桥梁桁式组合拱桥

建材发展导向2018年第11期66双曲拱、桁架拱、刚架拱是我国自主发明新型桥型，大多建于20世纪80年代以前，为当时我国社会发展做出许多不可磨灭的贡献。

但是随着时间的推移，各个桥型都出现了许多病害问题，使得人们对这三种桥型的耐久性以及后期应用提出了很多的质疑。

1　拱桥的组成和分类拱桥可分为上部结构和下部结构，上部结构包括主拱圈和拱上建筑（传载构件与桥面系）；下部结构包括桥墩、桥台以及桥墩基础。

拱桥的分类形式很多种，描述侧重点不同，分类也不同。

如对拱桥的建筑材料描述，可分为钢拱桥、圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥等；对拱轴线的形式描述，可分为圆弧拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥；对拱上建筑形式描述：可分为实腹式拱桥、空腹式拱桥、组合体系拱桥；对行车道位置描述，可分为上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥；对结构体系描述，可分为简单体系拱桥、组合体系拱桥、拱片桥。

双曲拱桥属于简单体系桥，桁架拱桥和刚架拱桥属于拱片桥。

2　简述双曲拱、桁架拱、刚架拱2.1　双曲拱20世纪60年代诞生于江南水乡无锡县的农桥队，因从民间砖砌双曲墓穴的拱圈中得到启发而发明。

双曲拱的主拱圈由拱肋、拱波、拱板和横向联结系等构成，其外形在纵横两个方向上均呈弧形状。

主拱圈在施工过程中经历了“化整为零”和“集零为整”两个阶段，使得安装过程可以无支架施工。

双曲拱具有施工方便、造价低廉、节约工期等优点。

据不完全统计，全国共有4万多座双曲拱桥，但目前许多省份的双曲拱桥已经陆续被拆除重建。

2.2　桁架拱为了克服双曲拱桥构造上的弱点，同济大学创造了一种适合软土地基的桁架新型桥型。

桁架拱由钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土桁架片、横向联结系和桥面系组成。

桁架拱片是主要的承重结构，由上下弦杆、腹杆、实腹段组成，它在施工阶段单独受力，在竣工后与桥面板共同受力。

桁架拱是一种既具有桁架受力特点又具有拱的受力特点的桥型，可分为普通桁架拱桥和桁式组合拱桥两种桥型。

1.拱桥的施工方法。

缆索吊装施工，转体施工法，悬臂施工法，劲性骨架法，塔架施工法劲性骨架法：先焊接钢筋骨架，再浇筑混凝土包住钢筋骨架的施工方法2.拱桥分类按照拱上建筑形式分为：实腹式拱桥，空腹式拱桥按照轴线形式：圆弧线，抛物线，悬链线按照桥面位置：上承式，中承式，下承式3.拱轴系数确定（m>=1）假定m，查表计算，算得的m与假定的m比较不符合则以计算的m继续查表如此循环知道计算的m 与之相等4.拱桥的结构体系分为：简单体系，组合体系5.拱桥总体布置考虑的因素有哪些？主要有：结构体系和结构形式，桥梁长度，跨径，孔数，矢跨比，拱圈的宽高，基础形式和埋置深度等。

6.宽跨比：拱圈宽度和跨进的比值7.矢跨比：矢高和跨径的比值，矢跨比减小水平推力增加，对墩台基础不利最好在1/4~1/8之间8.不等跨分孔处理问题（经典考题）采用以下措施改善基础受力（1）采用不同的矢跨比（相邻两孔中大跨用大矢跨比，小跨用小矢跨比）（2）采用不同拱脚标高（3）调整拱上建筑质量（4）采用不同类型的拱跨结构9.基础类型：（1）浅埋基础（刚性扩大基础，柔性扩大基础）（2）深基础（桩基础，沉井基础）（3）深水基础10.埋置深度：无冲刷时从河底或地面至基础地面的距离；有冲刷时从最大冲刷线到基础底面的距离。

11.肋拱的截面形式：矩形，工字形，箱型，管型12.箱型拱截面组成方式：（1）U型多室箱型（2）工字形截面（3）闭合箱肋截面（4）单箱多室13.双曲拱桥主拱圈分为：拱肋，拱波，拱版，横向联系特点：化整为零，集零为整缺点：整体性差，使用中出现严重裂缝14.实腹式供上建筑组成：拱腹填料，侧墙，护拱，变形缝，防水层，泄水管和桥面等组成护拱作用：保护拱圈。

