我國拱橋的現(xiàn)狀及發(fā)展

　　在我國公路橋梁系列中，拱橋作為一種古老的橋式以其跨越能力大、承載能力高、可用地方材料、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用少、造型美觀等特有的技術(shù)優(yōu)勢而成為建筑歷史最悠久、競爭力較強(qiáng)。并且常盛不衰，不斷發(fā)展的橋梁形式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國已建單跨100m以上的拱橋115座之多。拱橋仍是我國公路橋梁大跨度橋梁的主要橋型之一。我國公路拱橋的發(fā)展，可粗略地分為四個(gè)階段。第一階段是50年代到60年代中。絕大多數(shù)是中小石拱橋，當(dāng)時(shí)也研究過片石混凝土拱橋等，但未能推廣。最大跨度拱橋是1961年建成的云南南盤江上的長虹橋（單跨112.5m空膠式石拱橋）。第二階段是60年代中至70年代，主導(dǎo)橋型是低配筋雙曲拱橋。由于雙曲拱橋耗用鋼材少，施工中能化整為零，需要起重設(shè)備少，易于當(dāng)時(shí)搞群眾運(yùn)動，因而得到飛速發(fā)展。當(dāng)時(shí)也研究過中小跨徑混凝土預(yù)制塊拱、二鉸拱等少筋拱橋。最大跨度是1968年建成的河南嵩縣前河大橋（跨度150m，雙曲拱橋）。第三階段是70年代末到80年代，主導(dǎo)橋型是大中跨預(yù)制鋼筋混凝土箱（肋）型拱橋。采用無支架吊裝架設(shè)法建成的最大跨度是四川宜賓馬鳴溪大橋（1979年建成，跨度150m），采用支架法建成的最大跨度是四川攀枝花市寶鼎大橋（1982年建成，跨度170m）。在這個(gè)時(shí)期，國外鋼筋混凝土拱橋的最大跨度已達(dá)390m（南斯拉夫克爾克I橋KrK I，1980年建成）。第四階段以1990年建成的四川宜賓南門金沙江大橋?yàn)闃?biāo)志。該橋系中承式勁性骨架混凝土肋拱橋，跨度240m.居當(dāng)時(shí)中承式拱橋世界第一。宜賓橋采用勁性骨架成拱，懸掛模板，現(xiàn)澆拱肋混凝土，大大減輕了吊裝架設(shè)重量，保證了成拱安全度。澆注過程中，采用水箱加載調(diào)整應(yīng)力和變形，大大節(jié)省了鋼材，應(yīng)用現(xiàn)代電算技術(shù)和電測手段進(jìn)行旅工仿真計(jì)算和施工監(jiān)控，使拱橋施工決策走向了科學(xué)化。所取得的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)和科研成果，極大地推動了我國超大化拱橋技術(shù)進(jìn)步。在隨后的幾年中。我國幾十座跨度100m 以上的拱橋相繼建成。1996年建成的廣西邕寧邕江大橋跨度選312m，把中承式勁性骨架混凝土拱橋世界記錄提高了72m.該橋采用千斤頂斜拉扣掛懸拼架設(shè)法懸拼勁性骨拱桁架、澆注拱肋混凝土、調(diào)整施工應(yīng)力和變形，比水箱法更安全穩(wěn)妥。四川萬縣長江大橋也是勁性骨架混凝土拱橋，該橋跨度420m，把上承式拱橋的世界記錄由南斯拉夫KRK I大橋的390m提高了30m.在此期間，1995年貴州省建成了跨度330m 的江界河大橋，居預(yù)應(yīng)力桁架拱橋世界第一。1995年廣東省建成了跨度200m 的南海三山西中承鋼管混凝十拱橋、居鋼管混凝土拱橋世界第一。1991年湖南風(fēng)凰縣建成跨度120m 的鳥巢河大橋，居石拱橋世界第一這些跨度記錄和取得的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)及科研成果說明，目前，我國拱橋已面躍居世界拱橋先進(jìn)行列。

