我国拱桥的基本概况及发展

姜旭博

摘要：简要介绍了我国拱桥级大跨度拱桥的发展现状和施工方法，对存在的问题进行了分析，提出了拱桥的结构形式以及更加完善创新的施工工艺，展望拱桥的发展前景。

关键词：拱桥 大跨度拱 发展现状 结构形式 施工方法 展望　

（一）我国拱桥发展过程和现状 

　　在我国公路桥梁系列中，拱桥作为一种古老的桥式以其跨越能力大、承载能力高、可用地方材料、造价经济、养护维修费用少、造型美观等特有的技术优势而成为建筑历史最悠久、竞争力较强。并且常盛不衰，不断发展的桥梁形式。据统计，中国已建单跨100m以上的拱桥115座之多。拱桥仍是我国公路桥梁大跨度桥梁的主要桥型之一。我国公路拱桥的发展，可粗略地分为四个阶段。第一阶段是50年代到60年代中。绝大多数是中小石拱桥，当时也研究过片石混凝土拱桥等，但未能推广。最大跨度拱桥是1961年建成的云南南盘江上的长虹桥（单跨112.5m空胶式石拱桥）。第二阶段是60年代中至70年代，主导桥型是低配筋双曲拱桥。由于双曲拱桥耗用钢材少，施工中能化整为零，需要起重设备少，易于当时搞群众运动，因而得到飞速发展。当时也研究过中小跨径混凝土预制块拱、二铰拱等少筋拱桥。最大跨度是1968年建成的河南嵩县前河大桥（跨度150m，双曲拱桥）。第三阶段是70年代末到80年代，主导桥型是大中跨预制钢筋混凝土箱（肋）型拱桥。采用无支架吊装架设法建成的最大跨度是四川宜宾马鸣溪大桥（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宝鼎大桥（1982年建成，跨度170m）。在这个时期，国外钢筋混凝土拱桥的最大跨度已达390m（南斯拉夫克尔克I桥KrK I，1980年建成）。第四阶段以1990年建成的四川宜宾南门金沙江大桥为标志。该桥系中承式劲性骨架混凝土肋拱桥，跨度240m.居当时中承式拱桥世界第一。宜宾桥采用劲性骨架成拱，悬挂模板，现浇拱肋混凝土，大大减轻了吊装架设重量，保证了成拱安全度。浇注过程中，采用水箱加载调整应力和变形，大大节省了钢材，应用现代电算技术和电测手段进行旅工仿真计算和施工监控，使拱桥施工决策走向了科学化。所取得的设计施工经验和科研成果，极大地推动了我国超大化拱桥技术进步。在随后的几年中。我国几十座跨度100m 以上的拱桥相继建成。1996年建成的广西邕宁邕江大桥跨度选312m，把中承式劲性骨架混凝土拱桥世界记录提高了72m.该桥采用千斤顶斜拉扣挂悬拼架设法悬拼劲性骨拱桁架、浇注拱肋混凝土、调整施工应力和变形，比水箱法更安全稳妥。四川万江大桥也是劲性骨架混凝土拱桥，该桥跨度420m，把上承式拱桥的世界记录由南斯拉夫KRK I大桥的390m提高了30m.在此期间，1995年贵州省建成了跨度330m 的江界河大桥，居预应力桁架拱桥世界第一。1995年广东省建成了跨度200m 的南海三山西中承钢管混凝十拱桥、居钢管混凝土拱桥世界第一。1991年湖南风凰县建成跨度120m 的鸟巢河大桥，居石拱桥世界第一这些跨度记录和取得的设计施工经验及科研成果说明，目前，我国拱桥已面跃居世界拱桥先进行列。

　　（二）我国拱桥的主要结构型式

　　1.石拱桥是我国修建最早，类型有肋拱、板拱等。

　　2.钢拱桥：我国在90年代后坍发展为世界最大产钢国以前，钢材相对不多，钢拱桥也修建较少。跨度最大的公路钢拱桥是四川攀枝花市3003桥。跨度为181m（1969年）。

　　3.混凝土拱桥类型有箱形拱、桁架拱、板拱、肋拱、刚架拱、桁式组合拱、双曲拱、系杆拱、中承式拱、钢管混凝土拱等。其中不少桥型已居世界先进水平。

　　（三）我国拱桥的施工方法

　　施工方法是大跨径拱桥最关键的技术。无支架施工是大跨径拱桥的发展方向。目前我国拱桥主要施工方法有：

　　1.缆索吊装法

　　缆索吊装施工方法是我国修建大跨度拱桥的主要方法之一。也就是用塔架、缆索和扣索扣挂悬臂拱段，直至合拢。我国一般采用3～7段悬拼，个别多到11段，而且广泛用于多孔。四川宜宾马鸣溪金沙江大桥，为净跨150m钢筋混凝土箱拱，分5段吊装，块件重达70吨。福建南平玉屏山大桥，净跨lOOm肋拱，分5段吊装，块件重达59.1吨。四川万江大桥（L=420m）也采用缆索吊装，分11段，段长40m，吊重50余吨。