15.变形缝作用：变形缝不留缝宽，避免供上结构开裂，保证结构安全16.拱腹填料要求：防水性好，自重轻，变形小17.空腹式拱上建筑——梁式供上建筑分为：（1）简支腹孔（2）连续腹孔（3）框架腹孔18.什么叫联合作用？19.伸缩缝变形缝的区别？相对变形较大的位置设置伸缩缝，相对变形较小的位置设置变形缝；伸缩缝有缝宽，变形缝不留缝宽。

贵州省江界河大桥一、工程概况江界河大桥位于贵州省瓮安县境内，跨越乌江。

主孔桥型为贵州省首创的预应力混凝土桁式组合拱，边孔为桁式刚构，孔跨布置为20十25十30十330十30十20米，全长461米。

主孔跨径330米，居世界混凝土桁式桥梁之首。

桥宽13．40米，桥高263米。

l995年6月竣工通车。

全桥圬工10800立方米，平均每平方米桥面1．83立方米(其中：上部构造1．18立方米)，使用钢材1279吨，平均每平方米桥面216．8公斤(其中：上部构造177．3公斤)。

本桥跨径特大，并采用新桥型、新工艺、造型雄伟、受力合理、施工简便、省工省料，堪称"当代中国拱桥精粹，世界桁桥建设丰碑"。

二、新技术应用与科技创新(一)设计创新本桥采用贵州省首创的桁式组合拱桥新桥型，在结构设计方面有下列创新：1．在桁式结构的关键部位--节点设计中，大胆采用了空心节点，减轻了吊重和自重，这在国内外桁式桥梁中是没有先例的。

2．进行了上弦断点位置、各杆件截面面积、刚度比、边孔桥型的优化设计。

3．采用了多点、分散的群锚及竖直桩锚与水平墙锚相结合的锚碇体系。

4．采用了高强钢筋轧丝锚和高强钢丝镦头锚、弗式锚两种预应力体系，并解决了两种体系的综合运用问题。

(二)先进施工技术本桥主孔采用桁架伸臂法悬拼架设，吊装工具为1200KN钢人字桅杆吊机，施工设备少，操作简便、安全稳妥，在施工工艺上有下列突破和创新：1．构件分段和悬拼程序新颖独特，有创造性。

2．吊装质量达120吨，在超大、超长、超重构件的翻身、出肋、就位等的操作工艺上有创新。

3．采用了临时扣挂、临时支撑、临时张拉等多种临时悬挂、稳定构件的工艺。

4．摸索出了柔索悬挂高程控制的方法，使工程控制达到了很高的精度。

5．对人字桅杆吊机进行了改进，使之功能更完善，并能整体纵、横向移动。

(三)工程总体水平评价1．桥型为贵州省首创，国外未见过此种桥型的报道。

2．主孔跨径330米，为世界混凝土桁式桥梁之首。

一、桥梁的组成分类(一)桥梁的基本组成部分1．上部结构(也称桥跨结构)一般包括桥面构造(行车道、人行道、栏杆等)、桥梁跨越部分的承载结构和桥梁支座。

2．下部结构下部结构是指桥梁结构中设置在地基上用以支承桥跨结构，将其荷载传递至地基的结构部分。

一般包括桥墩、桥台及墩台基础。

(二)桥梁的分类(1)根据桥梁主跨结构所用材料划分。

(2)根据桥梁所跨越的障碍物划分。

（3）根据桥梁的用途划分。

（4）根据桥梁跨径总长L和单孔跨径Lo的不同，桥梁可分为特大桥(L≥500m或Lo≥100m)大桥(L≥100m，Lo≥40m)中桥(100m>L>30或40m>Lo>20m)小桥(30m>L>8m或20m>Lo>≥5m)(5)根据桥面在桥跨结构中的位置，桥梁可分为上承式、中承式和下承式桥。

