淺談剛架拱橋在農橋建設中的應用

張 偉 路偉亭

淺談剛架拱橋在農橋建設中的應用

張 偉 路偉亭

一、概況

農橋中常用的橋型為梁式橋和拱橋。由于梁式橋橋面為受彎構件，跨度過大時，經濟效益較差，因此農橋建設多采用拱橋。拱橋分為磚板拱橋、雙曲拱橋、肋拱橋、桁架拱橋、框架拱橋和剛架拱橋等。

目前使用較多的農橋為磚板拱橋、雙曲拱橋、桁架拱橋三種橋。磚板拱橋多用于小跨徑（幾米以下）鄉村農橋，結構簡單，施工方便，較為經濟，但受力條件較差，承載力低。雙曲拱橋多用于鄉鎮跨溝河道路（12～25m跨農橋），結構受力條件不如桁架拱橋，拱肋易出裂縫，造價約高于桁架拱橋30%，即將被淘汰。桁架拱橋多用于（15～30m）跨農橋，自重輕，混凝土用量少（至少要比雙曲拱橋省1/4），結構受力合理，豎向承載力大，整體性好，施工方便，近幾年應用廣泛。

剛架拱橋是在桁架拱橋和斜腿剛架基礎上發展而成的一種新型橋，外型簡潔，施工方便，整體剛度比桁架拱橋小，經濟指標與桁架拱橋相仿。剛架拱農橋在江蘇省已廣泛使用。

二、橋型結構特點

不論是何種結構的橋梁，均是由上部橋跨和下部結構兩大基本部分組成。雙曲拱橋上部結構由主拱圈、腹拱和橋面系組成，主拱圈由拱肋、拱波（預制）、拱板（現澆）、橫隔板組成，采用裝配整體式結構。

剛架拱橋上部結構如圖1所示。上部結構由剛架拱片、橫隔板、橋面系組成。橫向布置根據橋寬及荷載可選用雙肋、三肋或多肋；拱片根據施工方法及吊裝能力分段預制拼裝；下部結構與桁架拱橋相仿。

三、結構力學特性

雙曲拱橋的主要承重結構是主拱圈，拱上部分并不參與整體受力，腹拱為傳力結構及填料，拱肋是主拱圈的主要部分，是砌筑拱波和澆筑拱板的支架。拱板又多為現澆拱波，起著把預削拱肋、拱波“集零為整”的作用。雙曲拱的主要特點就是把結構“化整為零”，分成數量眾多的單體，以便于預制施工，再“集零為整”以承受荷載。

圖1 剛架拱橋上部結構圖

剛架拱橋的全橋在恒載作用下無拉桿，除邊腹孔弦桿為拉桿，其余均為壓彎桿件，能充分利用混凝土抗壓強度高的性能。剛架拱橋屬二級段受載，恒載由曲拱片承受，活載由組合結構承受，橋面結構與拱片粘結成整體，形成共同作用的組合截面，抗彎能力顯著增大，并使整個拱上建筑消除了單純的“傳力結構”。剛架拱橋結構輕巧，整體剛度較小，比桁架拱橋更符合干軟土地基上建筑橋梁的要求。

四、施工特點

剛架拱橋施工特點包括：（1）結構線型簡單，桿件和結點較少且由條形構件組成，分段立模、起模，翻轉均較方便，不易開裂；條形構件施工單元，運輸時可用小平板拖運，吊裝時避免了轉體工序，減少了施工危險性。（2）安裝時，先由主拱腿和實腹段拼接成肋拱，若采用有支架施工，支架只需承受主拱腿和實腹段重，等肋拱達到一定強度即可卸架，拱片的其他構件和橋面恒載則由肋拱承受。（3）裝配化程度高，其上部結構除橋面外都是預制構件，預制裝配率達70%以上，施工工序簡單，縮短了施工工期。（4）圬工工程量少，與雙曲拱橋相比，其橋身和橋臺的圬工工程量減少30%～40%。

五、剛架拱橋設計要點計算

剛架拱橋拱軸線常以拱底曲線來表示。

1.結構軸線

一般采用二次拋物線，也可采用圓弧線。實腹段拱底曲線方程計算：

主拱腿各點坐標按下式計算：

表1 雙曲拱橋及剛架拱橋工程量及投資統計比較表

2.設計計算步驟

按設計資料（設計荷載、橋凈跨、凈寬等）要求計算步驟分為：（1）擬定截面尺寸；（2）截面特性計算（裸肋、組合截面）；（3）結構軸線坐標計算；（4）計算圖式；（5）內力計算（恒載、活載）；（6）配筋計算；（7）繪制施工圖。

六、用材指標分析

雙曲拱橋及剛架拱橋工程量及投資統計比較見表1。

由表1可知，同跨徑同荷載的剛架拱橋比雙曲拱橋造價降低40%左右。

七、結論

剛架拱橋比雙曲拱橋結構更為合理，力學性能更好，施工裝配化程度更高，造價更低，降低近40%，是比較先進的橋型，易在農橋中推廣應用

安徽省界首市水務局236500 安徽省水利科學研究院233000）

（專欄編輯：徐 攀）