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樓莊鴻:我國鋼筋混凝土拱橋(一)
2011-09-08 來源:中國橋梁網
1前言

    新中國成立以后,橋梁建設得到了較迅速的發展。就拱橋而言,上世紀50年代開始,石拱橋得到了發展,60年代初跨徑即突破了百米,至今最大的是跨徑146m的山西晉城丹河新橋,居世界首位。

    上世紀60年代起,鋼筋混凝土拱橋得到了發展,60年代雙曲拱興起;70年代箱形拱得到了發展,同時桁架拱也開始采用;80年代又發展了桁式組合拱以及剛架拱。

    從上世紀90年代開始,修建了鋼管混凝土拱,目前最大者是正在建設的四川瀘州合江長江一橋,跨徑達530m;已建成的為跨徑460m的巫山長江大橋,居世界首位。

    從21世紀起,鋼拱得到了較迅速的發展,目前最大的是跨徑552m的重慶朝天門長江大橋,居世界首位。

    近日,因參加中國拱橋圖鑒中的鋼筋混凝土拱橋的工作,以下僅就鋼筋混凝土拱橋的橋型和施工方法兩個問題進行敘述。

    2 鋼筋混凝土拱橋的橋型

    鋼筋混凝土拱橋的橋型,內容豐富,種類繁多,現討論其主要者。

    2.1 雙曲拱

    上世紀60年代無錫從改造農橋而提出雙曲拱,其拱圈由拱肋、拱波、拱板及橫系梁所組成,在當時缺乏鋼材及吊裝設備的歷史背景下,對農橋改造起了很大的推動作用。后來又發展用于公路橋梁甚至曾用于鐵路橋梁。最大的雙曲拱是河南前河大橋,跨徑150m。跨徑超過100m的有12座【7】。最長的雙曲拱是湖南長沙湘江大橋,至今仍在完好地運營。

    但是,由于雙曲拱拱圈是由肋、波、板所組成,組合截面的整體性差,界面易開裂,耐久性也較差,隨著鋼材的豐富及吊裝能力的加強,現該橋型已趨向不用,基本完成了其歷史使命。

    2.2 箱形拱,箱肋拱

    箱型拱是大跨徑拱橋中用得最多的橋型。拱圈往往由若干個箱所組成。吊裝完成后,各箱腹板間及頂板上澆筑整體混凝土,形成整體拱圈。為了減輕吊裝重量,預制腹板往往搞得很薄,甚至以開口箱進行吊裝。原來有跨徑自60m~100m的箱形拱定型設計圖。目前最大的箱形拱是跨徑420m的重慶萬縣長江大橋,居鋼筋混凝土拱橋跨徑世界之最,見圖1。


    圖1 重慶萬縣長江大橋(單位:m)

    但是,箱形拱也存在一些缺點,就是腹板間澆筑的混凝土量較大,而這部分混凝土對拱承載能力的貢獻相對較小。于是近年來出現了一種趨勢,就是向箱肋拱發展,以減少腹板的總厚度。目前最大的箱肋拱,是四川廣元嘉陵江大橋【6】,跨徑達350m,是上承式拱,拱圈由兩個雙室箱拱肋組成。見圖2。


    1/2 拱頂截面 1/2 拱腳截面

    圖2 四川廣元嘉陵江大橋(單位:上m,下cm)

    在較小跨徑的鋼筋混凝土拱橋中,也有采用工字形的拱肋,甚至是矩形肋和圓管形拱肋的,如鹽源金河雅礱河大橋,跨徑170m,采用工字形肋;跨徑60m的成渝高速公路黑水函大橋,采用矩形拱肋;跨徑35m的內蒙赤峰各各召橋,采用四條管形拱肋。[page]

    2.3 桁架拱,桁式組合拱

    是一種輕型的拱橋,主拱圈由桁架拱片及橫向連接桿件組成,上設橋面而成橋。后來也將桁架中的斜拉桿搞成預應力桿件。

    在上世紀80年代,又將桁架拱發展為桁式組合拱,以適應大跨徑的要求。桁片上下弦均為箱形截面,上弦分段張拉預應力束懸臂拼裝桁片節段后,即安裝上下弦桿的中室頂底板,形成三室箱,直至合龍。然后在約四分點附近的設計位置,解除上弦桿的預應力連接器,轉換體系而成拱結構。目前最大的桁式組合拱,是貴州江界河大橋,跨徑達330m,見圖3。跨徑在150m及以上的已有17座。【8】

