飞燕式钢结构提篮拱桥结构特点及施工控制

石建标

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

1 飞燕式钢结构提篮拱桥的结构特点

飞燕式钢结构提篮拱桥是基于中承式拱桥衍生的全新形式，其将拱肋沿桥轴线方向适度倾斜，构成稳定性更佳的空间拱式结构。在飞燕式钢结构提篮拱桥中，主拱及两端的半拱共同组成飞燕提篮式拱，两边跨为上承式拱，主拱采用具有内倾特点的中承式拱。在跨端部横梁处锚固预应力拉索，利用该装置达到平衡主拱的效果，可有效抵御不平衡水平推力，使受力条件更合理。

飞燕式钢结构提篮拱桥属外部超静定结构，其结构组成丰富，受力条件较为复杂，构成一条较长的受力传递路径。在工程设计阶段，为了提高直观性，常采用有限元的方法组织计算与分析工作。

在系杆张拉前，拱座基础和钢结构拱肋两部分可承受绝大部分拱的不平衡水平推力，通过系杆的作用，可对拱桥主动施加预应力，并平衡该水平推力。经系杆张拉作业后，该部分张拉力应用优势显著，但其不具备完全平衡水平推力的效果，拱座基础需要承受部分水平推力。应根据此受力特点，对系杆采取超张拉处理措施，充分发挥其在优化力学性能方面的优势。

飞燕提篮式拱的结构特点在于主拱拱圈内倾，相较常规的平行肋拱，其横向稳定性更为良好，在宽跨较小的拱桥中具有更佳的应用优势。

评定提篮拱的应用性能时，开度为关键的指标：

任一点的拱脚宽度：

式中：c——开度；Bj——拱脚宽度（m）；θ——内倾角度；B——拱脚宽度（m）；Bd——拱顶高度（m）；y——内拱轴线倾角（°）；f——矢高（m）。

以常规的平行拱为基础结构，经内倾后形成提篮拱，原拱轴线关系式为y=y（x）。

发生内倾后，关系式变更为y=y-cosθ。

相较普通平行拱，提篮式肋拱具有良好的横向稳定性，易受到多项因素的影响。

（1）拱肋间肋距的变化会导致其横向稳定性发生改变；在横撑长度缩短的变化条件下，拱桥的横向稳定性有提高的变化趋势。

飞燕提篮式拱的拱轴线如图1所示。

图1 飞燕提篮式拱的拱轴线

（2）桥面系的恒载和活载均可经吊杆发生传递，由拱肋接收该部分荷载，该力的作用机制未具有完全垂直的特点，在存在倾角时会产生水平分力。具体至中承式拱桥，吊杆的水平分力可充分发挥显著的作用，即约束拱圈的倾斜，具体如图2所示。

图2 桥面系对拱肋横向稳定的作用

随着倾角的增加，下部结构的施工量随之加大，拱座可直接稳定安放至基岩上。提篮式拱圈内倾的方式，可提高桥梁结构体系的横向稳定性，也会增加设计难度、施工难度，因此，设定合适的倾角较重要。

应用提篮式肋拱后，横向稳定性无明显提高，相比常规的平行肋拱，可提高1.2～2倍，可有效控制拱肋的面内极限承载力，使其处于相对较低的状态，综合应用效果较好。提篮式肋拱内倾角取值区间通常为3°～15°，且普遍采用10°的内倾角。

系杆的预应力可有效优化飞燕式提篮拱桥的施工条件，可达到无推力的状态，满足飞燕式提篮拱桥对墩台基础的相关要求，若现场地质条件特殊，仍具有可行性，可扩宽拱桥的应用范围，解决施工受限于地形、地质的问题[1]。

2 施工控制的重要性分析

（1）在桥梁事业发展进程中，钢结构拱桥的结构体系具有复杂化的变化趋势，其跨径相对较大，对施工技术提出了更高的要求。大跨度钢结构拱桥普遍采用无支架施工的方案，使用转体施工法架设空钢管，再组织管内混凝土灌注、桥面系安装、桥面铺装等相关工作，最终成型。

（2）钢结构拱桥施工期间，随着施工进程的推进，会不断提升强度、刚度，且结构体系具有复杂化的特点，在分析变形值和设定预拱度时，均将面临较多的难点。

（3）以缆索吊装空钢管拱肋为例，若未合理控制拱肋的预抬高量，加之施工误差的不良影响，形成的拱肋线形易偏离设计要求，导致拱肋的受力条件欠佳。在桥面系架设阶段，应加强对桥面线形的控制，避免影响行车舒适性。除此之外，工作人员应重视结构局部应力偏大、稳定性不足等问题，会影响桥梁的正常施工状态，易引发质量、安全层面的问题。

（4）飞燕式钢结构提篮拱桥的成桥质量受多重因素的影响，如设计方法不合理、管内混凝土灌注不到位、桥面系的架设不达标、系杆张拉阶段未合理控制应力等。为了在安全的环境下高效完成飞燕式钢结构提篮拱桥的建设工作，应加强施工控制[2]。

（5）飞燕式钢结构提篮拱桥在结构、受力条件等方面均较为复杂，对施工工艺提出了较高的要求，工程人员应高度重视各项影响因素，并采取有效的控制措施。应对施工方案进行可行性评价，根据需求适当修改方案，将通过验证的方案投入使用.根据已掌握的信息预测施工状态，为后续工作的开展提供参考，合理进行工作部署[3]。

3 施工控制的主要内容

3.1 线形控制

拱肋和桥面两处的线形控制为重点内容，拱肋的线形与该结构的受力状态相关联，桥面线形不合理时，会出现行车舒适度下降的情况，严重时易诱发安全事故[4]。在飞燕式钢结构提篮拱桥工程中，拱肋的线形控制更为复杂，需充分考虑拱肋面内和面外的线形要求。

（1）前期设计。

应在前期合理设计，在后续规范施工，如准确计算扣索的索力和各节段的预抬高量，保证其具有合理性；

（2）桥面安装。

在桥面系安装中，需考虑系杆的张拉力、吊杆的索力，其均应满足要求[5]。

3.2 应力控制

主拱和边拱拱肋均为关键的受力结构，拱肋普遍采用钢管混凝土桁架结构，边拱拱肋以混凝土结构居多。在施工期间，应严格控制拱肋的截面轴力和弯矩，以保证拱肋的应力具有合理性[6]。

平衡主拱产生的水平推力，可适当加大边拱的荷载集度，并将边拱肋设置为混凝土结构，此时受力条件良好，可避免边拱肋开裂问题。在飞燕式钢结构提篮拱桥施工中，应充分关注应力的控制问题，如主拱和边拱拱肋的应力、拱脚水平推力、系杆张拉力等均应进行充分考虑。

3.3 稳定性控制

拱桥普遍呈受压的受力状态，在此条件下，提高拱桥的稳定性较为重要。在飞燕式钢结构提篮拱桥施工中，需营造安全的施工环境，以保证各结构的稳定性，如拱桥的面内、面外、拱肋等均应满足稳定性要求，构成完整、可靠的结构体系[7]。施工期间加强检查，若存在稳定性不足的情况，需随即采取控制措施。

4 结语

综上所述，飞燕式钢结构提篮拱桥综合应用优势显著，如承载力高、跨越能力强、适用范围广等，其结构较为复杂，施工期间的应力控制要求较高，在工程实践中，工作人员需准确掌握实际情况，并合理优化施工技术，加强质量检测与控制，在安全的环境下高效施工，以提高桥梁的建设品质。