淺談剛架拱橋在農(nóng)橋建設(shè)中的應(yīng)用

張 偉 路偉亭

淺談剛架拱橋在農(nóng)橋建設(shè)中的應(yīng)用

張 偉 路偉亭

一、概況

農(nóng)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(gòu)件，跨度過(guò)大時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益較差，因此農(nóng)橋建設(shè)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(nóng)橋?yàn)榇u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(xiāng)村農(nóng)橋，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，較為經(jīng)濟(jì)，但受力條件較差，承載力低。雙曲拱橋多用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)跨溝河道路（12～25m跨農(nóng)橋），結(jié)構(gòu)受力條件不如桁架拱橋，拱肋易出裂縫，造價(jià)約高于桁架拱橋30%，即將被淘汰。桁架拱橋多用于（15～30m）跨農(nóng)橋，自重輕，混凝土用量少（至少要比雙曲拱橋省1/4），結(jié)構(gòu)受力合理，豎向承載力大，整體性好，施工方便，近幾年應(yīng)用廣泛。

剛架拱橋是在桁架拱橋和斜腿剛架基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一種新型橋，外型簡(jiǎn)潔，施工方便，整體剛度比桁架拱橋小，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與桁架拱橋相仿。剛架拱農(nóng)橋在江蘇省已廣泛使用。

二、橋型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

不論是何種結(jié)構(gòu)的橋梁，均是由上部橋跨和下部結(jié)構(gòu)兩大基本部分組成。雙曲拱橋上部結(jié)構(gòu)由主拱圈、腹拱和橋面系組成，主拱圈由拱肋、拱波（預(yù)制）、拱板（現(xiàn)澆）、橫隔板組成，采用裝配整體式結(jié)構(gòu)。

剛架拱橋上部結(jié)構(gòu)如圖1所示。上部結(jié)構(gòu)由剛架拱片、橫隔板、橋面系組成。橫向布置根據(jù)橋?qū)捈昂奢d可選用雙肋、三肋或多肋；拱片根據(jù)施工方法及吊裝能力分段預(yù)制拼裝；下部結(jié)構(gòu)與桁架拱橋相仿。

三、結(jié)構(gòu)力學(xué)特性

雙曲拱橋的主要承重結(jié)構(gòu)是主拱圈，拱上部分并不參與整體受力，腹拱為傳力結(jié)構(gòu)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(xiàn)澆拱波，起著把預(yù)削拱肋、拱波“集零為整”的作用。雙曲拱的主要特點(diǎn)就是把結(jié)構(gòu)“化整為零”，分成數(shù)量眾多的單體，以便于預(yù)制施工，再“集零為整”以承受荷載。

圖1 剛架拱橋上部結(jié)構(gòu)圖

剛架拱橋的全橋在恒載作用下無(wú)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(qiáng)度高的性能。剛架拱橋?qū)俣?jí)段受載，恒載由曲拱片承受，活載由組合結(jié)構(gòu)承受，橋面結(jié)構(gòu)與拱片粘結(jié)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(gè)拱上建筑消除了單純的“傳力結(jié)構(gòu)”。剛架拱橋結(jié)構(gòu)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(diǎn)

剛架拱橋施工特點(diǎn)包括：（1）結(jié)構(gòu)線型簡(jiǎn)單，桿件和結(jié)點(diǎn)較少且由條形構(gòu)件組成，分段立模、起模，翻轉(zhuǎn)均較方便，不易開裂；條形構(gòu)件施工單元，運(yùn)輸時(shí)可用小平板拖運(yùn)，吊裝時(shí)避免了轉(zhuǎn)體工序，減少了施工危險(xiǎn)性。（2）安裝時(shí)，先由主拱腿和實(shí)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(shí)腹段重，等肋拱達(dá)到一定強(qiáng)度即可卸架，拱片的其他構(gòu)件和橋面恒載則由肋拱承受。（3）裝配化程度高，其上部結(jié)構(gòu)除橋面外都是預(yù)制構(gòu)件，預(yù)制裝配率達(dá)70%以上，施工工序簡(jiǎn)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(tái)的圬工工程量減少30%～40%。

五、剛架拱橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)計(jì)算

剛架拱橋拱軸線常以拱底曲線來(lái)表示。

1.結(jié)構(gòu)軸線

一般采用二次拋物線，也可采用圓弧線。實(shí)腹段拱底曲線方程計(jì)算：

主拱腿各點(diǎn)坐標(biāo)按下式計(jì)算：

表1 雙曲拱橋及剛架拱橋工程量及投資統(tǒng)計(jì)比較表

2.設(shè)計(jì)計(jì)算步驟

按設(shè)計(jì)資料（設(shè)計(jì)荷載、橋凈跨、凈寬等）要求計(jì)算步驟分為：（1）擬定截面尺寸；（2）截面特性計(jì)算（裸肋、組合截面）；（3）結(jié)構(gòu)軸線坐標(biāo)計(jì)算；（4）計(jì)算圖式；（5）內(nèi)力計(jì)算（恒載、活載）；（6）配筋計(jì)算；（7）繪制施工圖。

六、用材指標(biāo)分析

雙曲拱橋及剛架拱橋工程量及投資統(tǒng)計(jì)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(jià)降低40%左右。

七、結(jié)論

剛架拱橋比雙曲拱橋結(jié)構(gòu)更為合理，力學(xué)性能更好，施工裝配化程度更高，造價(jià)更低，降低近40%，是比較先進(jìn)的橋型，易在農(nóng)橋中推廣應(yīng)用

安徽省界首市水務(wù)局236500 安徽省水利科學(xué)研究院233000）

（專欄編輯：徐 攀）