以來(lái)世界拱橋的發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新

1、拱橋具有很長(zhǎng)的歷史，是橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式之一?？鐝?、材料適應(yīng)性強(qiáng)，在世界各地、各個(gè)時(shí)期得到大量的修建，其中有眾多成為寶貴的文化遺產(chǎn)和當(dāng)?shù)氐南笳?。今天，拱橋在美觀和經(jīng)濟(jì)上仍具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，隨著不斷的技術(shù)創(chuàng)新，在新的歷史條件下，煥發(fā)出新的生機(jī)。 拱橋的技術(shù)在我國(guó)的原始創(chuàng)新也最多，橋梁中所占比例較大。2007年，在我國(guó)53萬(wàn)座橋梁中占34.5%。林元培院士在一本橋梁工程教材的序言中指出“改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)橋梁事業(yè)突飛猛進(jìn)，中國(guó)的斜拉橋與拱橋已進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列”。日本東京大學(xué)名譽(yù)教授、原國(guó)際橋梁協(xié)會(huì)主席伊藤學(xué)在2006年接受橋梁雜志記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)：“中國(guó)的拱橋水平非常高，我對(duì)拱橋的技術(shù)十分欽佩。這點(diǎn)可能

2、與中國(guó)拱橋悠久的歷史淵源有關(guān)。中國(guó)的石拱橋、混凝土拱橋、鋼拱橋，都是世界第一。這些橋在設(shè)計(jì)、施工上都下了很大工夫”。鄭皆連院士指出：“拱橋是我們不應(yīng)忽視的國(guó)粹”。項(xiàng)海帆院士認(rèn)為，“山區(qū)地形和地質(zhì)條件有利時(shí)，更應(yīng)優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)性更好的拱橋，慎用甚至不用價(jià)格昂貴、施工復(fù)雜、主纜又不能更換的懸索橋”。 s ?5 x8 0 & * O 國(guó)際拱橋大會(huì)（InternationalConference on Arch Bridges）是一個(gè)以拱橋?yàn)閷?duì)象的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，其目的是將研究者、專(zhuān)家、實(shí)踐者和其它對(duì)拱橋感興趣的人們聚集在一起，開(kāi)展有效的有關(guān)拱橋的知識(shí)與信息的交流與討論，促進(jìn)拱橋技術(shù)持續(xù)發(fā)展。自1995年

3、開(kāi)始，每三年舉辦一次，迄今已舉辦過(guò)七屆。 在第一屆、第二屆會(huì)議上，僅有在海外的中國(guó)人參加了會(huì)議；從第三屆開(kāi)始，有十余名國(guó)內(nèi)學(xué)者或工程師參加。從第四屆開(kāi)始，在每次四五個(gè)大會(huì)報(bào)告中，均有中國(guó)學(xué)者的一個(gè)大會(huì)報(bào)告，中國(guó)拱橋的發(fā)展引起了與會(huì)者的極大興趣與關(guān)注，其中2010年，第六屆國(guó)際拱橋大會(huì)首次走出歐洲來(lái)到中國(guó)，由福州大學(xué)主辦，大會(huì)的四個(gè)報(bào)告中，原交通運(yùn)輸部總工鳳懋潤(rùn)作了題為“中國(guó)拱橋的最新進(jìn)展”的報(bào)告，引起了廣泛的興趣。我國(guó)拱橋的技術(shù)成就，得到了國(guó)際同行的廣泛認(rèn)可。2013年10月，在克羅地亞召開(kāi)了第七屆國(guó)際拱橋大會(huì)，在橋梁雜志社、福州大學(xué)等單位的組織下，我國(guó)的與會(huì)代表的收錄論文均占了三分之一，充分

