拱橋主要尺寸的擬定

康翠力

(黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計研究院)

1 板拱橋

1.1 實體矩形板拱橋

實體矩形板拱橋的主拱圈采用整體實心矩形截面，一般用于實腹式拱橋。板拱橋的拱圈寬度主要取決于橋面寬度。當(dāng)設(shè)人行道時，通常將人行道欄桿(寬約15～25 cm)懸出;當(dāng)不設(shè)人行道時，則僅將防撞欄桿懸出5～10 cm。

對于多孔或大跨徑實腹式拱橋，可將人行道寬度部分或全部布置在鋼筋混凝土懸臂上，以減小主拱圈寬度和墩臺尺寸。鋼筋混凝土人行道懸臂的做法主要有兩種:一種是設(shè)置單獨的懸臂構(gòu)件;另一種是采用橫貫全橋的橫挑梁，在挑梁上再安裝鋼筋混凝土人行道板，后者用鋼量較大，但懸臂長度大，一般可懸出1～2.5 m，最大可懸出4 m。

當(dāng)板拱用于空腹式拱橋時，拱圈寬度的擬定則隨拱上建筑形式的不同而異。對拱式腹孔，拱圈寬度的擬定與實腹式拱相同;對梁式腹孔，拱圈寬度通常小于橋面寬度，而通過拱上立柱蓋梁將人行道或部分行車道懸臂挑出拱圈寬度以外，以減小拱圈寬度和墩臺尺寸，節(jié)省材料。通常把拱圈寬度小于橋面寬度的拱圈稱為窄拱圈。

在擬定拱圈寬度時，要兼顧橋面懸臂長度和寬跨比。懸臂長度太長，雖然減小了拱圈寬度和墩臺尺寸，但也相應(yīng)增加了懸臂構(gòu)件的用量，同時，過小的拱圈寬度，難以保證其橫向穩(wěn)定性的要求。

拱圈厚度可以是等厚度，也可以是變厚度，其值主要根據(jù)橋梁跨徑、矢高、建筑材料、荷載大小等因素通過試算確定。

1.2 箱形扳拱橋

箱形板拱橋的拱圈截面由多室箱構(gòu)成。箱形板拱橋的主拱圈高度主要取決于拱的跨徑，一般通過試算確定，在初擬時可取拱圈高度為跨徑的1/55～1/75，也可以按經(jīng)驗公式估算。

拱圈高度還與拱圈所用混凝土強度有很大關(guān)系，提高拱圈混凝土的強度，可以減小截面尺寸，從而減輕拱體本身的自重或加大跨徑。目前，多數(shù)拱橋采用C35～C40混凝土，對于特大跨徑拱橋應(yīng)盡量采用更高強度等級的混凝土，如重慶萬縣長江大橋拱圈就采用了C60混凝土。

箱形板拱橋拱圈寬度的擬定與實體矩形板拱橋相似。為了節(jié)省材料，可以采用懸挑橋面，減小拱圈寬度，即采用窄拱圈形式。拱圈寬度一般可為橋?qū)挾鹊?.6～1.0倍，橋面懸挑可達到4.0 m，但為保證其橫向穩(wěn)定性，一般要求拱圈寬度不小于跨徑的1/20。對于特大跨徑拱橋，其拱圈寬度通常難以滿足該條件，只要橫向穩(wěn)定性能得到保證即可，如跨徑420 m的萬州橋其寬跨比為1/26.25;跨徑390 m的克拉克橋其寬跨比為1/30。

箱形板拱是由一個個箱肋組成的，箱肋是預(yù)制吊裝施工的箱形拱橋的基本構(gòu)件。在確定拱圈寬度后，在橫向劃分為多少個箱肋，主要取決于(纜索)吊裝能力。拱圈寬度一定時，箱肋寬度大，則箱肋數(shù)少，橫向接縫少，整體性強，單箱肋安裝時的橫向穩(wěn)定性好，但吊裝重量增大，設(shè)計時必須充分考慮施工設(shè)備和起吊能力。

2 肋拱橋

2.1 矩形肋拱

矩形截面具有構(gòu)造簡單，施工方便等優(yōu)點。但在受彎矩作用時不能充分發(fā)揮材料的作用。經(jīng)濟性差，一般僅用于中、小跨徑的肋拱橋。初擬尺寸時，矩形拱肋肋高可取跨徑的1/40～1/9，肋寬大致可取肋高的0.5～2.0倍。