    但是,由于桁架節點較多,節點較易開裂,耐久性及動力性能較差。尤其在跨徑很大時,施工階段內力很大。目前已趨向于少用。


    圖3 貴州江界河大橋(單位:cm)
 
    2.4 剛架拱

    也是一種輕型拱橋,主拱圈由包括拱腿、實腹段、斜撐與上弦的剛架拱片及橫向連接件組成,上設橋面而成橋。與桁架拱比,桿件較少,較簡潔,而適用跨徑也相應減少。原來有30-60m的定型設計圖。目前最大的剛架拱,是跨徑130m的江西太白大橋,采用平轉法施工,見圖4,最長的剛架拱是廣東清遠北江大橋,主橋8×70m (凈跨),全長1058.04m【17】。

    但是,剛架拱的上弦大小節點也較易出現裂縫,必須謹慎設計,加強節點。

    福州尤溪洲閩江大橋則采用了空腹式剛架拱,見圖5,跨徑80+120+80m。與一般剛架拱比,取消了斜撐及墩上立柱,減少了節點;同時因空腹距離較大,布置了預應力。采用的施工方法,是設臨時支墩,首先形成三角區,再懸臂施工【11】,這種新的嘗試也獲得了成功。


    圖4 江西太白大橋(單位:cm)



    圖5 福州尤溪洲閩江大橋(單位:cm)

    2.5 系桿拱

    在拱上設系桿,平衡推力,形成無推力的拱。其基本形式有兩種:一是下承式拱,帶系桿,設支座,放在墩上;二是中承式飛燕式拱,邊跨近似半跨拱,兩邊跨端部間以系桿拉住。前者如廣東羅浮山大橋,跨徑60+100+60m,見圖6,后者如福建南平玉屏山大橋,跨徑55+100+55m,見圖7。



    圖6 廣東羅浮山大橋(單位:cm)



    圖7 福建南平玉屏山大橋[page]

    2.6 特殊拱

    1) 異形拱

    適用于風景區,下承式,吊桿斜置,拱軸不對稱,往往兩孔并列。這類橋型首先在河南安陽修建。圖8為湖南長沙黃柏瀏陽河大橋,2孔跨徑60m拱,矢跨比1/4.42,拱圈工字形截面,高1.6m,寬1.2m。吊桿斜率1.25:1,拱軸用與斜桿方向對稱的拋物線,系桿用預應力【12】。


    圖8 湖南長沙黃柏瀏陽河大橋

    2) 單肋拱

    廣東開平大橋,跨徑40+60+40m系桿拱,僅有一條拱肋,設在橫斷面中部,橋面用抗扭剛度較大的箱梁【16】,見圖9。


    圖9 廣東開平大橋(單位:m)

    3) 斜靠拱,又稱復式提籃拱,或雙提籃拱

    這種類型以鋼管混凝土拱居多,鋼拱也有,這里僅介紹鋼筋混凝土斜靠拱,圖10為河南平頂山市城東河路湛河大橋,每拱由內外兩拱組成,內拱跨徑120m,矢跨比1/4.44;外拱跨徑92m,矢跨比1/2.8。拱軸均為拋物線。內拱向橋外側傾斜1°,外拱向內傾斜8.0075°,內外拱間用橫隔梁連接,內拱間不設橫撐。拱肋寬1.5m,高2.7m。橋面用梁格系,上設橋面板,吊桿間距4m【13】。

    復式拱肋有利于橫向穩定及設景觀平臺,但會使構造復雜。


    圖10 河南平頂山市城東河路湛河大橋(單位:cm)
 
    4) 尼爾森體系拱

    所謂尼爾森體系是指中承式或下承式拱,采用交叉形吊桿者。圖11為四川內江新龍坳大橋,為提籃拱,跨徑120m,矢跨比1/4,拱肋高3m,寬2m,向內傾斜12°,每道橫梁設兩根斜吊桿,其夾角為45°。



    圖11 四川內江新龍坳大橋
 
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