4、顯示了我國(guó)拱橋技術(shù)在世界上的大國(guó)與強(qiáng)國(guó)地位。會(huì)上成立了永久性學(xué)術(shù)委員會(huì)，決定秘書(shū)處落在我國(guó)的福州大學(xué)。+ & P2 X: ok2000年以來(lái)的大跨徑拱橋1.鋼拱橋v/ V5 B( b+ S. x2003年我國(guó)建成通車(chē)的上海盧浦大橋，主跨達(dá)550m，成為當(dāng)時(shí)世界上跨徑最大的拱橋。隨后我國(guó)又建成了數(shù)座大跨度鋼拱橋，如主跨徑428m的廣州新光大橋（鋼桁架拱橋，2007年），主跨徑420m的重慶菜園壩長(zhǎng)江大橋（鋼箱拱橋，2007年），主跨徑達(dá)552m為世界主跨徑最大的重慶朝天門(mén)大橋（鋼桁架拱橋，2007年），主跨徑400m重慶大寧河大橋（鋼桁架拱橋，2010年），主跨徑336m重慶大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋（鋼桁

5、架拱橋，2011年）等。宜賓金沙江公鐵兩用橋，主跨為336m的鋼箱系桿拱橋，是我國(guó)目前在建的跨徑較大的鋼拱橋。最近，印度正在建造世界上最高的鐵路橋Chenab橋（圖1），該橋位于印度的Katra,地區(qū)Jammu-Kashmir鐵路，總長(zhǎng)1315m，高359m，主跨徑為465m的鋼拱橋。該橋預(yù)計(jì)于2017年完工。3 S N D# 8 L, p: i( a* sw% E8 ?1 z（a）效果圖 （b）施工方案 圖1印度Chenab鋼拱橋2.混凝土拱橋P& s, U- N+ N* F 2000年以來(lái)，世界各地修建了一批混凝土拱橋，已建成的跨徑不小于200m的有日本池田大橋（200m，2000年）、天

6、翔大橋（260m，2000年），頭島大橋（218m，2003年）、富士川橋（265m，2003年），德國(guó)WildeGera橋（252m，2000年），葡萄牙InfanteD. Henrique橋（280m，2002年），克羅地亞Krka橋（204m，2004年），西班牙LosTilos橋（255m，2004年），挪威和瑞典的SvinesundII橋（247 m，2005年），西班牙TercerMilenio橋（216m，2008年），中國(guó)河南許溝大橋（220m，2001年）、福建寧德行對(duì)岔特大橋（205m，2007年），美國(guó)的邁克奧卡拉漢-帕特蒂爾曼紀(jì)念大橋（323m，2010年，也簡(jiǎn)稱(chēng)科羅拉

7、多河橋）等。其中最引人注目的是美國(guó)科羅拉多河橋，該橋位于胡佛大壩下游處的，采用懸臂澆筑法施工，跨徑排名世界第四、北美第一（圖2）。2 f! T6 h$ F- 8 TN! S4 N: D, J$ J/ _圖2 美國(guó)邁克奧卡拉漢-帕特蒂爾曼紀(jì)念大橋目前，中國(guó)有兩座在建的跨徑超過(guò)400m的混凝土拱橋。一座是北盤(pán)江大橋，主跨徑445m，建成后將是世界上跨度最大的混凝土拱橋，也是跨徑最大的高速鐵路橋，它位于滬昆高速鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)350km/h（圖3）。另一座為位于云廣高速鐵路上的南盤(pán)江大橋（圖4），主跨為416m，設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)250km/h。這兩座橋均采用鋼管混凝土勁性骨架法施工。- L9 1 r7 a

8、: P9 V. n圖3 北盤(pán)江大橋效果圖 圖4 南盤(pán)江大橋效果圖國(guó)外在建的跨徑最大的混凝土拱橋是西班牙的Almonte大橋（圖5），它的跨徑達(dá)384m，總長(zhǎng)達(dá)996m，也是一座高速鐵路橋，采用懸臂澆筑法施工，預(yù)計(jì)2015年建成。 , Q: # K7 M8 _4 C/ C4 b5 7 W4 I9 y3 T0 R4 p（a）效果圖 （b）施工示意圖圖5 西班牙Almonte大橋/ r I2 X3 t$ M# X) S3 K, Z3.鋼混凝土組合拱橋鋼混凝土組合拱橋目前主要應(yīng)用的是鋼管混凝土拱橋，以在中國(guó)為主。1990年后中國(guó)建設(shè)了大量的鋼管混凝土拱橋，2000年以來(lái)在中國(guó)繼續(xù)著這種發(fā)展勢(shì)頭16。調(diào)

