大跨度钢管混凝土拱桥施工阶段风荷载影响的文献学习体会

文献概况与研究意义

本文出自《广西科技大学学报》2020年第31卷第4期，作者王诗海、唐咸远和李松敖来自广西科技大学土木建筑工程学院，研究受广西自然科学基金和广西交通科技项目资助。文章以广西某主跨336米的中承式钢管混凝土拱桥为研究对象，采用Midas/Civil有限元软件分析了不同重现期风荷载对施工阶段拱桥力学性能的影响。该研究对于大跨度钢管混凝土拱桥的施工安全控制和结构设计具有重要的工程参考价值。

研究方法与分析框架

研究采用了有限元分析方法，将施工过程划分为多个阶段，包括拱肋施工阶段、合龙阶段和混凝土浇筑阶段等。在每个施工阶段，分析了不同重现期（如10年、50年、100年等）风荷载作用下结构的横桥向位移、轴力、拉压应力及拱脚处弯矩的变化规律。

核心发现与工程解读

研究揭示了风荷载作用下结构响应的非线性特征：横桥向位移、轴力及拱脚弯矩随重现期风荷载的增加呈现先增大后减小的变化规律。这一现象可以从结构体系转换的角度理解——在施工过程中，随着拱肋的逐步合龙和混凝土的浇筑，结构体系从悬臂状态逐步转变为拱肋受压状态，结构的整体刚度和抗风能力逐步增强。

在最大悬臂端阶段，结构处于最不利的受力状态，此时横桥向位移和拱脚弯矩达到峰值。这一发现对施工阶段的临时支撑设计和风荷载防护措施具有重要的指导意义。在轴力方面，拱肋合龙时轴力达到最大值，这反映了拱肋合龙后结构体系从悬臂梁向拱的转换过程，轴向压力的传递路径发生变化。

钢管焊接与制造质量控制要点

大跨度钢管混凝土拱桥的钢管拱肋通常采用大直径厚壁钢管，其制造和焊接质量控制是确保结构安全的关键环节。

• 钢管制造：大直径钢管通常采用直缝埋弧焊（LSAW）或螺旋焊管工艺，焊前需进行严格的母材检验，包括化学成分分析、力学性能试验和无损检测。
• 焊接工艺：现场焊接多采用SMAW（手工电弧焊）或FCAW（埋弧焊）工艺，焊接工艺评定（WPS/PQR）应充分考虑现场环境条件，包括温度、湿度和风速等。
• 无损检测：焊缝应进行100%超声波检测（UT），必要时辅以射线检测（RT），检测标准应参照GB/T 11345或ISO 17636。
• 残余应力控制：大直径厚壁钢管的焊接残余应力较大，必要时可采用焊后热处理或机械消应力方法。

施工阶段风荷载防护建议

基于研究结论，提出以下施工阶段风荷载防护建议：

1. 在最大悬臂端阶段，应加强临时支撑的刚度和稳定性设计，确保在极端风荷载条件下不发生失稳。
2. 拱肋合龙阶段应严格控制合龙温度，避免温差应力与风荷载效应的叠加。
3. 施工期间应建立风速监测预警系统，当风速超过设计阈值时及时停止高空作业。
4. 临时支撑与永久结构的连接节点应进行详细的有限元分析，确保连接强度满足施工阶段的最不利工况。

学习心得与展望

本文的研究方法严谨，结论清晰，为大跨度钢管混凝土拱桥的施工安全控制提供了重要的理论依据。从钢管制造和焊接的角度看，拱桥施工阶段的结构安全不仅取决于设计计算，更取决于钢管制造质量和焊接工艺水平。任何制造缺陷或焊接缺陷都可能在风荷载作用下被放大，导致结构失效。因此，技术人员在参与此类工程时，应将制造质量控制与施工安全控制作为一个有机整体来考虑，确保从原材料到成品的全过程质量可控。