我國桁式CFST拱橋發展現狀調查與分析

藍 輝

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

桁式CFST拱橋憑借較小的鋼管直徑可以獲得較大的縱橫向抗彎剛度，且構件以受軸向力為主，能夠很好地發揮材料特性。因而，自20世紀末桁式CFST拱橋提出以來，在我國發展迅速，應用廣泛，據不完全統計已建有160余座。已建成桁式CFST拱橋中，四川省瀘州市合江長江一橋為最大跨徑的CFST拱橋，其跨徑達到530 m，在目前的世界拱橋跨徑記錄中名列第三；而目前正在設計的廣西平南三橋跨徑已達到560 m，已超越當前世界最大跨徑拱橋——朝天門大橋(552 m)。

近些年，一些研究工作也圍繞著CFST拱橋不斷開展。文獻[2]從應用概況、結構體系、構造和強健性等幾方面對413座CFST拱橋開展統計和分析，經統計和分析獲得的相關數據(成果)為后續研究者提供寶貴的借鑒。文獻[3]對支架施工、纜索吊裝法施工、平轉法施工和豎轉法施工等常見的幾種施工技術的適用條件和技術要點進行了詳細介紹，為CFST拱橋的施工方案提供了有效參考。文獻[4]對

鋼拱橋、鋼筋混凝土拱橋和鋼管混凝土拱橋三種不同材料類型的拱橋數量、跨徑、構造形式和施工方法等進行了對比分析，厘清各種類型拱橋的經濟適用范圍。這些研究均是以CFST拱橋為研究對象的，而實際上桁式CFST拱橋與其它類型的CFST拱橋的發展趨勢、適用跨徑和材料方面是存在一定差別的?；诖?，本文以桁式CFST拱橋為研究對象，對其發展趨勢、結構構造、施工方式等進行研究和分析，相關結論可提供給桁式CFST拱橋研究者借鑒。

1 應用概況

1.1 建設趨勢

圖1為我國桁式CFST拱橋隨時間的增長曲線(統計150座橋梁)。從圖1可以看出，我國桁式CFST拱橋自2000年以來，以平均每年7.3座的數量發展迅速。桁式CFST拱橋以如此迅猛的速度快速增長，表征著該類型橋自身所具有的優勢和強大的生命力。

圖1 桁式CSFT拱橋數量增長趨勢圖

1.2 跨徑發展趨勢

圖2給出了我國桁式CFST拱橋隨時間變化最大跨徑增長趨勢。由圖2可知，我國于1992年首先在江西修建了一座70 m的小跨徑CFST桁式拱橋；在之后這些年里，隨著設計和施工技術的不斷改進、成熟，我國桁式CFST拱橋的最大跨徑在持續增長。目前，現有的、已建成的桁式CFST拱橋最大跨徑已達到了驚人的530 m(四川合江長江一橋)；而正在施工的500 m級的桁式CFST拱橋有507 m跨徑的四川合江長江三橋和560 m跨徑的廣西平南三橋。

圖2 桁式CFST拱橋最大跨徑增長趨勢圖

下頁表1對已建或在建300 m以上的跨徑CFST拱橋進行了統計。表中共計20座橋梁，包括上承式、中承式和飛鳥式三種不同的結構形式，其中400～500 m跨徑范圍內有3座，超500 m跨徑的有3座；主要分布在廣西、四川、貴州、湖南、湖北等地，其中，廣西、四川、貴州和湖北均為3座，湖南2座，安徽、浙江、廣東、云南、內蒙古和西藏均為1座。

1.3 跨徑范圍分布

圖3給出了我國桁式CFST拱橋在不同跨徑范圍內的分布情況。從圖3中可以看出，我國桁式CFST拱橋主要集中在200 m以下(共217座)，占總數的76.7%，是應用的主要跨徑范圍。

圖3 各跨徑分布情況圖

注：當一座橋包括幾座不同范圍的CFST拱橋時，例如湖南茅草街大橋跨徑為(80+368+80) m，則視為3座橋計算

表1 我國鋼管混凝土拱橋一覽表(L≥300 m)

如圖4給出了各跨徑桁式CFST拱橋隨時間的變化趨勢。由圖4可以知道，跨徑在200 m以下的桁式CFST拱橋占最大比值，發展較為迅速；200～300 m跨徑范圍呈近似線性規律發展，增長迅速。這表明桁式CFST拱橋在300 m以下跨徑具有良好的適用性。

