双曲拱、桁架拱、刚架拱在应用中的消失

建材发展导向
2018年第11期
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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。

桁架拱桥主要采用预制装配施工，具有工序少、工期短、桥梁重量轻的优点。

2.3　刚架拱
20世纪70年代后期交通部科学研究院创造了一种刚架拱桥的新桥型。

刚架拱桥上部结构由刚架拱片、横向联系和桥面等部分组成。

刚架拱片为主要承重结构，一般由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿、次拱腿等构成，与桥面板一起形成刚架拱桥的主拱。

刚架拱桥是一种桥跨结构和墩台结构整体相连的桥梁，拱腿与主梁刚性连接、共同受力，主梁端部产生负弯矩，减小了跨中截面正弯矩。

刚架拱桥属于有推力的高次超静定结构，具有构件少、质量轻、施工简便、造价低等优点，常用于跨径25-70m 的桥梁。

3　双曲拱、桁架拱、刚架拱消失的原因
3.1　修建条件差
设计等级低，双曲拱、桁架拱、刚架拱是为了加快建设我
国工业化水平而提出的桥型；当时的设计交通量、桥梁的承载能力、桥面宽度，现已无法目前的交通需求；材料质量差以及布筋不足，我国当时工业水平低，没有先进的生产技术，桥梁建设所需钢筋、建筑材料、以及施工设备等严重缺乏，致使修建的桥梁布筋过少、材料质量偏低，出现了许多病害问题；缺少成熟理论以及技术支持，三种桥型均是我国自主发明的桥型，技术理论还不成熟，缺乏设计经验，无可参照的已建桥梁，也没有计算机辅助设计，导致桥梁结构上许多位置受力不与实际相符。

3.2　自身结构缺陷
双曲拱的主拱圈是组合结构，结构整体性差、截面受力复杂，连接处较为单薄，容易出现病害，双曲拱各部分施工时间差异大，混凝土龄期不一致，会产生对结构不良的附加应力；桁架拱的主要受力结构是桁架拱片，其缺点是杆件纤细、模板复杂、构件节点多、施工质量要求高、结构整体性及刚度低，致使桥梁修建过程中质量很难达到要求，受弯部位和刚节点易开裂，耐久性差；刚架拱内部结构属于超静定结构，受力复杂，在荷载作用下容易出现对结构不利的附加应力，刚架拱斜撑既受弯又受压，容易出现失稳破坏。

刚架拱节点多，节点处受力复杂容易出现裂缝。

3.3　桥型对比优势
双曲拱、桁架拱、刚架拱都属于新型桥型，其理论基础不成熟，自身缺陷明显，安全耐用性没有一般桥型好；三种桥型的跨径都较小，可替代的桥型比较多，在经济性，安全性、耐久性等多方面上进行比较后，其优势并不明显；现在桥梁建设的侧重点是安全、耐久、经济，三种桥型是为了满足当时对桥梁的要求—安全、经济、施工快捷而提出的，不符合现代建设需求。

4　结语
总的来说，双曲拱、桁架拱、刚架拱在应用上不断消失，是因为已有的桥因病害严重、交通通行量不满足而不断拆毁，新建的桥因三种桥型结构本身缺陷、其他桥型的对比优势而没有将其运用，最终使得双曲拱、桁架拱、刚架拱，逐渐退出人们视线。

各种桥型都具有优点和缺点，缺点在现有技术下可以减小或者克服时，则可得到更多的应用；缺点在现有技术下无法克服，则其应用就会被限制。

若双曲拱、桁架拱、刚架拱的缺点能够在以后桥梁的发展过程中得到克服，则它们仍然能被广泛运用。

参考文献：
[1] 四川公路桥梁建设集团有限公司.拱桥[M].北京:人民交通出版社,2014.
[2] 顾安邦,向中富.桥梁工程(下)[M].北京:人民交通出版社,2017.[3] 刘国林.双曲拱桥加固[J].中南公路工程,2002(12).
[4] 严胜红.拱桥常见病害及其加固措施[J].江西建材,2017(6).
作者简介：张涛（2017.09- ），男，本科，重庆交通大学，研
究方向：桥梁工程
双曲拱、桁架拱、刚架拱在应用中的消失
张　涛　吴江川
（重庆交通大学，重庆　400074）
摘　要：拱桥是一种古老而又优美的桥型，具有跨越能力大、承载能力高、造型优美等优点。

在拱桥发展过程中，出现了许多的
新型桥型，各种新型桥型既有优点也有缺点。

缺点能够克服或影响不大的桥型得到广泛应用，缺点严重或无法避免的桥型则会逐渐淘汰。

文章主要介绍了双曲拱桥、桁架拱桥、钢架拱桥三种新型拱桥桥型的结构和其逐渐退出历史舞台的原因。

关键词：双曲拱；桁架拱；刚架拱；消失；原因。