我國拱橋的現狀及發展

簡介： 在我國公路橋樑系列中，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、造價經濟、養護維修費用少、造型美觀等特有的技術優勢而成為建築歷史最悠久、競爭力較強。並且常盛不衰，不斷發展的橋樑形式。據統計，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樑大跨度橋樑的主要橋型之一。關鍵字：公路橋樑 拱橋 現狀及發展

（一）我國拱橋發展過程和現狀

　　在我國公路橋樑系列中，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、造價經濟、養護維修費用少、造型美觀等特有的技術優勢而成為建築歷史最悠久、競爭力較強。並且常盛不衰，不斷發展的橋樑形式。據統計，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樑大跨度橋樑的主要橋型之一。我國公路拱橋的發展，可粗略地分為四個階段。第一階段是50年代到60年代中．絕大多數是中小石拱橋，當時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年建成的雲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，主導橋型是低配筋雙曲拱橋。由於雙曲拱橋耗用鋼材少，施工中能化整為零，需要起重設備少，易於當時搞群眾運動，因而得到飛速發展。當時也研究過中小跨徑混凝土預製塊拱、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，主導橋型是大中跨預製鋼筋混凝土箱(肋)型拱橋。採用無支架吊裝架設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)，採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)。在這個時期，國外鋼筋混凝土拱橋的最大跨度已達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為標誌。該橋系中承式勁性骨架混凝土肋拱橋，跨度240m。居當時中承式拱橋世界第一。宜賓橋採用勁性骨架成拱，懸掛模板，現澆拱肋混凝土，大大減輕了吊裝架設重量，保證了成拱安全度．澆注過程中，採用水箱載入調整應力和變形，大大節省了鋼材，應用現代電算技術和電測手段進行旅工模擬計算和施工監控，使拱橋施工決策走向了科學化。所取得的設計施工經驗和科研成果，極大地推動了我國超大化拱橋技術進步。在隨後的幾年中．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。該橋採用千斤頂斜拉扣掛懸拼架設法懸拼勁性骨拱桁架、澆注拱肋混凝土、調整施工應力和變形，比水箱法更安全穩妥。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，居預應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計施工經驗及科研成果說明，目前，我國拱橋已面躍居世界拱橋先進行列。

　　（二）我國拱橋的主要結構型式

　　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年代後坍發展為世界最大產鋼國以前，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水平。

　　（三）我國拱橋的施工方法

　　施工方法是大跨徑拱橋最關鍵的技術。無支架施工是大跨徑拱橋的發展方向。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。我國一般採用3～7段懸拼，個別多到11段，而且廣泛用於多孔。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59.1噸。四川萬縣長江大橋(L=420m)也採用纜索吊裝，分11段，段長40m，吊重50餘噸。

　　2.轉體施工法

　　半跨拱圈現場澆注，繞拱座作水平或豎直旋轉合攏。其中平轉施工拱橋是我國獨創。轉體施工法近幾年在我國發展很快，被廣泛用於拱橋施工中，且有所發展： 三峽對外公路卜的黃柏河、下牢溪大橋為有平衡重的平轉法，轉體總重達3500噸和3600噸，轉體重量為目前最大噸位，箕轉動球鉸採用、下兩個經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製，豎轉到要求標高後，再平轉180度合攏。

　　3.懸臂桁架法

　　將拱圈、立柱、臨時或永久的斜拉杆和上弦桿組成的桁架，懸臂施工直至合攏。我國主要用於組合桁拱，均採用懸拼，不需臨時桿件，但要用臨時預應力筋。跨徑330m 的江界河橋用鋼人字桅杆作吊機，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，形成拱嘲我國很少採用烈性骨架法，主要採用半剛性骨架，一般骨架合攏成拱後，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，需在拱頂區段壓重，隨混凝土澆注至拱頂區段而逐步卸載。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，骨架合攏後，管內混凝土．以加大骨架剛度。萬縣長江大橋採取了把每層混凝土分成6段，對稱並同時澆築，使骨架下撓均勻，避免了一般自拱腳向拱頂澆築時反覆變形較大、拱頂部位需壓重及預拱度呈馬鞍形等不利因素，是該法的一次重大改進。

　　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，進行施工。如：湖南用單層貝雷拱架，並用斜拉索扣掛加勁，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且切實可行的施工方法，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，結合轉體施工法、半剛性骨架法及懸臂桁架法。當然，還須進一步發展和完善。

　　（四）我國拱橋的發展方向

　　1.圈的輕拱型化

　　拱圈輕型化，可減輕對吊裝能力的需求，節省上、下部構造工程量，節省造價。我國箱形拱，受吊重的限制，愎板多而厚，其體積可佔主拱圈的20～25％ ，而受力上並不需要。因此拱圈輕型化除減薄板件厚度外，還向寬箱，少箱發展，以減少腹扳體積，出現了雙箱加頂、底板形成三室箱的拱圈，也出現了向肋拱發展的趨勢，或用箱肋，工用矩形肋甚至工字形肋。拱圈的輕型化，對設計和施工也提出了更嚴的要求：

　　(1)設計中應考慮大變形理論，用撓度理論或非線性有限元理論來計算內力。

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

　　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採用鋼—混凝土組合桿件，或鋼管混凝土，合攏後再澆注拱圈，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後，施工階段穩定性是關鍵性技術問題應對各步驟的實際結構，考慮幾何非線性和物理非線性的影響，計算每一步驟的穩定係數，保證施工萬無一失。

　　3.系桿拱、中承拱有較多採用的趨勢

　　系桿拱由於是無推力結構，對墩台要求，較低，整個橋型結構簡便、輕巧，橋面視野開闊，廣泛用於公路橋樑。

　　在城市橋樑和平原地區通航河流上，中承拱往往頗受青睞因為它可降低橋高，矢跨比大，可減少推力；橋面建築高度小，可縮短橋長；造型美觀，為城鎮增添景色；造價也較低。目前發展趨勢較快。

　　4.鋼管混凝土拱橋迅速發展

　　用鋼管、或者鋼管桁架，架設成拱在鋼管內填充砼而形成的拱橋叫鋼管砼拱橋。鋼管混凝土作為鋼—混凝土組台材料的一種，一方面藉助內填混凝土提高鋼管壁受壓時的穩定性，提高鋼管的抗腐蝕性和耐久性，另一方面藉助管壁對混凝土的套箍作用。提高了混凝土的抗壓強度和延性．將鋼材和混凝土有機組合起來；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，進度快，施工用鋼量省。由於在材料和施工方法上的優越性，將這種結構用於以受力為主的拱橋是十分合理的。鋼管混凝土的出現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展勢頭迅猛。