拆除最后一道扣索線形所包絡(luò)區(qū)域之內(nèi)，整個拆索過程中無附加變形；合龍松索后各控制點(diǎn)線形與目標(biāo)線形和計算線形均較接近，拱圈拼裝過程中的線形精度較好。

圖10 合龍松索后各控制點(diǎn)線形

參考文獻(xiàn)

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