钢管混凝土拱桥拱轴线线型的探讨

拱桥由于其外型美观，跨越能力大等诸多优点，一直受到人们的欢迎。修建大跨度拱桥的关键是施工问题。过去常用拱架施工法，大大限制了拱桥的发展。二十世纪八十年代以来，随着无支架施工技术的发展，扩大了拱桥的使用范围，提高了它在大跨径桥梁中的竞争能力。特别是钢管混凝土拱桥，由于它是先安装钢管拱，后填充管内混凝土，使得安装重量大大减轻，施工十分方便。而管内混凝土由于钢管的套箍作用，使其抗压强度得到很大的提高。由于钢管混凝土拱桥以上的优点，使其得到迅速发展。自1990年四川旺苍建成第一座钢管混凝土拱桥以来，国内相继建成近百座这类拱桥。其发展势头是很强劲的。

　　拱桥拱轴线一般选用圆曲线、抛物线及悬链线，根据文献[1]显示国内已建成跨度大于120米的钢筋混凝土拱桥绝大多数采用悬链线作为拱轴线；据文献[2]显示国内已修建的钢管混凝土拱桥跨度在100米以内者多采用抛物线，也有选用悬链线者，个别采用圆曲线作为拱轴线；跨度在100米以上者多采用悬链线，也有选用抛物线者。对悬链线拱轴系数的选择也无一定规律，：跨度较大选用较小的拱轴系数，而：跨度较小反而选用较大的拱轴系数。因此，我们认为有必要对拱轴线线型进行探讨。1993年以来，我们相继设计了安阳文峰立交桥、济南东站立交桥、南昌墨山立交桥、西宁北川河立交桥等钢管混凝土拱桥。安阳桥已于1995年7月建成通车，济南桥于1998年10月建成通车，多年来运行良好。西宁北川河桥于2002年6月建成通车，运行良好。西宁桥为中承拱桥，计算跨度90米，矢跨比为f/L=1/5（f=18m），拱轴系数m=1.167，桥面宽为21.6米。拱肋为4φ650×10桁架拱肋，16Mn钢管，C50号混凝土，设三道横撑，每道横撑重135.2kN；16根横梁，每根横梁重300kN，桥面板厚25cm.系杆力为每侧8800kN.设计荷载为汽—超20级，验算荷载为挂—120.济南东站立交桥为下承式刚架系杆拱桥，计算跨度90米，矢跨比为f/L=1/5（f=18m），拱轴系数m=1.167，桥面宽为25.5米。拱肋为4φ650×10桁架拱肋，16Mn钢管，C50号混凝土，设四道横撑，每道横撑重160kN；16根横梁，每根横梁重480kN，桥面板厚25cm.系杆力为每侧11000kN.设计荷载为汽—20级，验算荷载为挂—100.南昌桥（南昌墨山立交桥）为下承式刚架系杆拱桥，设计跨度为120米，矢跨比为f/L=1/5，f（f=24m），拱轴系数m=1.186，桥面宽为16米。拱肋为2φ1200×12哑铃型断面，16Mn钢管，全桥设6道横撑，每根重120kN，22根横梁，每根320kN，系杆力为每侧12000kN，桥面板厚30cm，设计荷载为汽—20级，验算荷载为挂—100.安阳桥（安阳市文峰路立交桥）为下承式刚架系杆拱，计算跨度为137.96米，f/L=1/5，f=27.59米，拱轴系数m=1.05，桥面宽为31米，拱肋为4φ720×12桁架拱肋，16Mn钢管，C40混凝土，系杆力为每侧16500kN.为研究方便，安阳桥计算跨度按140米，我们是以这四座桥为基础进行钢管混凝土拱桥拱轴线型探讨的。本文选用的拱轴系数m=1.167、1.543、1.988、2.514.

　　当拱轴系数由m=1.167加大至1.543、1. 988、2.514时，弯距由-4148.8kN-m减少为-2644.569kN-m、-1144.8kN-m，当m=2.514时弯距变为+2157.9kN-m.

　　轴向力由-1116kN变为-11140.317kN、-11156.9kN、-10707.5kN.剪力由-47.2kN增大至-316.1kN、-583.1kN、-1139.8kN.

　　1、拱脚：

　　当拱轴系数由m=1.167加大至1.543、1.1988、2.514时活载正弯距由5210.6KN-m→5459.9KN-m→5706.6KN-m→5951.5KN-m，随m的增加而增加，其增加幅度为14.22%.

　　活载负弯距则由-8296.7KN-m→-8099.8KN-m→-7902.8KN-m→-7693.1KN-m，其弯距绝对值的变化幅度为7.23%.轴向力由-1124.3KN→-1118.0KN→-1110.9KN→-1103.3KN，变化幅度更小为1.87%.剪力由-449.3KN-m→-477.6KN→-505.5KN→-532.9KN，其剪力绝对值增加的幅度为18.61%.