混凝土系杆拱是一种结合了拱和梁优点的特殊桥梁结构,通过拱与梁两种基本结构形式的组合来共同承受荷载。这种桥梁结构不仅美观,而且具有较大的经济优势,广泛应用于桥梁建设中。
结构组成
混凝土系杆拱桥主要由拱肋、系杆、吊杆和桥面板等部分组成。拱肋是桥梁的主要承重结构,承受着来自上方的压力;系杆则连接拱肋和桥面,承受来自桥面的拉力;吊杆则连接桥面和拱肋,起到稳定桥梁的作用。这种组合结构使得桥梁内部为超静定体系,而外部则为静定体系,因此对墩台不均匀沉降无影响。
分类与施工方法
混凝土系杆拱桥可分为先拱后梁和先梁后拱两种施工方法。先拱后梁法是先架设拱肋,再浇筑系梁和桥面;先梁后拱法则是先搭设支架浇筑系梁,再架设拱肋。还有缆索吊装法、转体施工法等特殊施工方法,适用于不同跨径和地形条件的桥梁建设。
力学特性
从力学角度看,混凝土系杆拱桥作为无推力结构,其拱肋的内力比推力拱要小许多。其抗弯能力主要来自拱肋压力和系杆拉力所组成的内力偶,这种结构使得桥梁在承受荷载时更加稳定。吊杆为桥面系提供了若干弹性支撑点,有效地减小了系梁的截面尺寸和系梁内的弯矩,从而大大降低了桥面系的高度。
经济优势
混凝土系杆拱桥在造价上具有较大优势。其主梁建筑高度可在跨径的1/50左右,满足通航要求的前提下,可最大限度降低桥面标高,缩短引桥长度,节省工程造价。已修建的桥梁中,主跨50m的系杆拱建筑高度只有80cm,同简支梁相比可减少建筑高度1.8m左右,同连续梁相比可减少1.0m左右。
适应性与美观性
混凝土系杆拱桥对地基的适应能力强,适用于桥面高程受到严格限制而桥下又要求保证较大净空的情况。其优美的造型也使其在美观上胜于普通梁桥。下承式系杆拱桥造型优美,跨越能力大,采用钢与混凝土结合桥面后,与混凝土梁桥相比具有建筑高度低、一期恒载作用小等特点。
施工难点与应对措施
混凝土系杆拱桥的施工比较复杂,对结构变形的控制要求较高。例如,拱肋钢管直接埋入拱脚混凝土中,其定位精度要求高;拱脚内钢束布置较多,且和拱肋钢管交叉,施工难度较大。在系梁施工过程中,支架变形、吊杆张拉都会影响系梁线形,因此需要对这些过程进行严格控制。还需注意支架沉降对系梁线形的影响,通过预压支架、设置施工预拱度等措施来消除不利影响。
应用实例
混凝土系杆拱桥在我国有较大的发展,尤以江浙一带较为突出。例如山前大桥为下承式刚架系杆拱,拱肋采用钢管一钢管混凝土复合结构,在施工过程中采用了缆索吊装法、转体施工法等特殊施工方法,成功解决了大跨径桥梁的施工难题。这些实例充分展示了混凝土系杆拱桥在桥梁建设中的广泛应用和巨大潜力。
混凝土系杆拱是一种结合了拱和梁优点的特殊桥梁结构,具有结构稳定、经济优势明显、适应性强和美观性好等特点。在桥梁建设中得到了广泛应用并取得了显著成效。