【摘 要】拱橋是我國城市橋梁上使用很廣的一種橋型。拱橋和梁橋的區(qū)別不僅在于外形，更重要的在于受力性能方面的不同。在自重和豎向活荷載作用下，梁在支撐處將僅受到豎向反力作用，而拱橋在豎向荷載作用下，支撐處將同時承受水平和豎向反力。拱承受的彎矩將比同跨徑的梁橋小很多，拱圈主要承受軸向壓力。這樣拱橋不僅可以充分利用鋼材的抗拉性能，也可以充分發(fā)揮混凝土抗壓性能好的特性。

【關(guān)鍵詞】拱橋；拱肋；

1、引言

橋梁是市政工程建設中的重要構(gòu)成部分，是城市路網(wǎng)建設的關(guān)鍵控制點，在當前城市交通迅速發(fā)展以及對城市橋梁景觀要求越來越高的情況下，普通的梁橋已經(jīng)不能滿足城市橋梁發(fā)展的需要了。拱橋作為景觀和受力都比較好的一種橋型，在城市橋梁中得到了廣泛的運用。

2、拱橋的設計原則

2.1拱橋的組成和類型

（1）拱橋的組成

拱橋和其他橋梁一致，也是由上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)兩大部分組成。拱橋的主要承重構(gòu)件是拱圈，拱圈在橫橋向有整體式和分離式兩種。根據(jù)橋面系在拱橋上部結(jié)構(gòu)立面上的位置，拱橋可以分為：上承式、中承式、下承式。上承式拱橋的橋面在拱圈之上，橋面板和拱圈之間通過傳力構(gòu)件或填充物過度形成平順的橋面；中承式的橋面板在拱圈立面的中部，通過橫梁處的吊桿和立柱將荷載傳遞到拱肋；下承式拱橋的拱圈由分離拱肋組成，拱肋立面的底部均由吊桿懸吊在拱肋上。

（2）拱橋的類型

拱橋的發(fā)展歷史長，使用廣泛，形式多樣、構(gòu)造各有差異，可以按照不同的方式將拱橋分類。

按照拱圈與橋面結(jié)構(gòu)聯(lián)接構(gòu)造的方式，可以把拱橋分為簡單體系拱橋和組合體系拱橋兩大類。簡單體系拱橋按照不同的靜力圖式又可以分為：三餃拱、無餃拱和兩餃拱；組合體系拱橋根據(jù)不同的組合方式及受力特點又可分為無推力的和有推力的外部靜定和超靜定的。

拱圈的橫截面形式最常用的有以下幾種：板拱、肋板拱、雙曲拱、箱型拱等形式。

2.2 拱橋的計算過程分析

（1） 設計高程的確定

拱橋設計高程的控制因素主要有以下四方面：橋面高程、跨中底面高程、起拱線高程、基礎底面高程。橋面高程需要同時滿足拱橋兩岸的順接和橋下的泄洪或通行要求。

（2） 失跨比的確定

拱橋的矢跨比是拱橋設計的主要參數(shù)之一，它的大小直接影響了拱橋的構(gòu)造形式、拱圈內(nèi)力大小和施工方法的選擇。拱腳的水平推力與矢跨比呈反比關(guān)系。矢跨比的選擇應該綜合考慮彈性壓縮、溫度變化、混凝土收縮徐變等因素，另外矢跨比與拱橋的外形是否美觀，與周圍的建筑是否協(xié)調(diào)也有很大的關(guān)系。因此矢跨比不能隨意選定。對于簡單體系的石、混凝土拱橋矢跨比一般為1/4～1/8。組合式拱橋矢跨比一般為1/5～1/10，或者更小一些，但一般不小于1/12。

（3） 拱橋體系的確定

拱橋體系從大的方面可以分為簡單體系和組合體系兩大類，這兩個體系的拱橋不僅在受力和構(gòu)造方面有差別，在造價和施工方法等方面也有很大的差異。經(jīng)濟合理是拱橋體系選擇的一個基本原則，并因地制宜選用當?shù)亟ú?，高等級道路橋梁也應依橋位處的環(huán)境，選擇合適的體系。在特定的橋位環(huán)境下，拱橋體系的選擇還應考慮維護的簡便性和經(jīng)濟性。