　　（二）我國拱橋的主要結(jié)構(gòu)型式

　　1.石拱橋是我國修建最早，類型有肋拱、板拱等。

　　2.鋼拱橋：我國在90年代后坍發(fā)展為世界最大產(chǎn)鋼國以前，鋼材相對不多，鋼拱橋也修建較少。跨度最大的公路鋼拱橋是四川攀枝花市3003橋。跨度為181m（1969年）。

　　3.混凝土拱橋類型有箱形拱、桁架拱、板拱、肋拱、剛架拱、桁式組合拱、雙曲拱、系桿拱、中承式拱、鋼管混凝土拱等。其中不少橋型已居世界先進(jìn)水平。

　　（三）我國拱橋的施工方法

　　施工方法是大跨徑拱橋最關(guān)鍵的技術(shù)。無支架施工是大跨徑拱橋的發(fā)展方向。目前我國拱橋主要施工方法有：

　　1.纜索吊裝法

　　纜索吊裝施工方法是我國修建大跨度拱橋的主要方法之一。也就是用塔架、纜索和扣索扣掛懸臂拱段，直至合攏。我國一般采用3～7段懸拼，個(gè)別多到 11段，而且廣泛用于多孔。四川宜賓馬鳴溪金沙江大橋，為凈跨150m鋼筋混凝土箱拱，分5段吊裝，塊件重達(dá)70噸。福建南平玉屏山大橋，凈跨lOOm肋拱，分5段吊裝，塊件重達(dá)59.1噸。四川萬縣長江大橋（L=420m）也采用纜索吊裝，分11段，段長40m，吊重50余噸。

　　2.轉(zhuǎn)體施工法

　　半跨拱圈現(xiàn)場澆注，繞拱座作水平或豎直旋轉(zhuǎn)合攏。其中平轉(zhuǎn)施工拱橋是我國獨(dú)創(chuàng)。轉(zhuǎn)體施工法近幾年在我國發(fā)展很快，被廣泛用于拱橋施工中，且有所發(fā)展：三峽對外公路卜的黃柏河、下牢溪大橋?yàn)橛衅胶庵氐钠睫D(zhuǎn)法，轉(zhuǎn)體總重達(dá)3500噸和3600噸，轉(zhuǎn)體重量為目前最大噸位，箕轉(zhuǎn)動球鉸采用、下兩個(gè)經(jīng)過精密壓旋加工的半球型鋼板。河南安陽文峰路立交橋在橋軸線反方向預(yù)制，豎轉(zhuǎn)到要求標(biāo)高后，再平轉(zhuǎn)180度合攏。

　　3.懸臂桁架法

　　將拱圈、立柱、臨時(shí)或永久的斜拉桿和上弦桿組成的桁架，懸臂施工直至合攏。我國主要用于組合桁拱，均采用懸拼，不需臨時(shí)桿件，但要用臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋。跨徑330m 的江界河橋用鋼人字桅桿作吊機(jī)，最大吊重120噸。

4.剛性骨架和半剛性骨架法

　　用型鋼做成拱形骨架，圍繞骨架澆注混凝土，形成拱嘲我國很少采用烈性骨架法，主要采用半剛性骨架，一般骨架合攏成拱后，分底、腹、頂板三層，自拱腳向拱頂澆注混凝土，為防止骨架失穩(wěn)，需在拱頂區(qū)段壓重，隨混凝土澆注至拱頂區(qū)段而逐步卸載。萬縣長江大橋和邕寧邕江大橋，用半剛性骨架法施工，但其骨架角隅，加直徑40cm的鋼管，骨架合攏后，管內(nèi)混凝土。以加大骨架剛度。萬縣長江大橋采取了把每層混凝土分成6段，對稱并同時(shí)澆筑，使骨架下?lián)暇鶆颍苊饬艘话阕怨澳_向拱頂澆筑時(shí)反復(fù)變形較大、拱頂部位需壓重及預(yù)拱度呈馬鞍形等不利因素，是該法的一次重大改進(jìn)。

