桁架拱桥的构造特点

杨 俭

(贵州省交通建设咨询监理有限公司)

桁架拱桥又称拱形桁架桥。桁架拱桥一般由上、下弦杆、腹杆、实腹段组成的桁架拱片，横向连接系和桥面三部分组成。桁架拱桥布置如图1所示。

图1 桁架拱桥立面布置图

桁架拱桥的拱上结构与拱肋融为一体共同受力，整体性好。桁架部分各杆件主要承受轴向力，具有普通桁架的受力特点。实腹段具有拱的受力特点:水平推力减小了跨中弯矩，使跨中实腹段在恒载作用下，主要承受轴向压力;在活载作用下，跨中实腹段将承受弯矩，成为偏心受压构件。桁架拱桥综合了桁架和拱的有利因素，以承受轴向力为主，可采用圬工材料修建，并能充分发挥圬工材料的特性。同时，拱上结构与拱肋已形成桁架，能充分发挥全截面材料的作用，与相同跨径梁桥相比，节省钢材较多，圬工用量与梁桥接近，但比同等跨径拱桥要少。另外，由于桁架拱外部通常采用两铰结构，因而地基位移、温度变化等产生的附加内力较小。桁架拱桥受力合理，自重轻、用料少，适合软土地基上采用。

桁架拱各节点均为刚性连接，由于节点的次应力容易导致杆件两端开裂，影口向桁架拱的耐久性;桁架拱是推力结构，支点反力大，对地基有一定的要求;桁架拱一般采用预制安装，预制和安装中对施工工艺要求较高等。因此，桁架拱桥的应用范围以20～50 m的中等跨径为宜。但是，如果对桁架拱施加预应力，可克服受拉杆件开裂的问题，并可使跨径增大。

1 斜(腹)杆式拱桥

斜(腹)杆式，其中三角形腹杆的桁架拱片腹杆根数少，杆件的总长度也最短，因此腹杆用料省，整体刚度较大。但是当拱跨较大、矢高较高时，三角形体系的节间就过大，为了承受桥面荷载，就要增加桥面构件钢筋用量。因此，宜增设竖杆来减少节间长度，成为带竖杆的三角形桁架拱。根据斜杆倾斜方向不同，又有斜压杆和斜拉杆两种。前者斜杆受压，竖杆受拉，且斜杆的长度随矢高和节间长度的增大而显著增大，尤其是第一个节间内的斜杆长度更大。为了防止斜杆失稳而需增大截面尺寸，可采用不同截面尺寸的斜杆以节省材料，但施工麻烦。同时，这种斜压杆式的桁架拱外形不太美观，故目前较少采用。斜拉杆则相反，斜杆受拉而竖杆受压。为避免拉杆及节点开裂，并减小截面尺寸，节省材料，可采用预应力混凝土斜拉杆，外形也较美观，是常用的一种形式。

2 竖(腹)杆式拱桥

竖(腹)杆式桁架拱片外形较整齐美观，节点构造简单，施工方便，但整体刚度小，竖杆与上、下弦杆连接点易开裂，适用于荷载小、跨径较小的桥梁。

3 桁肋式拱桥

这种形式实质上为普通型上承式拱桥，仅是将主拱圈改为桁架结构。桁肋高度小，装方便，适宜于无支架施工。但由于桁架在拱脚处固结，基础变位、温度变化和混凝土徐变引起的附加内力较大，拱脚上弦杆易开裂。

4 桁式组合拱桥

桁式组合拱桥与普通桁架拱桥的主要区别在于上弦杆断点位置不同。普通桁架拱桥的上弦杆简支于墩(台)上，上弦杆与墩(台)之间没有断缝(即断点)，而桁式组合拱桥上弦杆却是在墩(台)顶部至拱顶之间适当位置断开，形成一条断缝(即断点)，从断点至墩(台)顶部形成一个悬臂桁架，并与墩(台)固结，跨间两断点之间为一普通桁架拱，全桥下弦杆保持连续。从力学上看，相当于普通桁架拱支承于两端的悬臂桁梁上，从而形成梁拱组合体系，优化断点位置，一般在(0.5～0.6)L处。

桁式组合拱常用于100 m以上跨径的特大型预应力混凝土拱桥，目前已建成的贵州江界河大桥，跨径达330 m，居世界首位。

桁式组合拱的特点是保留了普通桁架拱的优点，纵、横刚度大，施工和运营阶段稳定性好，拱顶正弯矩比同跨径普通桁架拱减少30%以上，构造简单，由于上弦杆断开，其拉力比同跨径普通桁架拱减少2/3以上。悬臂桁架在施工和运营阶段受力一致，不需额外增加施工用材，总体经济性较好。