9、查表明，2000年以來(lái)，我國(guó)有不少于27座跨徑大于200m的鋼管混凝土拱橋建成，如主跨徑308m的浙江省淳安縣南浦大橋（中承式拱橋，2003年建成），主跨徑335.4m的廣西省南寧市邕寧大橋（中承式拱橋，2005年建成），主跨徑460m的巫山長(zhǎng)江大橋（中承式拱橋，2005年建成），主跨徑336m的安徽省黃山太平湖大橋（中承式拱橋，2007年建成），主跨徑336m的安徽省黃山太平湖大橋（中承式拱橋，2007年建成），主跨徑430m的湖北支井河特大橋（上承式拱橋，2009年建成）。目前，世界上跨徑最長(zhǎng)的鋼管混凝土拱橋?yàn)楹辖L(zhǎng)江一橋，主跨徑達(dá)530m，已于2013年完工（圖6）。圖6 合江長(zhǎng)江一橋國(guó)

10、外自2000年以來(lái)建成的大跨度的鋼管混凝土拱橋，僅見(jiàn)2005年建成的日本長(zhǎng)崎的新西海橋（圖7）。它主跨為240m，中承式，橋?qū)?0.2m。該橋有兩根主拱肋，每根拱肋由三根鋼管混凝土弦桿組成三角形斷面（上面兩根管，下面一根管）。圖7 日本新西海大橋上文中介紹的印度在建的Chenab橋，主拱鋼桁的鋼箱弦桿中灌注了混凝土，從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它也可以看成是鋼混凝土組合拱橋。拱橋技術(shù)創(chuàng)新7 o5 e3 Y! d% r V$ B5 q) 1.高性能和超高性能混凝土的應(yīng)用在材料方面，采用高性能混凝土(HPC)和超高性能混凝土(UHPC)是拱橋發(fā)展的一個(gè)主要方向。近年來(lái)混凝土拱橋中，高性能混凝土的應(yīng)用越來(lái)越多。如，

11、2004年建成的西班牙Los Tilos橋，主拱圈與拱上立柱均采用了C75的高強(qiáng)混凝土。2010年建成美國(guó)的科羅拉多河橋，采用了C70混凝土。日本土木工程協(xié)會(huì)在跨徑600m的混凝土拱橋研究中，采用的混凝土為C60。在1996年的法國(guó)Millau大橋設(shè)計(jì)的60個(gè)競(jìng)標(biāo)中，Muller和Spielmann合作提出了跨徑達(dá)602m采用C60的混凝土拱橋設(shè)計(jì)方案。法國(guó)專(zhuān)家在一個(gè)跨徑110m拱橋分別采用C40和C80時(shí)的對(duì)比研究中，研究結(jié)果表明盡管兩種方案的造價(jià)相近，但采用高強(qiáng)混凝土對(duì)施工和耐久更有利。超高性能混凝土在拱橋中也開(kāi)始得到應(yīng)用，已建成兩座。一座為韓國(guó)的主跨徑為120m仙游人行橋，2002年建成

12、。另一座為奧地利格拉茨市威爾德公路橋(圖8)，2009年建成。該橋主跨70m，兩根折線(xiàn)形拱肋，采用抗壓強(qiáng)度達(dá)165MPa的超高性能混凝土，由預(yù)制段通過(guò)體外索連在一起，豎轉(zhuǎn)法施工，拱頂段現(xiàn)澆合龍。$ E0 S! C3 j$ M2 d6 n圖8 奧地利威爾德橋4 e) ?2 c& Z, Q; l5 e6 N2 8 w克羅地亞開(kāi)展了跨徑為432m、500m、750m甚至1000m的超高性能混凝土拱橋的相關(guān)研究。我國(guó)也開(kāi)展了跨徑為160m、520m和600m的超高性能混凝土拱橋的試設(shè)計(jì)研究，并進(jìn)行了兩個(gè)模型拱的受力全過(guò)程試驗(yàn)研究(圖9)，試驗(yàn)研究活性粉末混凝土拱橋的受力性能。研究表明，主拱自重比普通混