　　5.拱架施工法

　　我國主要利用貝雷架，在上弦加些小桿件形成貝雷拱架，進(jìn)行施工。如：湖南用單層貝雷拱架，并用斜拉索扣掛加勁，拼裝建成跨徑133m的纜子灣沅水大橋。

　　綜上所述可知：目前我國有許多先進(jìn)且切實(shí)可行的施工方法，況且已形成了一套有自己特色的拱橋無支架施工方法即是以纜索吊裝為主，結(jié)合轉(zhuǎn)體施工法、半剛性骨架法及懸臂桁架法。當(dāng)然，還須進(jìn)一步發(fā)展和完善。

　　（四）我國拱橋的發(fā)展方向

　　1.圈的輕拱型化

　　拱圈輕型化，可減輕對吊裝能力的需求，節(jié)省上、下部構(gòu)造工程量，節(jié)省造價(jià)。我國箱形拱，受吊重的限制，愎板多而厚，其體積可占主拱圈的 20～25％，而受力上并不需要。因此拱圈輕型化除減薄板件厚度外，還向?qū)捪洌傧浒l(fā)展，以減少腹扳體積，出現(xiàn)了雙箱加頂、底板形成三室箱的拱圈，也出現(xiàn)了向肋拱發(fā)展的趨勢，或用箱肋，工用矩形肋甚至工字形肋。拱圈的輕型化，對設(shè)計(jì)和施工也提出了更嚴(yán)的要求：

　　（1）設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮大變形理論，用撓度理論或非線性有限元理論來計(jì)算內(nèi)力。

　　（2）施工中的穩(wěn)定，特別是肋拱的平面外穩(wěn)定問題突出。因此往往采用多邊段吊裝，單中段合攏的施工措施，保證穩(wěn)定。

　　2.施工階段拱圈的輕型化

　　直接影響減少吊裝能力的需求。一些大跨徑拱橋施工階段采用鋼—混凝土組合桿件，或鋼管混凝土，合攏后再澆注拱圈，可大大減輕吊裝重量。帶有鋼管的半剛性骨架很可能成為特大跨徑拱橋最有前途的施工方法。施工階段拱圈輕型化后，施工階段穩(wěn)定性是關(guān)鍵性技術(shù)問題應(yīng)對各步驟的實(shí)際結(jié)構(gòu)，考慮幾何非線性和物理非線性的影響，計(jì)算每一步驟的穩(wěn)定系數(shù)，保證施工萬無一失。

　　3.系桿拱、中承拱有較多采用的趨勢

　　系桿拱由于是無推力結(jié)構(gòu)，對墩臺要求，較低，整個(gè)橋型結(jié)構(gòu)簡便、輕巧，橋面視野開闊，廣泛用于公路橋梁。

　　在城市橋梁和平原地區(qū)通航河流上，中承拱往往頗受青睞因?yàn)樗山档蜆蚋撸缚绫却螅蓽p少推力；橋面建筑高度小，可縮短橋長；造型美觀，為城鎮(zhèn)增添景色；造價(jià)也較低。目前發(fā)展趨勢較快。

　　4.鋼管混凝土拱橋迅速發(fā)展

　　用鋼管、或者鋼管桁架，架設(shè)成拱在鋼管內(nèi)填充砼而形成的拱橋叫鋼管砼拱橋。鋼管混凝土作為鋼—混凝土組臺材料的一種，一方面借助內(nèi)填混凝土提高鋼管壁受壓時(shí)的穩(wěn)定性，提高鋼管的抗腐蝕性和耐久性，另一方面借助管壁對混凝土的套箍作用。提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度和延性。將鋼材和混凝土有機(jī)組合起來；在施工方面。鋼管混凝土可利用空心鋼管作為勁性骨架甚至模板，施工吊裝重量輕，進(jìn)度快，施工用鋼量省。由于在材料和施工方法上的優(yōu)越性，將這種結(jié)構(gòu)用于以受力為主的拱橋是十分合理的。鋼管混凝土的出現(xiàn)解決了拱橋材料和施工的兩大難題。所以鋼管混凝土拱橋目前在我國的發(fā)展勢頭迅猛。