在役石拱桥结构分析理论的探讨

常 亮

1 石拱桥的特点及发展需求

拱桥是一种历史悠久，又充满生机的桥型。与普通梁式桥梁相比，拱桥是一种推力结构，在竖向荷载作用下，拱趾会产生水平推力，其研究有两大需求:1)服役石拱桥承载力评估的需求;2)石拱桥理论研究的需求。

2 石拱桥结构分析理论的研究现状

在旧桥利用的过程中，为了探明实腹拱桥承载潜力的所在，以便改进设计方法，并为鉴定旧拱桥提供适当的理论依据，进行了一系列的模型试验和实物试验。

对于这种拱桥除考虑径向抗力之外，另引入切向力的作用来考虑拱上结构与拱圈之间的相互作用力，必能更好地反映出这种拱桥的真实工作情况。

对于主拱圈的轴力，联合作用效果不明显，基本上无折减，一般不考虑联合作用，可按裸拱分析，由于拱上结构参加主拱的联合作用，全桥结构刚度提高，温度变化、材料收缩、墩台位移对主拱圈的影响会加大，如图1所示。

巴良柯夫推荐的近似方法计算如图2所示，这种近似计算方法基于以下两条假设:

1)立墙(立柱)上、下两端与梁及拱连接处视为铰接;

2)拱上结构对多余未知力——弹性中心处的水平推力、竖向剪力及弯矩影响不显著，尤其对水平推力及竖向剪力几乎没有影响。

在拱桥的使用过程中拱趾不同程度的出现了开裂，拱趾截面进入弹塑性状态且拱趾截面发生转动，针对上述实际工况，上官兴先生提出了平铰拱理论，计算图式见图3。

3 石拱桥结构分析的发展趋势

3.1 拱上建筑与主拱圈的联合作用

拱桥是多次超静定的空间结构，当拱上建筑为拱式建筑时，石拱桥的主拱圈和与拱上建筑联合受力是明显的，主拱的弹性变位会影响到拱上腹拱的内力，拱上腹拱则约束着主拱的变位。考虑与主拱共同工作计算所得的内力与分开计算的结果迥然不同，如按分开计算而采用的构造不妥，则拱上建筑可能严重开裂甚至破坏。

3.2 拱趾的内力计算模型

在石拱桥结构分析中，表明按无铰拱设计的石拱桥拱趾开裂后截面发生应力重分布，支承条件不再是固端，随着开裂程度深入，整个计算图式由无铰拱向平铰拱再向二铰拱转化。说明拱桥的不同工况，结构体系是在发生变化的，要针对不同的情况进行结构分析。

4 结语

1)石拱桥的结构分析由平面主拱圈的分析向空间全桥用实体单元来分析，并考虑拱背填料的影响;

2)结构计算模型上发展了平铰拱理论，考虑拱上建筑联合作用的简化分析方法。

[1] 张 翔.RC—石砌体组合拱桥初步研究[D].西安:长安大学，2003:6.

[2] 蔺锡九，杨高中，蔡国宏.考虑拱上结构作用时实腹拱设计法[J].公路，1994(6):25-27.

[3] 顾懋清，石绍甫.公路桥涵设计手册——拱桥[M].北京:人民交通出版社，2000:288-290.

[4] 铁道部第一勘测设计院，兰州铁道学院.涵洞与拱桥[M].北京:中国铁道出版社，1994:268-274.

[5] 王国鼎.拱桥连拱计算[M].第2版.北京:人民交通出版社，1998.

[6] 房贞政.桥梁工程[M].北京:中国建筑工业出版社，2004.

[7] 王世槐.圬工拱桥[M].北京:人民交通出版社，1983.

[8] JTJ 022-85，公路砖石及混凝土桥涵设计规范[S].

[9] 上官兴.拱桥联合作用的简化计算[J].公路工程通讯，1987(34):39-101.

[10] 罗松南，苏梅芳.石拱桥拱脚开裂过程中的内力分析[J].湖南大学学报(自然科学版)，2003，30(4):11-13.