拱桥发展综述

拱桥发展综述

赵辉

（华东交通大学 土木建筑学院 ，江西 南昌 330013）

[摘要] 概述了拱桥建设的发展过程,简要介绍了各类拱桥的施工和发展,展望了未来我国拱桥技术的发展。

[关键词]拱桥；建设；发展；

To explore the development of arch bridges

ZHAO Hui

(Department of Civil engineering,East China Jiao Tong University ,NanChang,JiangXi 330013,China)

[Abstract] Provides an overview of the development of the arch bridges- building process, a brief introductionOf the various types of arch bridge construction and development and look forward to the future development of China's arch bridges

[Key words]arch bridges; construction; development;

拱桥是一种古老的桥式，我国著名的石拱桥（赵州桥），就是体现我国古代建桥水平的杰出代表。近年来，随着建桥技术水平的提高和材料工业的发展，我国拱桥的修建得到了空前的发展，多座创世界纪录的桥梁已建成或正在修建。拱是桥梁最基本的结构形式之一，已经过2500多年的发展。工程师的创造性劳动、社会的进步、材料与新技术的发明与应用使拱桥技术得以不断发展。已有的拱桥是未来设计的唯一借鉴，因此对已建桥梁进行评价是桥梁设计研究的最主要内容。桥梁技术的每一个进步都应建立在前辈的思想与实践基础之上，根据当代材料、分析手段和施工技术的可能性进行探索与创新。当然土木工程的进步，除了科学知识与经验外，技术人员的创造性也是非常重要的。拱桥按拱肋的材料可分为烤工拱桥、混凝土拱桥、钢拱桥及钢一混凝土组合拱桥。受自重和经济性制约，污工拱桥难以向更大跨径前进。随着钢材制造技术的进步，出现了高强轻质合金钢，钢材的进步使钢桥建造技术不断发展和完善。但从经济角度来说，在现代大跨拱桥中，钢筋混凝土拱桥与钢一混凝土组合拱桥是最具竞争能力的两种桥型。近年来，随着高强混凝土材料的出现、施工方法的进步，混凝土拱桥的跨径在不断增大，在某些条件下与梁式桥和斜拉桥等桥型相比愈来愈有竞争力。迄今为止，在世界范围内已修建5座跨径超过300m的混凝土拱桥，其中跨径最大的是420m的中国重庆万州长江大桥，其次的是克罗地亚于1979年建成的主跨径为390m的克尔克一号(Krkl)桥。万州长江大桥采用的是预埋钢管混凝土劲性骨架分段分环浇注方法，充分发挥了组合截面优越的受力性能。这种施工方法特别适用于那些劳动力资源丰富的国家。该桥的建成对于混凝土拱桥的长大化进程有着重要的意义。另外，高强高性能混凝土应用于拱、墩构件以及轻质的上部组合结构中，对于大跨径拱桥减轻自重是非常有意义的。钢一混凝土组合拱桥中钢管混凝土拱桥应用最为广泛。由于钢管对核心混凝土的套箍作用大大提高了混凝土的塑性性能，同时混凝土内填于钢管之内，增强了钢管的管壁稳定性，使其稳定性也有了极大的提高。因此，钢管混凝土材料应用于以受压为主的构件中，较之钢结构和普通钢筋混凝土结构有其极大的优越性。中国已修建了大量的钢管混凝土拱桥，最大跨径已达到46Om(巫山长江大桥)。

1 拱桥的受力特点

拱桥的静力特点是，在竖直荷载作用下，拱脚不但有竖直反力，而且还有水平反力，而拱的弯矩则一般很小。通过合理的设计，拱轴主要承受压力，而弯矩和剪力均较小，因而使得拱桥的跨越能力比一般梁式结构要大得多。

按照拱桥墩台是否承受水平力，可分为有推力拱桥和无推力拱桥（系杆拱桥）；按照拱圈内是否设铰，可分为无铰、两铰和三铰拱桥。

2 石拱桥的发展

石拱桥是世界桥梁史上出现较早、形式优美,而且结构坚固的一种桥型,它能几十年、几百年甚至上千年雄跨在江河之上,发挥其经久不衰的交通作用。作为我国传统的主要桥型之一,几千年来,石拱桥遍布祖国江河大地,随着经济文化的日益发达而长足发展,它们是我国灿烂文化中的一个组成部分,在世界上曾为祖国赢得荣誉。