　　2.转体施工法

　　半跨拱圈现场浇注，绕拱座作水平或竖直旋转合拢。其中平转施工拱桥是我国独创。转体施工法近几年在我国发展很快，被广泛用于拱桥施工中，且有所发展： 三峡对外公路卜的黄柏河、下牢溪大桥为有平衡重的平转法，转体总重达3500吨和3600吨，转体重量为目前最大吨位，箕转动球铰采用、下两个经过精密压旋加工的半球型钢板。河南安阳文峰路立交桥在桥轴线反方向预制，竖转到要求标高后，再平转180度合拢。

　　3.悬臂桁架法

　　将拱圈、立柱、临时或永久的斜拉杆和上弦杆组成的桁架，悬臂施工直至合拢。我国主要用于组合桁拱，均采用悬拼，不需临时杆件，但要用临时预应力筋。跨径330m 的江界河桥用钢人字桅杆作吊机，最大吊重120吨。

　　4.刚性骨架和半刚性骨架法

　　用型钢做成拱形骨架，围绕骨架浇注混凝土，形成拱嘲我国很少采用烈性骨架法，主要采用半刚性骨架，一般骨架合拢成拱后，分底、腹、顶板三层，自拱脚向拱顶浇注混凝土，为防止骨架失稳，需在拱顶区段压重，随混凝土浇注至拱顶区段而逐步卸载。万江大桥和邕宁邕江大桥，用半刚性骨架法施工，但其骨架角隅，加直径40cm的钢管，骨架合拢后，管内混凝土。以加大骨架刚度。万江大桥采取了把每层混凝土分成6段，对称并同时浇筑，使骨架下挠均匀，避免了一般自拱脚向拱顶浇筑时反复变形较大、拱顶部位需压重及预拱度呈马鞍形等不利因素，是该法的一次重大改进。

　　5.拱架施工法

　　我国主要利用贝雷架，在上弦加些小杆件形成贝雷拱架，进行施工。如：湖南用单层贝雷拱架，并用斜拉索扣挂加劲，拼装建成跨径133m的缆子湾沅水大桥。

　　综上所述可知：目前我国有许多先进且切实可行的施工方法，况且已形成了一套有自己特色的拱桥无支架施工方法即是以缆索吊装为主，结合转体施工法、半刚性骨架法及悬臂桁架法。当然，还须进一步发展和完善。

　　（四）我国拱桥的发展方向

　　1.圈的轻拱型化

　　拱圈轻型化，可减轻对吊装能力的需求，节省上、下部构造工程量，节省造价。我国箱形拱，受吊重的，愎板多而厚，其体积可占主拱圈的20～25％ ，而受力上并不需要。因此拱圈轻型化除减薄板件厚度外，还向宽箱，少箱发展，以减少腹扳体积，出现了双箱加顶、底板形成三室箱的拱圈，也出现了向肋拱发展的趋势，或用箱肋，工用矩形肋甚至工字形肋。拱圈的轻型化，对设计和施工也提出了更严的要求：

　　（1）设计中应考虑大变形理论，用挠度理论或非线性有限元理论来计算内力。

　　（2）施工中的稳定，特别是肋拱的平面外稳定问题突出。因此往往采用多边段吊装，单中段合拢的施工措施，保证稳定。

　　2.施工阶段拱圈的轻型化

　　直接影响减少吊装能力的需求。一些大跨径拱桥施工阶段采用钢—混凝土组合杆件，或钢管混凝土，合拢后再浇注拱圈，可大大减轻吊装重量。带有钢管的半刚性骨架很可能成为特大跨径拱桥最有前途的施工方法。施工阶段拱圈轻型化后，施工阶段稳定性是关键性技术问题应对各步骤的实际结构，考虑几何非线性和物理非线性的影响，计算每一步骤的稳定系数，保证施工万无一失。

　　3.系杆拱、中承拱有较多采用的趋势

　　系杆拱由于是无推力结构，对墩台要求，较低，整个桥型结构简便、轻巧，桥面视野开阔，广泛用于公路桥梁。

　　在城市桥梁和平原地区通航河流上，中承拱往往颇受青睐因为它可降低桥高，矢跨比大，可减少推力；桥面建筑高度小，可缩短桥长；造型美观，为城镇增添景色；造价也较低。目前发展趋势较快。

　　4.钢管混凝土拱桥迅速发展

　　用钢管、或者钢管桁架，架设成拱在钢管内填充砼而形成的拱桥叫钢管砼拱桥。钢管混凝土作为钢—混凝土组台材料的一种，一方面借助内填混凝土提高钢管壁受压时的稳定性，提高钢管的抗腐蚀性和耐久性，另一方面借助管壁对混凝土的套箍作用。提高了混凝土的抗压强度和延性。将钢材和混凝土有机组合起来；在施工方面。钢管混凝土可利用空心钢管作为劲性骨架甚至模板，施工吊装重量轻，进度快，施工用钢量省。由于在材料和施工方法上的优越性，将这种结构用于以受力为主的拱桥是十分合理的。钢管混凝土的出现解决了拱桥材料和施工的两大难题。所以钢管混凝土拱桥目前在我国的发展飞速，前景广阔。

参考文献

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