重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074
摘要：钢管混凝土拱桥作为一种新兴桥型，以其充分利用材料、轻巧、美观的特性，迅速在我国桥梁工程中占有一席之地。但是温度效应的变化，对于钢管混凝土拱桥影响非常显著，特别是在施工吊装阶段。。本文主要介绍了温度对钢管混凝土拱桥施工吊装的影响，总结了工程中常用的施工控制方法，拱肋吊装修正方法，以及基于无应力状态的结构调整方法。
关键词：钢管混凝土；拱桥施工；温度；
前言
随着西部大开发，交通基础设施飞速发展，钢管混凝土拱桥作为一种新兴的桥型，以其充分利用材料、轻巧、美观的特点，迅速在我国桥梁工程中占有一席之地。尤其是在云贵川等多山区地段，钢管混凝土拱更具有得天独厚的优势。目前已建成的钢管混凝土中承式拱桥中2020年即将竣工的广西平南三大桥，在现有的中承式拱桥中以575米的跨度排名第一。尽管工程上跨径一再开创新的记录，钢管混凝土拱桥的理论还需要很多深入研究，温度效应便是其中的关键。
1 钢管混凝土拱的温度效应
1.1 温度对钢管混凝土拱的影响
钢管混凝土拱从拱肋材料到截面再到施工方法，都与传统的混凝土拱、钢拱桥有着较大差别，其温度效应对于钢管混凝土拱的影响，也有着自身的特性。Bruce Hunt、Nigel Cooke通过研究指出桥梁结构温度变化引起的温度应力与活载和自重引起的应力在同一量级。特别是在预应力混凝土箱梁桥中，温度应力是产生裂缝的主要原因之一。因此，在施工过程中，必须注意温度的变化，并考虑温度的影响。一般可以把气温变化划分为日照温差、年度气温变化和气温骤降。
公路桥涵设计通用规范（JTG D60 2015）中[1]4.3.12条提出，桥梁结构由于均匀温度变形而产生的附加或约束变形的计算，应从结构受到约束时的温度入手，并考虑最大和最小有效温度效应。一般来说，我们只考虑桥梁的垂直温度梯度效应。至于钢管拱，则没有考虑横向温度梯度的影响。
罗月静提出，钢管表面最高温度可达到80℃，管内混凝土最高温度可达到50℃；收缩徐变完成后，相当于降温20℃，这就产生了-70℃温差，大直径钢管中导致与核心砼“脱空”现象严重，尤其是拱顶位置。
现有钢管混凝土拱构件直径常为1-1.8m，脱空间隙可以达到∆μ=0.4-0.8mm，足以破坏钢管和混凝土之间的粘结，使得“套箍作用”无法发挥。夏季的气温非常高，由于外钢管受外界温度的影响非常显著，核心混凝土的影响受外界温度的影响较小，在夏天，外界温度较高，外钢管和核心混凝土的就产生较大的温度差，产生较大的自应力。对于这一“脱空”现象，郑皆连[4]等进行了真空辅助灌注工艺，实验结果表明，空隙相比于传统的施工工艺，空隙有明显减小，随后在波司登大桥中管内混凝土灌注时采用了这种工艺，有效的改善了这种“脱空”现象。
2温度对施工吊装的影响
2.1 施工控制方法
在钢管混凝土拱桥施工控制中，最常用的三种方法是预标高法、索力调整法和综合法。理论上三种方法都可行，在实际工程中，受到跨径以及斜拉挂扣体系的影响，均有一定的局限性。
预抬高法依赖于对预抬高量的计算，避免扣索的调整，而动态调索法则依靠频繁调索来保证拱肋的线形，综合法则是在拱肋吊装过程中将两种控制方法结合起来。
温度对于结构内力，钢管混凝土拱桥的线性有较大影响。对于主拱合龙等关键施工步骤时，合龙前需进行24小时的连续监测，观察温度变化的趋势，预测一个与设计合龙温度接近的时间进行合龙。钢管混凝土拱桥拱肋吊装期间测量温差有测量本身误差，温度对测量引起的误差。测量仪器的架设、测量方法等也会引起误差，且多不可避免。
2.2温差下拱肋吊装修正法
陆勇提出了一种对于系统温差对拱肋吊装影响的修正方法：
高洪如用敏感性分析，对波司登大桥参数进行敏感性分析，得出结论：以线性为控制目标的钢管混凝土拱施工中，温度对合龙前桥挠度影响不大，对纵桥向位移影响较大，合龙时温度变化对合龙后主拱线性影响较大。
合龙拆索后线形和一次落架施工线性一致，是缆索吊装斜拉扣挂法的控制目标。合龙时，需要着重考虑合龙温度对结构影响。
3 拱肋吊装阶段结构调整法
钢管混凝土拱桥的拱肋吊装过程中，有各种误差因素，对结构控制尤为重要。一般分为拱肋在吊装后发现当前节段出现偏差后调整，拱肋整体偏差的调整。
2007年，秦顺全院士[8]提出了无应力状态法，无应力状态法计算对象是结构的无应力长度和曲率，在施工过程中按照计算的无应力长度和曲率来制作安装。无应力状态法多用于斜拉桥施工控制中，在钢管混凝土拱中，用斜拉扣挂法施工时，扣索索力改变时，便需对索力进行调整。
郝聂冰[5]总述了桥梁状态调整补偿法，以无应力状态为基础，选择合适的可调变量作为自变量，对结构状态调整：
①改变无应力状态量。拱肋吊装过程中出现无应力曲率偏差，采用垫片调整拱肋无应力曲率。拱肋吊装中焊接收缩以及制作造成的结构无应力长度偏差，一般采取在合龙时对合龙段进行切配以调整结构的无应力长度偏差。
②调整结构体系。如果无应力曲率误差较大，可以通过改变结构体系来调整无应力状态量偏差。如下图1所示，边界条件是用来调整结构。铰接状态的拱肋可以绕拱脚旋转，使拱肋节段控制点在允许范围内。当拱铰处于铰接时，拱肋可以绕拱铰自由转动，拱肋的应力变化可以忽略。
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图1 铰接状态拱肋线形调整示意
Fig.1 indication of alignment adjustment of arch ribs in hinged state
③利用荷载进行调整。在斜拉桥，中承式拱桥中，通过改变控制结构中的载荷，可以消除无应力长度和曲率的影响。
4 结语
随着钢管混凝土拱桥的发展，对于复杂温度场的研究以及温度效应对施工吊装的影响，目前还没有一个明确、系统的说明。虽然交通部颁布了最新的公路钢管混凝土设计规范[2]，但是，钢管混凝土拱桥的施工规范依旧没有具体的准则，施工中大多借鉴斜拉桥的监控方法。这一系列问题，还需要更多相关研究，使钢管混凝土拱桥在工程上有更广泛的运用。
参考文献：（References）
[1] 公路桥涵设计通用规范（JTG D60 2015）.2015
[2] 公路钢管混凝土拱桥设计规范（JTG D65 2015）.2015
[3] 罗月静.大跨度钢管混凝土拱桥施工控制研究「D].南宁：广西大学博士学位论文.2004.
[4] 郑皆连，徐风云，唐柏石，等.广西岂宁誉江大桥千斤顶斜拉扣挂悬拼架设钢骨拱析架施工仿真计算方法「A].中国公路学会桥梁和结构工程学会1996年桥梁学术论文集「A].北京：人民交通出版社，1996：214-228.