2.1 赵州桥

赵州桥建于隋代,即公元605年至615年间,前后修建了10年。它位于今河北省赵县城南五里的洨河上,横跨洨河南北两岸,是我国现存最早的大型石拱桥,也是世界上现存最古老、跨度最长的敝肩圆弧拱桥。大桥全长50.83m,宽9m,主孔净跨度为37.02m。全桥全部用块石建成,共用1204块块石,每块石重达1t。桥上装有精美的石雕栏杆,雄伟壮丽、灵巧精美。它以首创的敝肩拱结构形式、精美的建筑艺术和施工技巧等杰出成就,将我国古代建筑技术提高到一个全新的水平,在中外桥梁史上令人瞩目,充分代表了我国古代劳动人民在桥梁建造方面的丰富经验和高超智慧。赵州桥的设计在我国桥梁技术史采用了多项创新：

1）采用圆弧拱形式:赵州桥改变了我国古代石桥拱形大多为半圆形的传统,创造性地采用了圆弧拱形式。

2）采用敝肩:把以往桥梁建筑中采用的实肩拱改为敝肩拱,即在大拱两端各设2个净跨为3.8m、2.8m的小拱。

3）单孔:我国古代的传统建筑方法,一般比较长的桥梁往往采用多孔形式,这样每孔的跨度小、坡度平缓,便于修建。

该桥在我国桥梁建设史上的作用是功不可磨灭的,它以“世界第一桥”的称号保持了772 年,直到意大利公元1377年修建的特列卓石拱桥(跨径72m)为止。

2.2 黄虎港桥

位于湖南石门县与湖北鹤峰县以北的清渡公路上,距石门县城约100km,跨越丛山闪岭的渫水支流黄虎港峡谷,桥长103m,桥跨60m,宽8m,高51.2m。于1958年10月动工, 1959年12月竣工。湖南胆创新,将原3孔16m的石拱桥(当时标准图最大跨径为10m)改为单孔60m的石拱桥,其跨度大大的超过了赵州桥22.98m。黄虎港大桥的建成,创造了当时我国历史上石拱桥跨径最大的历史记录。大桥建设者们继承和发扬了我国古代劳动人民建筑石拱桥的丰富经验,建成了我国当时跨径最大、桥孔最高的石拱桥,使我国桥梁建筑技术向前跨进了一大步。

2.3 云南长虹桥

中华人民共和国成立后,公路交通得到快速发展。并在黄虎港桥的建桥技术推动下,全国

兴起了修建大跨径石拱桥的热潮。1961年,我国云南省开运市的南盘江上,建成了跨径112.5m的石拱桥———长虹桥。它将意大利的特列卓桥(L=72 m),美国的羊山岛桥(3×60m),德国的布劳思桥(L=90m)远远地抛在后面,跃居当时世界石拱桥第一。该桥为变截面悬链线,拱厚为1.80－2.63 m,矢跨比为1/5.3。1962年在英国桥梁学术会议上,中国宣读了长虹桥的论文,受到了世界桥梁界的热烈欢迎和关注。由于公路改道、提高等级,长虹桥服务40年就光荣退役,但它仍然坚固如初, 1982年开远市成立之日,将长虹桥列为重点保护文物。

2.4 丰都九溪沟桥

丰都九溪沟桥位于四川省丰都县九溪沟,跨径116m,桥面宽7m+2×0.25m,拱矢度1/8。1970年修建丰都至武隆县公路,九溪沟是必经之地,丰都县交通局魏锡强在九溪沟设计一座2孔跨径70m的石拱桥。1971年7月1日,在中国党成立50周年这个不寻常的日子,九溪沟桥开工了，于1972年该桥胜利建成,并获得世界第一石拱桥的称号。

2.5 乌巢河大桥

世界第一石拱桥的称号被九溪沟桥保持18年后, 1991年元月12日湖南凤凰乌巢河大桥胜利通车,迎来了“天下第一石拱桥”的接力棒。乌巢河大桥,桥跨120m,矢度1/5,桥宽8m,位于凤凰县县城通往腊尔山台地的乌巢河上。腊尔山属云贵高原余脉,西北面与松桃、秀山接壤的来龙山,海拔1200m多。腊尔山台地所属的5个乡镇,海拔高都在800m以上,最高的天星山1150m多。腊尔山台地南侧,一道长达近100km的峡谷,形成了天然屏障。该地区属卡斯特地貌,地质情况极其复杂。1985年,为了解决边、穷地区交通不便的困难,国家以配套资金采取“以工代赈”的修建公路。凤凰县抓住这个千载难缝的机遇,决心修建“凤腊”公路。并于1987年6月开工, 1988年10月乌巢河两岸公路基本修通。大桥于1988年10月1日开工,历时3年零2个月大桥顺利建成通车。