(6)根据桥梁的结构形式，桥梁可划分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥和组合式桥。

例题、大桥跨径总长L和单孔跨径Lo为[ ]A、L≥500m或Lo≥lOOmB、L≥100m，Lo≥40mC、lOOm>L>30或40m>Lo>20mD、30m>L>8m或20m>Lo>≥5m答案；B二、桥梁上部结构(一)桥面构造1．桥面铺装及排水、防水系统(1)桥面铺装。

桥面铺装即行车道铺装，亦称桥面保护层。

桥面铺装的形式有：1)水泥混凝土或沥青混凝土铺装。

2)防水混凝土铺装。

(2)桥面纵横坡。

桥面的纵坡，一般都做成双向纵坡。

(3)桥面排水和防水设施。

1)桥面排水。

在桥面上除设置纵横坡排水外，常常需要设置一定数量的泄水管。

当桥面纵坡大于2％而桥长大于50m时，每隔12-15m设置一个；桥面纵坡小于2％时，一般顺桥长方向每隔6-8m设置一个。

2)防水层。

桥面防水层设置在桥面铺装层下面，它将透过铺装层渗下来的雨水汇集到排水设施(泄水管)排出。

桥面伸缩缝处应连续铺设，不可切断；桥面纵向应铺过桥台背；截面横向两侧，则应伸过缘石底面从人行道与缘石砌缝里向上叠起lOOmm。

桁架拱桥的维修加固方案 阜阳市于20世纪70年代初开始引进钢筋混凝土桁架拱桥，至今已建成使用的桁架拱桥达30多座。

随着时间的推移，经济的发展带来交通流量的大幅增长，特别是超载运输车辆的通行，早期修建的荷载标准低的桁架拱桥出现了不同程度的病害和损伤。

为适应公路交通运输的需要，阜阳市公路局近几年来先后对出现病害的几座大型桁架拱桥，如临泉泉河大桥（7×30 m）、界首颍河大桥（6×30 m）、阜阳茨淮新河大桥（6×54 m）、太和颖河二桥（6×50 m）、临泉人民大桥（3×30 m）等进行了维修加固工作，积累了一定的经验，现介绍如下。

　1、桁架拱桥的常见病害及产生原因 （1）下弦杆拱脚处横向裂缝。

主要原因是桥台、墩基础出现不均匀沉降，使拱脚处出现竖向剪切应力，导致拱脚下弦杆件出现裂缝。

（2）弦杆端部节点裂缝。

主要原因是桥台、墩基础出现不均匀沉降，造成上弦杆端部凸杆与桥台、墩柱搭接扣死，使该节点出现竖向剪切应力，导致节点出现裂缝。

（3）横系梁、横拉杆、横隔板竖向开裂。

主要原因是由于原行架拱桥设计标准较低，横向联系较薄弱，而近10年来交通量大而且超载车辆比例大，造成桁架竖向变形量大，使横向联系的梁、杆、板出现竖向裂缝，甚至断裂。

（4）桥面板裂缝、破碎。

主要原因是桥面板设计标准低，微弯板或拱波厚度不足，混凝土强度低，桥面铺装层薄弱，造成桥面刚度不足，随着交通量的大幅增加，特别是超载车辆的破坏作用，致使桥面铺装层和微弯板开裂，如不及时维修，部分微弯板发生破碎，形成桥面坑洞而影响行车安全。

（5）伸缩缝损坏。

主要原因是桁架拱桥设计时不设伸缩装置或仅设置简易伸缩缝，混凝土强度设计较低，桥面接缝处混凝土损坏严重，逐渐开裂、破碎，使接缝处面积逐渐扩大而影响桥梁的安全使用。

（6）人行道变形、下垂。

主要原因是桁架拱桥的人行道设计一般采用在边桁片上弦杆上置挑梁承托人行道板的方法。

桁架拱桥加固维修要点及维修实例一、桁架拱桥的常见病害及产生原因1、下弦杆拱脚处横向裂缝。

主要原因是桥台、墩基础出现不均匀沉降，使拱脚处出现竖向剪切应力，导致拱脚下弦杆件出现裂缝。

2、弦杆端部节点裂缝。

主要原因是桥台、墩基础出现不均匀沉降，造成上弦杆端部凸杆与桥台、墩柱搭接扣死，使该节点出现竖向剪切应力，导致节点出现裂缝。

3、横系梁、横拉杆、横隔板竖向开裂。

主要原因是由于原行架拱桥设计标准较低，横向联系较薄弱，而近10年来交通量而且超载车辆比例，造成桁架竖向变形量，使横向联系的梁、杆、板出现竖向裂缝，甚至断裂。

4、桥面板裂缝、破碎。

主要原因是桥面板设计标准低，微弯板或拱波厚度不足，混凝土强度低，桥面铺装层薄弱，造成桥面刚度不足，随着交通量的幅增加，特别是超载车辆的破坏作用，致使桥面铺装层和微弯板开裂，如不及时维修，部分微弯板发生破碎，形成桥面坑洞而影响行车安全。