13、凝土拱減輕3040%，受力性能相似，但開(kāi)裂彎矩、極限承載力等均有大幅度提高，應(yīng)用于大跨度拱橋具有極好的可行性。 . C) l( g$ a5 n/ D o(a) 模型拱R1 (b)模型拱R2圖9 活性粉末混凝土模型拱試驗(yàn)$ ! ?+ e M* k7 Q) u) |( QH2.結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新* O% + b: L; E結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新的一個(gè)常用且有效的方法是將拱結(jié)構(gòu)和其他結(jié)構(gòu)組合產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)形式。拱可以與簡(jiǎn)支梁、桁梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)梁、斜拉索等組合，以適應(yīng)不同的建設(shè)需要。近年來(lái)，我國(guó)高速鐵路中，將鋼管混凝土拱與連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)組合，修建了大量的組合拱橋，既施工方便，又能適應(yīng)高鐵對(duì)橋梁剛度的要求。當(dāng)拱

14、與混凝土梁組合時(shí)，為減輕系梁的自重，文獻(xiàn)提出了采用鋼腹板PC梁的概念，也是拱結(jié)構(gòu)體系的一個(gè)有益的改進(jìn)。近年來(lái)，捷克的Strasky教授提出了將懸?guī)c拱相結(jié)合的一種新橋型懸?guī)Ч?。在這種橋型中，懸?guī)в晒爸位驊业?，剛度加大，懸?guī)Мa(chǎn)生的水平拉力通過(guò)混凝土斜撐與拱的水平推力相平衡。這種結(jié)構(gòu)十分輕巧，下?lián)系膽規(guī)c上拱的拱結(jié)構(gòu)，曲線(xiàn)柔美、和諧，在景觀人行橋上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。圖10為捷克布爾諾市拉特卡河上的懸?guī)Ч叭诵袠?，建成?007年，跨徑42.90m，矢跨比1/16.19。) , kW( n& L& (a) 立面圖 (單位:cm) (b) 照片圖10 捷克布爾諾市拉特卡河橋 V) U( M/ O( Q

15、$ S8 拱橋具有極高的美學(xué)價(jià)值，是大家共認(rèn)的。近年來(lái)，隨著不斷增長(zhǎng)的審美需求及與周?chē)h(huán)境相和諧的考慮，在分析手段不斷進(jìn)步的條件下，基于造型追求而進(jìn)行的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新日益增多。大多數(shù)現(xiàn)代拱橋都是純拱或系桿拱。美國(guó)底特律的大門(mén)橋(圖11)把美學(xué)價(jià)值和安全因素相結(jié)合，采用了將系梁埋入地下的系桿拱結(jié)構(gòu)。3 1 a5 0 |! C- u( _6 A; r8 Q* 0 , u* Z% t+ 圖11:美國(guó)底特律的大門(mén)橋矢跨比是拱的重要參數(shù)，它不僅影響拱的受力，也影響著拱橋的外觀。古代石拱橋通常采用較大的矢跨比甚至半圓弧拱。然而，現(xiàn)代的建筑師們更青睞坦拱，如葡萄牙的的Infant Henrique橋（矢跨比1/1

16、1.2）,法國(guó)巴黎的Passerelle Lopold-Sdar-Senghor橋（矢跨比1/15.14）和威尼斯的憲法橋（矢跨比1/16，圖12）。0 G$ f. a! D B) y( A3 v圖12 威尼斯憲法橋4 Y u) e, b p眾所周知，將拱肋向內(nèi)傾斜可以形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)提籃拱。和該種結(jié)構(gòu)相反，近年來(lái)出現(xiàn)了將拱肋向外傾斜、形成反傳統(tǒng)的令人驚艷的結(jié)構(gòu)形式的趨勢(shì)。結(jié)構(gòu)的空間穩(wěn)定性由從拱肋錨固到剛性橋面板上的吊桿提供。圖13為新加坡的三座該類(lèi)型的拱橋。2 2 R0 P0 m- Y$ Y（a）羅拔申橋 （b）若錦橋 （c）亞歷山大橋 圖 13 新加坡三座人行拱橋$ . bY* P+ T201