（4） 拱橋結(jié)構(gòu)類型確定

簡單體系拱橋：在地基差的地區(qū)，一般可選擇采用二鉸拱結(jié)構(gòu)，因其能適應不良地基引起的墩臺不均勻沉降。對于平原地區(qū)的城市橋梁，橋面標高是需要嚴格控制的，采用中承式或下承式可降低建筑高度，并提供比較大的橋下空間。

（5） 拱軸線的確定

選擇合適的拱軸線是確保拱橋經(jīng)濟性和合理性的重要因素，拱軸線的選擇原則是盡量降低荷載產(chǎn)生的彎矩，最理想的拱軸線是拱上荷載作用下的壓力線與拱軸線重合。一般說來，拱軸線的選擇應滿足以下幾方面：盡量減小主拱截面的彎矩，盡量減小截面的拉應力，線性美觀、施工方便。

目前我國拱橋常采用的拱軸線形式有：圓弧線、懸鏈線、拋物線。圓弧線常用于15～20米以下的小跨徑拱橋。實腹式拱橋一般采用懸鏈線作為拱軸線，在恒載作用下，拱圈將只承受壓力而無彎矩。中承式、下承式及組合體系拱橋一般采用二次拋物線作為拱軸線。

（6）拱橋計算

1、一般跨徑拱橋，滿足彈性理論基本假定，可采用有限元方法計算。

2、對于大跨徑拱橋，應計入幾何非線性的影響。

3、拱橋計算應考慮施工過程對結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的影響。

4、應考慮基礎變位、溫度變化、水浮力、橫向風荷載等對結(jié)構(gòu)的影響。

5、將空間吊桿簡化為平面結(jié)構(gòu)計算時，應考慮吊桿力變化的影響。

6、除對結(jié)構(gòu)進行總體荷載效應分析外，還應對拱橋的一些特殊部位進行局部分析。

（7）施工階段計算

1、拱橋施工工藝復雜多變，在施工過程中應該對重要節(jié)點及各種體系轉(zhuǎn)化進行安全性驗算，各個施工階段的計算模型應與施工過程的劃分保持一致。

2、施工階段計算內(nèi)容包括：拱橋內(nèi)力，拱橋截面的應力、位移，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必要時還應考慮非線性影響。

3、拱橋預拱度設計應考慮施工過程對結(jié)構(gòu)變形的影響，并考慮拱腳變位對拱軸線的影響及1/2汽車荷載的豎向撓度。

（8）拱橋抗震計算

1、拱橋應按照E1和E2兩級抗震設防。

2、大跨徑拱橋的地震反應分析應該采用時程分析和反應譜法。

3、大跨度拱橋應采用對稱的結(jié)構(gòu)形式，上下部結(jié)構(gòu)之間的連接構(gòu)造應均勻?qū)ΨQ。

4、地震反應分析時，采用的計算模型應真實模擬橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量分布及邊界條件。

（9）拱橋的主要構(gòu)件強度驗算

1、應該對拱肋、主梁、橋面板體系進行施工過程及成橋狀態(tài)下正常使用階段的強度驗算。

2、混凝土橋面板和拱座等構(gòu)件的截面強度需要符合相關(guān)規(guī)范要求。

3、吊桿、水平拉索運營狀態(tài)的安全系數(shù)不應小于2.2，施工階段最不利狀態(tài)的安全系數(shù)不小于2.0。

4、對主梁、吊桿、拱肋還應該進行疲勞應力計算。

5、拱橋基礎計算除了結(jié)構(gòu)自重、活載，還應計入墩、拱座施工偏心，施工全過程最不利不平衡水平力和恒向荷載對基礎的影響，同時也應考慮上部結(jié)構(gòu)對基礎產(chǎn)生的二次效應。

6、大跨度拱橋除進行彈性屈曲的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析外，建議計入幾何非線性和材料非線性影響的彈塑性極限強度分析。屈曲應力驗算也應該符合現(xiàn)行的拱橋規(guī)范。

【參考文獻】

[1] 姚玲森. 橋梁工程

[2] 公路橋涵通用設計規(guī)范（JTG D60-2004）

[3] 城市橋梁設計規(guī)范 （CJJ 11-2011）