5、伸缩缝损坏。

主要原因是桁架拱桥设计时不设伸缩装置或仅设置简易伸缩缝，混凝土强度设计较低，桥面接缝处混凝土损坏严重，逐渐开裂、破碎，使接缝处面积逐渐扩而影响桥梁的安全使用。

6、人行道变形、下垂。

主要原因是桁架拱桥的人行道设计一般采用在边桁片上弦杆上置挑梁承托人行道板的方法。

随着人群荷载的增加，挑梁受超载而弯矩过，致使下垂变形，如不及时进行加固，可能发生人行道垮塌事故。

7、位于两跨接缝处人行道和拉杆横向裂缝。

主要原因是设计时在该处未考虑断开，并设置伸缩缝装置，桥两跨的振动破坏形成裂缝。

2维修加固方法二、上弦杆端部节点和下弦杆拱脚处裂缝的维修加固方法因桥梁台、墩不均匀沉降产生的桁架上、下弦桥节点处的裂缝已基本稳定，不再发展。

可采用环氧树脂灰浆在其两面或三面粘贴钢板的方法进行维修加固，如图1所示加固时，首先将构件混凝土的表面凿毛，如节点处混凝土剥落严重，应将混凝土保护层凿除再粘贴钢板，粘贴钢板要进行除锈处理。

其次要先处理裂缝，即对裂缝先进行灌浆（环氧灰浆）处理，然后再粘贴钢板。

桥梁的分类及特点桥梁按照受力特点划分, 有梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥、组合体系桥（斜拉桥）五种基本类型。

1.梁桥: 一般建在跨度很大, 水域较浅处, 由桥柱和桥板组成, 物体重量从桥板传向桥柱。

特点: 梁桥实腹梁构造简单, 制造、架设和维修均较方便, 广泛用于中、小跨度桥梁, 但在材料利用上不够经济。

桁架梁的杆件承受轴向力, 材料能充分利用, 自重较轻, 跨越能力大, 多用于建造大跨度桥梁。

2.拱桥: 一般建在跨度较小的水域之上, 桥身成拱形, 一般都有几个桥洞, 起到泄洪的功能, 桥中间的重量传向桥两端, 而两端的则传向中间。

特点: 历史悠久, 造型优美, 曲线圆润, 富有动态感。

孔数上有单孔与多孔之分。

桥面宽阔, 造价低廉。

3.悬桥: 是最实用的一种桥, 桥可以建在跨度大、水深的地方, 由桥柱、铁索与桥面组成, 早期的悬桥就已经可以经住风吹雨打, 不会断掉, 吊桥基本上可以在暴风来临时岿然不动。

特点: 适用于水深的地区, 强度较高。

4、刚架桥: 由桥面系、楣梁与立柱构成。

桥面系直接承受荷载, 并将荷载传至楣梁上。

楣梁与立柱刚性连接, 后者代替了桥墩(台)将荷载传递到地基上。

桥面系承受弯矩与剪力, 而楣梁与立柱除承受弯矩、剪力外, 还要承受轴向力, 多用钢筋混凝土或预应力混凝土建造。

特点：这种桥具有节点负弯矩, 可减小楣梁的跨中正弯矩, 建筑高度很小, 很适用于立交桥和高架线路桥等, 并且用料节省, 但是对地基要求高。

5、斜拉桥：是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁, 是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。

其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。

特点：其可使梁体内弯矩减小, 降低建筑高度, 减轻了结构重量, 节省了材料。

混凝土以箱式、板式、边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主, 也有边箱中板式。

斜拉桥作为一种拉索体系, 比梁式桥的跨越能力更大, 是大跨度桥梁的最主要桥型。