2.6 丹河新桥

丹河新桥位于太行山西麓山西晋城至河南焦作市高速公路上,距晋城10km。该桥于1997年12月动工修建, 2002年初竣工通车。它是21世纪建成的世界独一无二的特大型全空腹式石拱桥,主跨146m,桥高81.46m,天下第一石拱桥称号由乌巢河大桥保留12年之后被它取代。不足之处:丹河新桥计算理论是采用传统的理论计算,拱脚拱圈厚达3.5m,若采用新理论、新结构,丹河新桥的圬工体积可减少。因此,有专家论证,石拱桥的跨径向150-200m迈进不成问题。

从石拱桥现代发展情况看, 1961年建成长虹桥,跨径突破100m大关。从长虹桥到九溪沟桥, 10年中,跨径只增长3.5m;从九溪沟桥到乌巢河桥, 18年间,跨径只增加4m。从乌巢河桥丹河新桥, 12年间,跨径跃了一大步,增长了26m,这是前所未有的增长速度。它为中南、西南、西北山区公路建设跨越中有河流、深坑峡谷,因地制宜、就地取材,修建特大型石拱桥提供了范例。其修建技术和科研成果为今后大跨度石拱桥的修建奠定了基础。

3 钢管混凝土拱桥的发展

钢管混凝土结构中由于管内混凝土的径向受力变形受到钢管的约束,从而使其处于三向受力状态而大幅度提高承载能力；同时，钢管的套箍作用也提高了混凝土的塑性性能，使得混凝土，特别是高强混凝土的脆性弱点在一定

程度上得到克服；对于钢管而言，由于内填混凝土的支撑作用，大大增强了管壁的稳定性，钢管的整体刚度和稳定性也有很大的提高。由于两种结构材料在性能上的互补，使得钢管混凝土材料应用于以受压为主的拱桥结构中，较之钢结构和混凝土结构要优越得多。在结构材料用量方面，钢管混凝土比钢结构节省约一半钢材，虽比钢筋混凝土结构用钢较

多，但施工用钢相应减少，特别是对大跨钢管混凝土拱桥可采用无支架施工更是如此。

钢管混凝土的出现解决了拱桥材料与施工的两大难题,但在具体应用时,钢管混凝土发挥材料和施工的作用,有所侧重,从而产生两大方向。一种为内包混凝土,即钢管表皮外露,与核心混凝土共同作为结构的主要受力组成部分,同时也作为施工时的劲性骨架,设计以前者控制。这类桥梁目前主要有单管和哑铃形肋拱、桁拱以及桁架拱,其含钢率较高,跨径从几十米到200m。另一种是内外包混凝土,钢管表皮不外露,钢管主要作为施工的劲性骨架,先内灌混凝土成钢管混凝土后再挂模板外包混凝土形成断面,钢管材料可以参与建成后的受力,但不是以使用荷载为控制,而是以施工荷载为控制。这类桥梁有板拱、箱拱、工字形肋拱、箱肋拱和刚架拱,除板拱外,其跨越能力较强,一般都在百米以上,最大已达420m。

中国是拱桥的故乡,历史上修建过难以数计的各种类型的拱桥,古代的赵州桥、卢沟桥等举世闻名,目前仍在使用。后,又因地制宜地建造了许多石拱桥,20世纪60年代,为解决大跨度拱桥施工支架问题,首创了无支架缆索吊装技术,采用“分整为零、合零为整”的施工方法,大大推进了我国拱桥的建造技术;80年代,又提出了转体施工法建设拱桥,并将跨度推进到200m。然而,随着桥梁跨度的不断增大,常规的钢筋混凝土拱桥,因受到吊装重量和节段数量的,形成了跨度与吊装重量的突出矛盾,了大跨度拱桥的进一步发展。钢管混凝土拱桥成功地克服了上述矛盾,一经出现,就得到迅速发展。

