浅谈刚架拱桥在农桥建设中的应用

张 伟 路伟亭

浅谈刚架拱桥在农桥建设中的应用

张 伟 路伟亭

一、概况

农桥中常用的桥型为梁式桥和拱桥。由于梁式桥桥面为受弯构件，跨度过大时，经济效益较差，因此农桥建设多采用拱桥。拱桥分为砖板拱桥、双曲拱桥、肋拱桥、桁架拱桥、框架拱桥和刚架拱桥等。

目前使用较多的农桥为砖板拱桥、双曲拱桥、桁架拱桥三种桥。砖板拱桥多用于小跨径（几米以下）乡村农桥，结构简单，施工方便，较为经济，但受力条件较差，承载力低。双曲拱桥多用于乡镇跨沟河道路（12～25m跨农桥），结构受力条件不如桁架拱桥，拱肋易出裂缝，造价约高于桁架拱桥30%，即将被淘汰。桁架拱桥多用于（15～30m）跨农桥，自重轻，混凝土用量少（至少要比双曲拱桥省1/4），结构受力合理，竖向承载力大，整体性好，施工方便，近几年应用广泛。

刚架拱桥是在桁架拱桥和斜腿刚架基础上发展而成的一种新型桥，外型简洁，施工方便，整体刚度比桁架拱桥小，经济指标与桁架拱桥相仿。刚架拱农桥在江苏省已广泛使用。

二、桥型结构特点

不论是何种结构的桥梁，均是由上部桥跨和下部结构两大基本部分组成。双曲拱桥上部结构由主拱圈、腹拱和桥面系组成，主拱圈由拱肋、拱波（预制）、拱板（现浇）、横隔板组成，采用装配整体式结构。

刚架拱桥上部结构如图1所示。上部结构由刚架拱片、横隔板、桥面系组成。横向布置根据桥宽及荷载可选用双肋、三肋或多肋；拱片根据施工方法及吊装能力分段预制拼装；下部结构与桁架拱桥相仿。

三、结构力学特性

双曲拱桥的主要承重结构是主拱圈，拱上部分并不参与整体受力，腹拱为传力结构及填料，拱肋是主拱圈的主要部分，是砌筑拱波和浇筑拱板的支架。拱板又多为现浇拱波，起着把预削拱肋、拱波“集零为整”的作用。双曲拱的主要特点就是把结构“化整为零”，分成数量众多的单体，以便于预制施工，再“集零为整”以承受荷载。

图1 刚架拱桥上部结构图

刚架拱桥的全桥在恒载作用下无拉杆，除边腹孔弦杆为拉杆，其余均为压弯杆件，能充分利用混凝土抗压强度高的性能。刚架拱桥属二级段受载，恒载由曲拱片承受，活载由组合结构承受，桥面结构与拱片粘结成整体，形成共同作用的组合截面，抗弯能力显著增大，并使整个拱上建筑消除了单纯的“传力结构”。刚架拱桥结构轻巧，整体刚度较小，比桁架拱桥更符合干软土地基上建筑桥梁的要求。

四、施工特点

刚架拱桥施工特点包括：（1）结构线型简单，杆件和结点较少且由条形构件组成，分段立模、起模，翻转均较方便，不易开裂；条形构件施工单元，运输时可用小平板拖运，吊装时避免了转体工序，减少了施工危险性。（2）安装时，先由主拱腿和实腹段拼接成肋拱，若采用有支架施工，支架只需承受主拱腿和实腹段重，等肋拱达到一定强度即可卸架，拱片的其他构件和桥面恒载则由肋拱承受。（3）装配化程度高，其上部结构除桥面外都是预制构件，预制装配率达70%以上，施工工序简单，缩短了施工工期。（4）圬工工程量少，与双曲拱桥相比，其桥身和桥台的圬工工程量减少30%～40%。

五、刚架拱桥设计要点计算

刚架拱桥拱轴线常以拱底曲线来表示。

1.结构轴线

一般采用二次抛物线，也可采用圆弧线。实腹段拱底曲线方程计算：

主拱腿各点坐标按下式计算：

表1 双曲拱桥及刚架拱桥工程量及投资统计比较表

2.设计计算步骤

按设计资料（设计荷载、桥净跨、净宽等）要求计算步骤分为：（1）拟定截面尺寸；（2）截面特性计算（裸肋、组合截面）；（3）结构轴线坐标计算；（4）计算图式；（5）内力计算（恒载、活载）；（6）配筋计算；（7）绘制施工图。

六、用材指标分析

双曲拱桥及刚架拱桥工程量及投资统计比较见表1。

由表1可知，同跨径同荷载的刚架拱桥比双曲拱桥造价降低40%左右。

七、结论

刚架拱桥比双曲拱桥结构更为合理，力学性能更好，施工装配化程度更高，造价更低，降低近40%，是比较先进的桥型，易在农桥中推广应用

安徽省界首市水务局236500 安徽省水利科学研究院233000）

（专栏编辑：徐 攀）