浅谈拱架

田 源

(铜仁公路管理局)

1 木拱架

目前在拱桥建筑中,木拱架的应用较广。这是因为它的制作和安装工作较简单,在工地上不需要复杂的工具和设备就可以把拱架建造好,投资也较少。木拱架的缺点就是需要大量木料。

(1)满布式拱架

满布式拱架是由拱架上部、拱架下部和卸架设备(木楔或砂筒)三部分组成。

拱架上部包括模板、横梁、弓形木、斜撑、立柱和大梁等。并由弓形木、斜撑立柱和大梁组成拱形桁架,其型式有柱式、斜撑式和小扇形式等。

模板可顺桥方向钉于横梁上,模板厚 2.5～4cm,横梁间距 60～80cm。也可横向钉在弓形木上,不另设横梁,模板厚 6～8cm。弓形木支承在立柱或斜撑上,长度一般为 1.5～2m。弓形木上曲率应和拱轴线的曲率一致。立柱间距一般为 1.5～5m。为了加强稳定,立柱之间和斜撑之间设有夹木。拱架横向间距一般为 1～1.7m。由横向夹木和设在大梁之间的水平风撑连接。

拱架下部(或称支架)一般由帽木、立柱、夹木和基础组成。根据支架型式的不同满布式拱架可分为排架式和斜撑式两种。

(2)拱式拱架

拱式拱架常用的型式有夹合木拱架和三铰桁式木拱架等。拱式拱架跨中一般不设支架,适用于墩高、水深、流急和在施工期间需要维持通航的河流。

①夹合木拱架

夹合木拱架是用多层木板叠合后用夹具夹紧制成,每块木板的长度约 3～4m,厚度为 2～4cm。上下层拼接点要互相错开,使每一截面只有一层拼接。板面不要刨光。以增加木板间的摩擦力。夹具用两块角铁(60mm×60mm× 6mm)和两根螺栓(L＜10m用Φ12;L＞10m用Φ16)组成。

相邻两片拱架间距约为 1m,各片拱架用横梁连接,横梁上钉模板。在拱腹上另设几根横向牵枋。拱架两端支于三角垫木上,三角垫木置于卸架设备上。

夹合木拱架的优点是能用较小尺寸的板料拼接而不需大料,木板能重复使用。其缺点是制作、架设的技术要求较高,耗用大批铁件,而且稳定性较差,需加强拱肋间的横向联系。

②三铰桁式木拱架

三铰桁式木拱架是用两片对称弓形桁架在拱顶拼接而成,两端直接支承在墩台所挑出的牛腿上或紧贴墩台的临时排架上。结构型式按腹杆的布置有Ⅳ式、y式和反向斜杆的交叉式等。

三铰桁架式拱架的构造与满布式拱架上部相似,上弦相当于满布式的弓形木,在上弦之上设置弓形垫木、横梁和模板。模板在拱顶(设铰处)宜连续铺设,不必间断。因模板较薄,不致影响铰的作用,还可以起到加强两半拱整体性和稳定性的作用。为了加强各拱桁架的横向联系,各榀拱桁之间在各节间设剪力撑,并在上下弦平面内设置上下风构。

三铰桁式拱架的优点是木料用量少,可重复使用。其缺点是对木料的质量要求较高,制作、架设也比较困难。而且整体稳定性较差,除在结构上加强纵横联系外,还需设抗风缆索。

2 钢拱架

钢拱架能节约大量木料,而且装拆及运输都很方便。虽然用钢量多,投资费用大,但能多次使用,每次使用的折旧率低,因此,钢拱架仍比木拱架经济得多。钢拱架的主要缺点是弹性变形和由温度引起的变形都比木拱架大,且钢拱架和拱圈的线膨胀系数又不相等,如果拱圈分段的空缝位置设置得不恰当,当温度变化较大时,容易使拱圈发生裂缝。

(1)梁式钢拱架

梁式钢拱架是用工字钢做成,上垫弓形木。当支架间的距离较大时,可用桁架代替工字钢。支架可做成塔架式结构。

(2)拱式钢拱架

拱式钢铁拱架是由几根直线形的工字钢连接而成的折线型拱架。接头用铆接、螺栓接或焊接。当跨径很大时,可做成桁架式。

3 土牛拱胎

土牛拱胎是用填筑而成,顶面作成与拱圈腹面相适应的曲面,并准确埋入弓形木,使填土顶面与弓形木齐平。在有水的河流中应在土牛底部设置临时涵洞。

土牛顶面宽度应较拱圈略宽 0.5～1.0m,以免边缘松动坍塌。在施工期间可能降雨时,土牛顶面应铺一层油毛毡,边坡用草覆盖,防止雨水浸入。

土牛拱胎的优点是施工方法简单,可就地取材,节约木料。其缺点是耗费劳力较多,施工期间妨碍泄洪。