第一章 绪论
1.1 引言
拱桥在世界上是一种非常古老的桥型,具有悠久的历史。当在较好的地质条件下，地理环境合适的河流、峡谷建造拱桥,这样不但避免高塔、高墩,而且其特有的雄伟气势,与周围环境协调,有一定的欣赏价值，与其它类型的大跨径桥梁相比,拱桥不但具有良好的抗风稳定性强，而且其造价低、施工难度低、维护费用少，尤其在山岭重丘区，其显示了强大的生命力，在我国西南部的公路采用了拱桥。在世界桥梁史上拱桥是应用非常广泛的一种桥梁结构。在竖向荷载的作用下，在拱脚处除了有竖向反向力外，其还在水平方向产生水平推力,就是因为这个水平方向的推力存在,使得拱内部产生轴向压力,这使得跨中的弯矩得到大大的减少,这样使得主拱圈的抗压强度得到充分的发挥,大大的增加了其跨越能力。根据目前的理论推算研究，混凝土拱桥的极限跨径可以达 500m 左右,而钢拱桥的极限跨度更大，达到了 1200m 左右[1]。现在的各种类型拱桥都是在石拱桥下延伸发展而来,在古代时，在拱桥的修建方面人们已达到了非常高的水平,在世界上目前保留到现在的古代桥梁大多数都是拱桥。国外，在古罗马时代拱桥得到较大的发展, 公元前 30 年到公元 476年的罗马帝国,在她全盛时期版图所及的现在的大不列颠、西班牙、土耳其、意大利、北非、法国、德国和小亚细亚一带,修建了大量的石拱桥,跨径范围在 6m～24m,其最高高度有达到 60m 者,其组成拱圈的单块石料最重达达到 8 吨多。我国修建拱桥的水平在几百年前在世界上一直独领风骚，隋代石匠李春在一千三百多年前在河北省修建的赵州安济桥，其在我国甚至世界上都是非常著名的，其割圆式拱桥跨径达 37 米,是世界上第一座敞肩式石拱桥,由于其跨进之大,构思之巧与设计之精,远远均领先欧洲同时期修建的石拱桥,桥梁师于 1720 在数学与力学上对拱桥进行分析，使拱桥越来越扁。
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1.2 拱桥发展现状
1890 年，在德国一个展览会上面亮相一座跨径为 40m 的钢筋混凝土拱桥[8]。1900 年至 2000 年，许多造型非常独特的钢筋混凝土拱在西方欧洲国涌现出来[30]`[8]，其中以瑞士的罗伯特设计的混凝土拱桥在设计为，在当时独领风骚，他设计的钢筋混凝土拱桥打破了传统的设计限制，开拓出了一种新的拱桥形式，在钢筋混凝土拱桥发展史上的一座里程碑。法国的一位桥梁工程师打破了传统材料的选择局限性，创新优化了钢筋混凝土桥在材料方面的选择，充分发挥好了新材料的特点，将结构构件化整为零，再通过化零为整组合成整体后进行系统布置，将次方法使用在于桥梁上。通过此方法建设成的钢筋混凝土拱桥有：在意大利建成跨径为 100m 复兴桥，在法国的维耶纳河上，建成中跨 50m，边跨 40m 的卡米尔德桥等[9]。马亚尔通过创造了一种新的混凝土拱桥的结构型式，使得钢筋混凝土拱桥不但在形式有较大的创新而且使得拱桥在结构受力方面得到显著改善，其主要为三铰拱和刚性梁柔性拱结构型式。马亚尔采用这种新的结构型式，设计跨径90m，矢高 13m 上承式镰刀型塞金纳特伯桥，由此这座新的大跨度钢筋混凝拱桥的形式非常特别，使的马亚尔在桥梁界大放光彩[10]。另一种新的结构型修成的瑞士萨尔基那山谷桥，其矢高为 6m，跨径为 37．4m 是刚性梁柔性拱桥代表。马亚尔使用这种新型设计的中小跨度拱桥是有较好的经济性，当是不适应大跨度拱桥，因为其抗屈曲能力底。在拱桥的设计中，不但要考虑到其修建时的经济性，同时要考虑后期使用期间维护的问题，这个拱中有铰造成桥梁的桥梁耐久性降低，这主要是因为拱脚处的铰其长期遭受从桥面板部分渗水的侵蚀，使得铰后期糟到破话，造成桥梁后期在运营阶段的养护问题非常严峻，因此在后期的钢筋混凝土拱桥设计中 借鉴马亚尔拱，同时考虑铰处养护困难问题，在设计中尽量采用无铰拱的型式[11]。从 1900 年到 1970 年，大跨度钢筋混凝土拱桥非常大的发展，进入拱桥的辉煌阶段。法国工程师弗来希耐 1930 年主持建造了世界上第一座抛物线拱桥， 由三个系杆式拱架采用浇筑的形式形成三个拱圈，在这个桥的修建中首次用到了千斤顶对拱顶处应力的调整。1934 年，一座名叫灵博格桥被建于斯德哥尔摩，这是一座跨径为 178m 的箱型混凝土拱桥。1942 年，艾斯发在物资条件非常艰苦的情况下，采用劲性骨架施工法完成了一座跨径为 210m 的铁路拱桥。1943 年，瑞典于修建了一座跨度为 264m 的塞桑多公路桥，此桥采用满堂木拱架施工，原先设计准备采用系杆式木拱架，他的选择在后期运营被证明是对的，这座跨径 264m 的混凝土拱桥在世界上保持了长达 20 年之久。1952 年，前苏联在第聂伯河上修建一座采用钢拱架分环浇筑建成的跨径为 228m 的拱桥，这类桥梁在跨度中达到最大，并在施工中对拱的内力进行调整时采用了千斤顶。1963年，在葡萄牙建成阿拉比达桥，其跨径为 270m，其拱圈是在已建设好的钢拱架上浇筑而成，跨度为 305m 的格莱德维尔桥采用钢拱架上拼装，并在调整拱圈时应力采用千斤顶脱架，使得其一跃成为一座跨径世界级的钢筋混凝土拱桥。