圖4 各跨徑桁式CFST變化趨勢圖

2 橋型與施工方法

2.1 橋型

結合文獻[7]的橋型分類方法，將桁式CFST拱橋按上承式、中承式、飛鳥式、下承式四種橋型進行分析。圖5給出了各橋型桁式CFST拱橋在不同跨徑范圍內的分布情況。由圖5可知，上承式桁式CFST拱橋主要應用在200 m以上的跨徑中；中承式桁式CFST拱橋則多應用在100 m以上跨徑，且以100～300跨徑范圍為主；下承式則主要應用于200以下的小跨徑結構，很少應用于200 m以上的跨徑。飛鳥式以其特殊的結構形式主要應用于300 m以下的跨徑。

圖5 橋型與跨徑的關系

2.2 施工方法

我國CFST拱橋施工方法主要包括懸臂拼裝施工、支架法施工和轉體施工三類，圖6給出了不同跨徑范圍內，各施工方法的應用情況。由圖6可以知道，跨徑<300 m時，三種施工方法均適用，當跨徑>300 m時，支架法施工已不再適用；對于跨徑>400 m的結構，目前僅懸臂拼裝法一種施工方法。此外，對于跨徑<100 m的桁式CFST拱橋主要以支架施工和懸臂拼裝法為主，轉體施工為輔，各施工方法均占有一定比值；100～200 m范圍的桁式CFST拱橋施工以懸臂拼裝法為主，支架法和轉體施工為輔。跨徑>200 m時，支架法和轉體施工已經應用很少了，絕大部分為懸臂拼裝法施工。

圖6 施工方法與跨徑的關系示意圖

3 構造參數

3.1 矢跨比和拱軸線

圖7給出了桁式CFST拱橋矢跨比的分布情況。由圖7可以知道，桁式CFST拱橋的矢跨比覆蓋在[1/8，1/3]區間，其中，大部分集中在[1/5，1/4]區間內(占總數的65.7%)，[1/4，1/3]區間和[1/6，1/5]區間分別占總數的20.9%和11.9%，[1/8，1/6]區間所占比值很少，約占總數1.5%。

圖7 矢跨比分布圖

圖8 拱軸線統計對比圖

圖8給出了桁式CFST拱橋拱軸線統計圖。由圖8可知，我國桁式CFST拱橋主要包括懸鏈線、拋物線和樣條函數曲線三種，其中，懸鏈線所占比值最大，占總數的66.67%。其次，拋物線占總數的31.78%，也具有一定的應用范圍。進一步對懸鏈線系數隨截面形式的分布情況進行統計分析，如圖9所示：

圖9 各截面桁式CFST拱橋懸鏈線系數分布圖

由圖9可以知道，橫向啞鈴型桁式截面懸鏈線系數通常>1.2，主要集中在1.2～1.6范圍內，最大的也有達到3.2；四肢桁式截面懸鏈線系數分布范圍較大，主要集中在1.05～1.8范圍內。雙肢桁式和三肢桁式CFST拱橋拱軸線很少采用懸鏈線形式。

3.2 材料參數

桁式CFST拱橋早期(2005年以前)有少數橋梁采用Q235鋼材，后期隨著工程強度的需要和技術的進步，絕大部分的CFST桁式拱橋采用Q345鋼材。進一步地，圖10給出了不同混凝土強度的桁式CFST拱橋在不同時間段的分布情況。由圖10可以看出，C50混凝土為我國桁式CFST拱橋的主流材料，在早期(2005年以前)C40混凝土也應用廣泛，后期隨著技術的成熟，C55和C60的應用也逐漸廣泛起來。

圖10 各類別混同強度的桁式CFST拱橋分布圖

3.3 截面形式

如圖11所示，桁式CFST拱橋主要包括雙肢桁式、三肢桁式、四肢桁式、六肢桁式和橫向啞鈴型等五種類型。

圖11 桁式CFST拱橋截面類型圖

圖12給出了不同截面形式桁式CFST拱橋的統計情況。由圖12可以看出，四肢桁式和橫向啞鈴型桁式應用最大，分別占總數的47.62%和25.17%，雙肢桁式和三肢桁式應用情況比較接近，分別占總數的11.56%和12.93%，六肢桁式由于應用得最晚，且主要應用于300 m以上的大跨徑工程結構中，因而，所占比例最少，為2.72%。

圖12 桁式CFST拱橋截面統計圖

4 結語

桁式CFST拱橋在我國發展已有20多年歷史，隨著設計理論和施工技術的不斷進步，建設的數量、跨徑、應用范圍也越來越大，結構形式、施工技術和橋型也越來越復雜。預計在相當長的時間內仍有著廣泛應用。

本文以桁式CFST拱橋為研究對象，共統計了162座桁式CFST拱橋數據，并對其建設趨勢、跨徑發展規律、橋型、施工方法以及一些矢跨比、拱軸線、材料參數和截面形式等進行統計分析，相關結論可為后續桁式CFST拱橋的研究者提供參考。