国内钢管混凝土在桥梁工程中开始得到研究和应用是在20世纪80年代。1990年10月建成首座钢管混凝土拱桥———四川省旺苍县东河大桥,跨度115m,拱肋由上下2根钢管2Φ800×10mm组成哑铃形断面,内灌C30混凝土,Q235钢材。此后,在10余年时间内,钢管混凝土拱桥在我国得到迅猛发展,全国各地大量地建成了采用钢管混凝土的大跨度拱桥。如1995年竣工的广东省南海三山西大桥,为中承式拱桥,L=200m,两端各带1个45m的上承式半拱,主跨拱肋由4根Φ0.75m的钢管混凝土组成1.8×3.5m的四边形组合截面,

用预应力钢绞线作为系杆,平衡主拱与边跨的不平衡推力,开创了在软土地基建造大跨度拱桥的先例。1993年竣工的浙江省新安江望江大桥,为3跨中承式钢管混凝土拱桥,主跨L=120m,主跨拱肋为2Φ900×(12-16)mm钢管混凝土组成哑铃形截面,截面高2m,Q345钢,内灌C40混凝土,首次采用钢管变厚度的办法来减小主跨拱脚处的水平推力,并利用边跨来平衡此推力。1996年建成的长江三峡工程3座公路拱桥———黄柏河大桥、下牢溪大桥和莲沱大桥,跨度分别为160m、160m和114m,它们是属于多拱肋上承式拱桥,每片拱肋皆采用2个钢管混凝土组成的哑铃形截面。2000年建成的广州丫髻沙大桥,主跨达360 m,是迄今世界上已建成的跨度最大的钢管混凝土中承式拱桥,该桥首次选用6管式拱肋截面,每肋由6Φ750mm钢管混凝土组成,由横向平联板、腹杆连接成为钢管混凝土桁架,其中内侧、外侧钢管为Φ750×18mm,中间钢管Φ750×20mm,钢管间的横向平联板总厚500mm,内、中、外3根钢管通过平联板形成能共同受力的类似肋板式的结构,上下排钢管间通过Φ450×12mm及Φ351×10mm的腹杆组成稳定的空间结构,沿拱轴采用变高等宽截面。相继建成的还有武汉江汉三桥(主跨280m)、广西三岸邕江大桥(主跨270m)等多座大跨钢管混凝土拱桥。以上介绍的均属于钢管混凝土拱桥的第1种类型———钢管内填混凝土。钢管混凝土的第2种类型———钢管内填外包型。已建成的有四川内江新龙坳大桥、广西邕宁邕江大桥、江西德兴太白桥、四川盐源金河雅砻江大桥、攀枝花倮果金沙江大桥和万江大桥等,其中最著名的是重庆万江大桥,L=420m,上承式拱桥,采用了10根钢管组成空间桁架(10Φ402×16 mm,Q345钢材),吊装成拱后,向管内灌C60混凝土,然后挂模板浇筑混凝土,成为高7m、宽16.0m的单箱三室箱形截面拱肋,桥面总宽24 m。这是迄今为止全世界跨度最大的以钢管混凝土为劲性骨架的公路拱桥。

在这短短的20多年时间里,我国建造了近200多座跨度不一的钢管混凝土拱桥,究其原因,从钢管混凝土拱桥自身而言,可归纳为以下几个方面:

（1） 跨度适应能力强。中国幅员辽阔,地形复杂,江河山谷众多,需要建造跨度各异的桥

梁。实践证明,钢管混凝土拱桥在100-400m以内具有很强的适应性和竞争力;

（2） 承载能力大,施工快捷。钢管混凝土利用内填混凝土增强管壁的稳定性,又利用钢管对核心混凝土的套箍作用,使钢管混凝土的优越性能得到充分发挥,具有很高的抗压强度和抗变形能力,非常适合以偏心受压为主的拱桥。施工时,钢管充当很好的模板,无需额外的脚手架和模板,又起到劲性骨架的作用。另一方面,桥梁基坑开挖、基础与混凝土浇筑、钢管加工、吊杆制作、横梁和桥面板预制可同时进行,模块化程度高,节省了施工工期,与同等跨径的其它体系桥梁相比,可节省工期30%以上;

（3） 地基适应能力强。钢管混凝土拱桥可根据不同的地质条件和桥位断面,设计成有推力的拱桥(上承式和中承式拱),也可设计成无推力的系杆拱桥(下承式或带半跨边孔的飞雁式组合拱);

