桁架拱橋的構造特點

楊 儉

(貴州省交通建設咨詢監理有限公司)

桁架拱橋又稱拱形桁架橋。桁架拱橋一般由上、下弦桿、腹桿、實腹段組成的桁架拱片，橫向連接系和橋面三部分組成。桁架拱橋布置如圖1所示。

圖1 桁架拱橋立面布置圖

桁架拱橋的拱上結構與拱肋融為一體共同受力，整體性好。桁架部分各桿件主要承受軸向力，具有普通桁架的受力特點。實腹段具有拱的受力特點:水平推力減小了跨中彎矩，使跨中實腹段在恒載作用下，主要承受軸向壓力;在活載作用下，跨中實腹段將承受彎矩，成為偏心受壓構件。桁架拱橋綜合了桁架和拱的有利因素，以承受軸向力為主，可采用圬工材料修建，并能充分發揮圬工材料的特性。同時，拱上結構與拱肋已形成桁架，能充分發揮全截面材料的作用，與相同跨徑梁橋相比，節省鋼材較多，圬工用量與梁橋接近，但比同等跨徑拱橋要少。另外，由于桁架拱外部通常采用兩鉸結構，因而地基位移、溫度變化等產生的附加內力較小。桁架拱橋受力合理，自重輕、用料少，適合軟土地基上采用。

桁架拱各節點均為剛性連接，由于節點的次應力容易導致桿件兩端開裂，影口向桁架拱的耐久性;桁架拱是推力結構，支點反力大，對地基有一定的要求;桁架拱一般采用預制安裝，預制和安裝中對施工工藝要求較高等。因此，桁架拱橋的應用范圍以20～50 m的中等跨徑為宜。但是，如果對桁架拱施加預應力，可克服受拉桿件開裂的問題，并可使跨徑增大。

1 斜(腹)桿式拱橋

斜(腹)桿式，其中三角形腹桿的桁架拱片腹桿根數少，桿件的總長度也最短，因此腹桿用料省，整體剛度較大。但是當拱跨較大、矢高較高時，三角形體系的節間就過大，為了承受橋面荷載，就要增加橋面構件鋼筋用量。因此，宜增設豎桿來減少節間長度，成為帶豎桿的三角形桁架拱。根據斜桿傾斜方向不同，又有斜壓桿和斜拉桿兩種。前者斜桿受壓，豎桿受拉，且斜桿的長度隨矢高和節間長度的增大而顯著增大，尤其是第一個節間內的斜桿長度更大。為了防止斜桿失穩而需增大截面尺寸，可采用不同截面尺寸的斜桿以節省材料，但施工麻煩。同時，這種斜壓桿式的桁架拱外形不太美觀，故目前較少采用。斜拉桿則相反，斜桿受拉而豎桿受壓。為避免拉桿及節點開裂，并減小截面尺寸，節省材料，可采用預應力混凝土斜拉桿，外形也較美觀，是常用的一種形式。

2 豎(腹)桿式拱橋

豎(腹)桿式桁架拱片外形較整齊美觀，節點構造簡單，施工方便，但整體剛度小，豎桿與上、下弦桿連接點易開裂，適用于荷載小、跨徑較小的橋梁。

3 桁肋式拱橋

這種形式實質上為普通型上承式拱橋，僅是將主拱圈改為桁架結構。桁肋高度小，裝方便，適宜于無支架施工。但由于桁架在拱腳處固結，基礎變位、溫度變化和混凝土徐變引起的附加內力較大，拱腳上弦桿易開裂。

4 桁式組合拱橋

桁式組合拱橋與普通桁架拱橋的主要區別在于上弦桿斷點位置不同。普通桁架拱橋的上弦桿簡支于墩(臺)上，上弦桿與墩(臺)之間沒有斷縫(即斷點)，而桁式組合拱橋上弦桿卻是在墩(臺)頂部至拱頂之間適當位置斷開，形成一條斷縫(即斷點)，從斷點至墩(臺)頂部形成一個懸臂桁架，并與墩(臺)固結，跨間兩斷點之間為一普通桁架拱，全橋下弦桿保持連續。從力學上看，相當于普通桁架拱支承于兩端的懸臂桁梁上，從而形成梁拱組合體系，優化斷點位置，一般在(0.5～0.6)L處。

桁式組合拱常用于100 m以上跨徑的特大型預應力混凝土拱橋，目前已建成的貴州江界河大橋，跨徑達330 m，居世界首位。

桁式組合拱的特點是保留了普通桁架拱的優點，縱、橫剛度大，施工和運營階段穩定性好，拱頂正彎矩比同跨徑普通桁架拱減少30%以上，構造簡單，由于上弦桿斷開，其拉力比同跨徑普通桁架拱減少2/3以上。懸臂桁架在施工和運營階段受力一致，不需額外增加施工用材，總體經濟性較好。