2.2 工形肋拱

工形截面由于截面核心距比矩形的大，具有更大的抗彎能力，適合于拱內(nèi)彎矩更大的大、中跨徑的肋拱橋。工形拱肋肋高一般為跨徑的1/25～1/35，肋寬約為肋高的0.4～0.5倍，腹板常為30～50 cm。工形肋拱雖在材料上比矩形肋拱經(jīng)濟，但也存在構(gòu)造復(fù)雜、施工麻煩以及橫向剛度小等問題。

2.3 箱形肋拱

箱形肋拱的拱肋截面采用箱形截面。它除具備箱形板拱的優(yōu)點外，與箱形板拱相比更加節(jié)省混凝土用量，減輕了恒載重力，減少了墩臺圬工數(shù)量，使造價降低。另外，在外觀上，箱形肋拱橋線形清晰明快，輕盈美觀，施工也比較方便(既可吊裝，又可現(xiàn)澆，或預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合)，由于具有上述特點，箱形肋拱目前已在鋼筋混凝土拱橋中被普遍采用。

箱形肋拱可以由雙肋或多肋組成，肋間設(shè)置橫系梁使之形成整體。對于拱肋，則視其跨徑大小、荷載等級、橋?qū)?或肋數(shù))、施工條件等可考慮由單箱肋構(gòu)成，也可由雙箱肋或多箱肋構(gòu)成。

箱形肋拱的肋數(shù)主要根據(jù)橋梁寬度、肋型、材料性能、汽車荷載等級、施工條件、拱上結(jié)構(gòu)以及技術(shù)經(jīng)濟等諸方面考慮決定，通常以采用少肋形式為宜。一般橋?qū)捲?0 m以內(nèi)均可采用雙肋式;橋?qū)挻笥?0 m時，為避免由于肋中距增大而使肋間橫系梁、拱上立柱、蓋梁尺寸增大太多，可采用三肋或四肋式。由于多肋式拱受力復(fù)雜，且中肋長期處于高負(fù)荷狀態(tài)，實際中較少采用。對高速公路上的拱橋，一般橋?qū)捿^大，通常都是采用分離的雙肋式拱。

箱形肋拱拱肋由單箱肋構(gòu)成時，肋寬較小，與拱上立柱尺寸較為協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)更加輕盈美觀，一次性預(yù)制(或現(xiàn)澆)，整體性好，施工方便。其缺點是吊裝施工時，吊裝重量大。對此，可考慮先預(yù)制頂板為6～8 cm的箱肋，待吊裝成拱后，再現(xiàn)澆頂板不足部分的混凝土。

對由雙箱肋或多箱肋構(gòu)成的拱肋，其構(gòu)成方法和構(gòu)造要求基本與箱形板拱相同。當(dāng)其吊裝能力有限時，同樣先吊裝頂板僅為6～8 cm的箱肋，待成拱后再現(xiàn)澆頂板厚度不足部分的混凝土。

箱形肋拱拱肋截面尺寸根據(jù)受力需要確定，初擬時一般肋高可取跨徑的1/50～1/70，肋寬取肋高的1.0～2.0倍。在確定拱肋中單箱肋的尺寸時，不僅要考慮使用階段的受力需要。同時也要考慮單箱肋在施工過程中的單箱肋吊運、懸掛和成拱時的強度和穩(wěn)定需要。各細(xì)部尺寸擬定參見箱形板拱部分。

箱形肋拱通常采用等截面形式，以方便施工。但對于特大跨徑的箱形肋拱，也可采用更為合理的變截面拱肋，通常采用變高度形式，也可根據(jù)其需要同時變化高度和寬度。

2.4 管形肋拱

管形助拱橋是指采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為拱肋的拱橋。鋼管混凝土肋拱斷面中鋼管直徑、鋼管根數(shù)、布置形式等應(yīng)根據(jù)橋梁跨徑、橋?qū)捈笆芰Φ染唧w情況確定。鋼管混凝土具有強度高、質(zhì)量輕、塑性好、耐疲勞和沖擊等優(yōu)點，已廣泛使用在中、下承式拱橋中，在上承式肋拱上也已開始使用，尺寸可參照已建成的大橋進行擬定。