（4） 造型优美。优秀的桥梁建筑,除实用的功能外,还应是一个高雅的建筑艺术品,成为一个城市

或地区的标志(象征),如举世闻名的美国旧金山大桥、悉尼港的钢拱桥。钢管混凝土拱桥犹如一道靓丽的彩虹横跨大江两岸,配合恰当的灯光设计,令人赏心悦目;

（5） 有较成熟的施工技术作支撑。中国是建造拱桥最多的国家,经过长期的探索,已掌握了成套的施工技术,如无支架缆索吊装法,转体施工法。前者配合千斤顶由高强钢绞线做扣索,具有索力和拱轴线型控制精度高,并且突破了只适用于5段以内的,能用于多节段拱肋吊装;后者的平转和竖转技术也已相当成熟,已成功地用于多座钢管混凝土拱桥的安装;

（6） 大直径钢管(Φ1000以上)卷制工厂化。有力地促进了我国钢管混凝土拱桥的发

展。

钢管混凝土在桥梁工程中的应用已有100多年的历史。早在1879年,英国的Severn铁路桥建设中就采用了钢管桥墩,当时在管中灌注混凝土主要用来防止内部锈蚀并承受压力。钢管混凝土应用于拱桥结构,始于20世纪30年代末期,前苏联著名桥梁专家Perederiy教授用钢管混凝土建造了跨越列宁格勒涅瓦河跨度101m的拱梁组合体系。与此同时,1939年,Rosnovskiy教授在西伯利亚也用钢管混凝土建造了一座跨度达140m的铁路拱桥。法国已建的

凯泽莱尔桥,主跨为220m的下承式拱桥;法国Antrenas桥,主骨架为一根Φ1200mm壁厚32mm的钢管混凝土空间桁架组合拱,主跨56m,桥85m,宽15m。法国还有一座钢管混凝土拱桥正在修建中,它位于Cantabrico公路上,跨越Escudo河,长229m,宽30m。其主跨为跨径126.4m的上承式拱桥。日本的松岛桥,为126m跨径的上承式钢管混凝土拱桥;日本青叶大桥采用了钢管混凝土劲性骨架,主跨180m。日本的长崎西海二桥也拟采用钢管混凝土拱桥,跨径230m,中承式,正在设计中。美国于1999年在芝加哥市修建了一座中承式钢管混凝土拱桥(Damen Avenue Arch),主跨74m,桥长94m,桥宽21.9m,拱肋采用直径为Φ1.2m的钢管、壁厚25 mm,拱肋间不设横撑。总的来说,国外修建钢管混凝土拱桥的跨径较小,数量也不多,相关报道较少。

尽管钢管混凝土拱桥发展很快,跨径已达到460m (重庆巫峡长江大桥),但是其设计理论,计算方法,规范制定等方面却比较落后,具体体现在以下几个方面:

（1） 钢管混凝土的本构关系。由于钢管混凝土力学行为的复杂性,迄今尚未建立起比较完善的本构关系,特别是混凝土的本构关系,现有的本构关系虽然包括混凝土的弹性、弹塑性和屈服阶段,但大都以回归公式为主。钢管与混凝土各自的本构关系如何选取,才能使二者

的结合最优,缺乏研究。

（2） 由于目前拱桥的施工过程中总是先架设空钢管,然后向管内浇注混凝土,这就在钢管中集聚了初始应力,这种初始应力与拱桥预拱度的设置,施工偏差,拱轴线与压力线不重合等产生的附加应力产生耦合,对钢管混凝土极限承载力的影响有多大,值得深入研究。

（3） 钢管混凝土拱桥的有限元计算理论缺乏统一性。基于现有的资料,未呈见过各种计算理论的比较。现有的计算模型有熊峰的钢管混凝土结构的矩阵位移法,严志刚的3节点钢管混凝土梁单元,Hajjar建立的三维钢管混凝土单元,王小岗提出的三维退化层合曲梁单元等。这些模型各有优缺点。

（4） 由于核心混凝土的收缩,钢管混凝土拱肋中出现钢管与混凝土不密贴的现象。尤其是在拱顶。工程中常采用压浆或微膨胀混凝土来解决混凝土的收缩。但微膨胀混凝土的效果也缺乏细致的研究。此外,有人认为在日照下钢管与混凝土会受到温差的影响而出现空隙,以致使套箍力的发挥在工程界存在质疑。对于这个问题目前还缺乏深入的研究。