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第二章 横江大桥吊装施工监控方案
2.1 混凝土箱拱桥的施工监控
2.1.1 桥梁监控的意义及发展
随着经济发展，世界相互流通量随之增大，为适用之发展许多大跨度桥梁桥梁被修建，随之大跨度桥梁被修建，施工中的安全事故也时常发生，因此桥梁监控随之诞生，目前是桥梁施工技术的重要组成部分就包括施工监测与控制[15],它把设计的成桥状态太作为最终目标,对整个桥梁施工过程进行监测,通过实时监测桥梁的实际结构状态与外部环境,得到桥的实际结构状态与设计的状态间的差异，通过使用目前的已有的控制理论,对监测的数据进行识别、调整、预测,让梁桥在整个施工过程中的结构状态尽可能的到达理想状态，从而使得梁桥在整个施工过程中结构的安全得到保障,与此同时，使得最终修建成的梁桥的状态尽可能的到达设计要求。随着桥梁修建的增多和不断发展的施工技术的发展，及施工过程中出现的安全施工,桥梁施工监控在这个过程的到桥梁人的重视和发展。在以前，桥梁施工监控并没有在桥梁施工技术的内容中被突显出来,甚至都没有提关于“施工监控”。随着大跨度桥梁施工难度的增加和周期的增长，及施工事故的频频发生，现在桥梁施工监控已经贯彻了桥梁整个的施工过程，成为了桥梁施工技术非常重要的组成部分。以前施工监控没有被重视是因为以前修建的桥都是跨度小、结构简单的梁桥，施工周期短和施工事故发生少。为了适应交通事业的发展，对桥梁跨径的要求也越来越高,随之带来结构的越来越复杂，施工周期的越来越长,混凝土收缩和徐变、施工环境的温度、施工荷载、施工精度、材料的性能等对桥梁施工及成桥状态的影响也越来越大。所以,在现在的桥梁建设中，桥梁人已经认同桥梁施工技术中桥梁施工监控的重要地位。
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2.2 横江大桥混凝土箱拱桥分段吊装施工监控方案
横江大桥为大跨径混凝土上承式箱拱桥，主拱圈由七片拱肋分节吊装合拢组成。每片拱肋分七节吊装合拢，在每片拱肋合拢前，已吊装就位的拱节段、正在吊装的节段和缆索吊装系统是一个整体，相互影响，因此在吊装过程中要对拱节段、缆索吊装体系进行全程监控，根据现场测的数据，及时调整施工方案，为下一片拱肋吊装施工起到预知的效果，从而确保拱圈线型达到安全施工的效果。由于此桥施工设计为扣索和缆吊共用塔，在塔底部设转动铰，在缆吊过程中对以安装的节段会产生影响，特别是吊装合拢节段时，合拢口要内收，为保证合拢段吊装就位后能正常合拢、拱肋的线形，必须对已吊装就位拱肋节段和松扣形成单基肋过程中的拱肋坐标进行监控，监测截面取两拱节段连接处，如图 3.2-3。2）拱肋应力结构应力控制的好与否，在外观检查时不宜发现。但是，如果结构实际应力状态与设计应力状态不符，将会给结构造成危害，并较之结构变形的影响为大。此桥采用单基肋成拱，在施工时期是多风且有可能遭受洪水冲击，此外部条件对拱肋的稳定性、应力影响非常大，松扣形成拱后，拱节段间底部采用螺栓连接，顶部采用钢板焊接，由于当地昼夜温差非常大，一胀一缩很有可能焊接部位断开从而使拱肋失稳坍塌，因此必须对拱肋应力进行监控，及时了解拱肋应力，选取中肋和边肋进行应力监测，监测拱脚、拱顶、1/4 拱跨、3/4 拱跨共 5 个截面，拱肋应力检测点布置如图 2.2-4。由于桥梁施工的时间一般较长，所以，应力检测是一个长时间的连续的量测过程。目前应力监测主要采用电阻应变仪法、钢弦式传感法等。对于要求适合于现场复杂情况、连续时间较长且测量过程始终要以初始零点作为起点的应力监测，钢弦式传感器刚好适用这些特点，且其具有良好的稳定性，抗干扰能力较强，数据采集方便，因此监测拱肋应力采用钢弦式传感器。
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第三章 单、双基拱肋合拢稳定性分析...............26
3.1 单基合拢稳定性验算....... 26
3.1.1 纵向稳定性计算...............26
3.1.2 横向稳定性计算...............28
3.2 双基拱肋汛期安全性分析...........29
3.2 本章小结...............39
第四章 施工阶段分析.......40
4.1 影响拱箱受力因素分析...............40
4.1.1 拱箱预制...............40
4.1.2 拱节段间加塞钢板焊接...............41
4.2 有限元模型建立...............42
4.3 缆索吊装体系受力分析...............45
4.4 拱箱吊装过程中拱箱预拱度计算分析.............. 53
4.5 施工阶段拱箱应力理论
