500 m级钢管拱桥成拱计算与控制方法

在大跨径的钢管混凝土拱桥中,钢管拱肋的斜拉扣挂成拱过程面临计算困难、大悬臂结构频繁调整、成拱状态偏离等难题。在成拱的理论计算方面,引入了基于无应力参数精确控制的成拱控制方法,明确了大跨径钢管拱斜拉扣挂施工过程控制目标。基于该控制方法,构建了钢管拱桥的成拱计算理论方法。该计算理论首次给出了钢管拱肋合龙前后的力学状态联系方程,建立了成拱后拱肋线形误差与施工过程索力的数学关系,构建了同时考虑施工全过程约束条件与成拱后线形偏差的一次调索优化模型。该一次调索优化模型可在任意给定的成拱线形误差范围和施工过程中的塔偏、封铰、合龙等耦合约束条件下,求解最优的扣背索一次张拉索力。在成拱施工控制方面,首次提出采用三维扫描技术进行大型钢管拱肋的无应力参数精确控制与检测方法,给出了详细的封铰控制、拱肋节段无应力参数控制和合龙控制的具体实施方法。在跨径为507 m的合江长江公路大桥的建设全过程,采用了所提出成拱计算理论与控制方法。实践表明:所提出的成拱计算理论具有控制目标少、计算目标明确、索力分布与张拉最优的优点;所提出的控制方法确保了钢管拱肋制造与安装无应力尺寸的精度,极大地减少了施工过程中拱肋线形误差调整次数。大桥拱肋成拱后实测结果表明,拱肋线形与应力状态与一次落架状态吻合良好。