（5） 钢管混凝土桁架节点与柔性吊杆的疲劳问题,研究不够深入。

（6） 设计规范。随着钢管混凝土拱桥的不断发展,对其专门规范的制定要求更加迫切。当前存在于设计、制作、施工之间的并影响到业主、监理判断和裁定的一些不协调问题,既需要理论上的支持,实践中的检验,更需要规范的量定。

钢管混凝土拱桥以跨径适应能力大,施工快捷,外形美观,对地基要求低等一系列优势必将得到进一步的发展,但是在钢管混凝土拱桥这一新型领域还有许多需要进一步探讨的地方。比如大跨度和超大跨度的钢管混凝土拱桥的问题,大跨度结构的空间非线性变形的理论

分析方法,大跨度和超大跨度钢管混凝土拱桥的自架设施工技术及其施工控制方面的问题。随着这些问题逐一得到解决,相信钢管混凝土拱桥的跨度将达到650m,甚至超过1000m。

4 劲性骨架混凝土拱桥的发展

劲性骨架混凝土拱桥实质上是内填外包式的钢管混凝土结构，其是适应大跨度混凝土拱桥“自架设”应运而生的。其基本原理是利用自重轻基本原理是利用自重轻、强度、刚度均较大的钢管骨架容易架设，并具有承受后续浇筑混凝土重力的特点，以实现较大的跨越和降低施工费用的目的。劲性骨架法可将较重的混凝土拱的架设问题转化为较轻的钢劲性骨架拱的架设问题,大大提高了混凝土拱桥的跨越能力。其关键问题在于钢骨架耗用的钢材用量和骨架本身刚度和稳定性之间的矛盾。传统的型钢劲性骨架用钢量大且无法像一般支架一样回收,使建桥费用急剧上升,即使在相对人工费用较高、材料费用较低的发达国家也很少采用。在我国,20世纪80年代提出了“半刚性”劲性骨架的施工方法,减少了用钢量,然而如何保证劲性骨架的刚度、现浇混凝土拱圈的线形和施工过程中的安全,并没有得到很好解决。随着钢管混凝土拱桥的出现,我国将钢管混凝土作为劲性骨架的施工方法,才较好地解决了这些问题,也使劲性骨架法成为大跨径混凝土拱桥中最具有竞争力的施工方法。如我国跨径最大与第三的重庆万州长江大桥(420 m)与广西邕宁邕江大桥(312 m)都采用了这种施工方法。当然,在大跨径混凝土拱桥的施工中,这种方法还存在着现浇混凝土数量较大、施工周期长、人工用量大等缺点,这些问题还有待今后改进。其施工程序一般是：劲性骨架安装；灌注管内混凝土；灌注钢管外包混凝土，从而形成钢筋混凝土结构。在这种结构中，先期形成的钢管和钢管混凝土是作为施工的劲性骨架而起作用的，在成桥后，劲性骨架也参与结构受力，但钢管混凝土的结构布置和截面大小一般是由施工受力控制的。万江公路大桥全长856.12m，主桥为一孔净跨420m、矢跨比1/5的上承式钢筋混凝土箱形拱桥，钢管劲性骨架成拱，拱上结构为14孔30m预应力简支T梁，引桥为13孔30m预应力简支T形梁桥。桥面连续，宽24m。拱圈采用钢管混凝土劲性骨架外包C60级高强混

凝土复台结构。其中钢管混凝土劲性骨架先期是施工构架，在拱图形成后它就成为拱国内的劲性钢筋。大桥于1994年5月开工、1997年6月竣工，是当时世界上跨径和规模最大的混凝土拱桥。

劲性骨架混凝土拱桥的外包拱圈以钢管混凝土劲性骨架为依托，利用吊挂模板浇筑，并按照横向分块、纵向分环和分段的原则外包混凝土。劲性骨架单独承担拱圈第一环的混凝土重力，随后各环混凝土的重力由先期浇筑的混凝土环与劲性骨架形成的组合结构共同承担。

5 钢箱拱桥

上海卢浦大桥作为钢箱拱桥的代表，主跨550m，采用空间提篮中承式拱梁组合体系，为目前世界同类桥型中跨度最大的拱桥。主桥建成双向六车道，并设两条观光人行道。主桥于2000年10月18日开工，2002年10月7日主拱合龙，2003年2月7日桥面贯通，2003年6月28日建成通车。

2009年2月28日，随着南宁大桥最后一个重达148吨的钢箱缓缓嵌入安装好的桥面，至此历时近四年被誉为“世界首座大跨径曲线梁非对称外倾拱桥”的南宁大桥桥面全部合龙，南宁大桥钢箱拱桥的典型代表，新时期拱桥的完美发展。

6 结语

随着高强高性能混凝土、新型钢材等材料的开发，新型结构的应用以及施工工艺的不断进步，使得大跨径拱桥的修建成为可能。

我国大跨度混凝土拱桥建设已取得了很高的技术成就,无论数量还是跨径,我国大跨径混凝土拱桥建设成就均名列世界第一。然而,近期混凝土拱桥的研究与应用在国内与其他桥型相比相对落后。日本和克罗地亚等国近期对超大跨径混凝土拱桥的研究十分活跃,我国应该认真学习、加强合作、抓紧研究,努力保持我国在大跨径混凝土拱桥方面的技术优势,努力使混凝土拱桥在我国交通建设中继续发挥其应有的作用。

我国混凝土拱桥已取得的主要技术成就在结构的轻型化和施工方法的进步上。早期以结构轻型化为主,适应了当时的经济社会形势,但轻型拱在使用中也暴露出结构上的缺陷,加固任务十分繁重。近20-30年大跨度混凝土拱桥主要采用箱形拱和箱肋拱结构,技术进步更是主要体现在施工方法上。大吨位、大跨径缆索吊装系统的开发、千斤顶斜拉扣挂技术;采用钢管混凝土作为劲性骨架;将水平转体应用于拱桥施工,从有平衡重向无平衡重发展等,都是极具中国特色与优势的拱桥施工技术。

从现有技术条件来看,跨径在160m及以下跨径的混凝土拱桥已有大量的修建,技术已日趋成熟,在山区中有着良好的经济性,是目前混凝土拱桥最具竞争能力的跨径范围。跨径在161-199m时,有一定的技术难度,但也不难克服,是较具竞争能力的跨径范围。跨径在200m以上时,可以说有相当的技术难度,其竞争力要依具体的工程情况而定。从世界范围看,跨径大于300m的混凝土拱桥,其技术还处于研究阶段。

混凝土拱桥的结构中,有推力的拱桥占绝大多数,上承式无铰拱要占总数的一半以上。特别适用于山区地形与地质,在西南地区得到大量的应用,在西部交通建设中还将发挥着极其重要的作用。

在主拱结构中,矢跨比多在1/5-1/8之间,以1/6居多,也较合理。拱轴线形多为悬链线和抛物线。上承式无铰拱和中承式无铰拱几乎全部采用悬链线,抛物线在轻型拱中应用较多。

主拱截面以箱形为主。

施工方法中,采用悬臂法的占到60%以上;其余3种方法(劲性骨架法、支架法、转体法)大致接近。悬臂施工法中以斜拉悬臂法为主,悬臂桁架法主要用于预应力桁式组合拱。斜拉悬臂法中又以斜拉悬臂拼装为主,斜拉悬臂浇筑仅在1座桥中应用。将钢管混凝土作为劲性骨架的施工方法,是目前大跨径混凝土拱桥中最具有竞争力的施工方法。转体法中,水平转体法仅在我国采用,在许多特定条件下能取得很好的效果,但适用跨径范围有限;竖向转体法在我国主要应用于钢管混凝土拱桥之中,在混凝土拱桥中还未见应用。

拱桥的发展,在结构方面应以减轻结构自重为主要目标。在减轻主拱自重方面,一是使用高强混凝土材料(如RPC材料);二是向宽箱、少箱发展,以减少腹板的体积;三是采用变截面;四是采用钢-混凝土组合结构,如钢腹板(杆)-混凝土组合拱新桥型。在减轻拱上建筑自重方面,可以采用钢-混凝土组合结构作为桥道系。

在施工方面,悬臂施工法还是其主要的选择,在发扬斜拉悬臂拼装法的传统与优势的同时,要积极探索斜拉悬臂浇筑方法和组合施工法。对于更大跨径的拱桥,应探索组合施工法,如拱顶段用劲性骨架,边段用斜拉悬臂或悬臂桁架;有时还可配合主拱圈的构造,边段用全截面,跨中用中截面先合龙等。

【参考文献】

【1】 拱桥，王国鼎，钟圣斌主编，北京：人民交通出版社，2000

【2】 大跨度桥梁施工技术，王武勤编著，北京：人民交通出版社，2006