17、3年，作者主持設(shè)計(jì)了一座跨徑25m人行橋的設(shè)計(jì)，集懸?guī)Ч?、外傾拱、鋼管混凝土主拱于一體(圖14)。該橋位于福州大學(xué)校園中軸線(xiàn)上，作為學(xué)校55周年校慶的一個(gè)新建筑物，基于校園景觀橋梁的定位，綜合環(huán)境因素和場(chǎng)地條件，在滿(mǎn)足功能要求、經(jīng)濟(jì)合理的同時(shí)，取得了很好的景觀效果。 圖14 福州大學(xué)校園景觀橋3.鋼-混凝土組合拱新結(jié)構(gòu)主拱采用鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，可充分利用鋼的強(qiáng)度和混凝土的剛度。目前，這種結(jié)構(gòu)在拱橋中的應(yīng)用主要是鋼管混凝土拱橋，且主要在中國(guó)。除了鋼管混凝土外，是否還可以有其他的形式呢？福州大學(xué)提出了鋼腹板（桿）混凝土組合拱，主拱截面是由混凝土頂、底板和鋼腹板（桿）組成的箱形截面，與國(guó)內(nèi)多家科研與

18、工程單位合作，在西部交通科技項(xiàng)目、科技部國(guó)際合作項(xiàng)目等支持下，開(kāi)展了試設(shè)計(jì)、模型拱試驗(yàn)和受力性能研究（圖15）。研究表明，新橋型主拱自重比混凝土拱可減輕30左右。施工時(shí)，由于混凝土腹板被鋼構(gòu)件代替，可免除腹板模板的布設(shè)、澆筑混凝土等施工工序，可縮短近三分之一的拱圈澆筑的施工周期，該橋型的應(yīng)用是可行的，目前正在尋找依托工程實(shí)施。G z! $ : V& Q(a)平鋼腹板 (b) 波紋鋼腹板 (c)鋼腹板 (d)混凝土腹板(對(duì)照), u# _% g) ; f- W3 m8 u 圖15: 鋼腹板（桿）混凝土組合箱拱模型試驗(yàn)照片 重慶交通大學(xué)提出了鋼箱混凝土組合拱橋。它在受正彎矩較大的拱頂段，采用鋼箱和

19、頂板上的鋼筋混凝土組成的截面，見(jiàn)圖16。除滿(mǎn)足受力要求外，施工時(shí)采用豎轉(zhuǎn)法時(shí)可先架設(shè)鋼箱，自重減輕，然后澆筑頂上混凝土，因而使得施工難度減小。為此，開(kāi)展了鋼箱混凝土組合梁的受力性能研究和豎向轉(zhuǎn)體施工法研究，并已在幾座橋梁中應(yīng)用。+ N: y. s4 ( N 圖 16 鋼箱混凝土組合拱截面示意圖m7 T4 r5 D+ 中鐵大橋院在鴨池河鐵路特大橋時(shí)，主橋采用436m中承式拱，拱肋拱腳段為鋼筋混凝土（基本位于橋面以下）、拱頂段采用鋼桁結(jié)構(gòu)（基本位于橋面以上），稱(chēng)之為鋼混凝土結(jié)合拱橋（也可稱(chēng)之為鋼混凝土混合拱），改善了結(jié)構(gòu)受力、方便了施工，為大跨徑拱橋提供了一種新的橋型選擇。4.拱上建筑輕型化拱上建

20、筑向輕型化發(fā)展，是現(xiàn)代混凝土拱橋的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。2000年以來(lái)國(guó)外修建的一些大跨度混凝土拱橋，拱上建筑采用了鋼混凝土組合橋面系，如美國(guó)的邁克奧卡拉漢-帕特蒂爾曼紀(jì)念大橋（圖2）、德國(guó)的Wilde Gera橋、法國(guó)的Chateaubriand橋和Morbihan橋和日本的富士川橋。以克羅地亞的Skradin橋（原名Krka橋，圖17）為例，跨徑204m，采用鋼混凝土組合橋面系，重量?jī)H0.94 t/m2，而相近跨徑的Maslenica橋，采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋面系，重量達(dá)1.64 t/m2，兩者相比，前者比后者橋面自重減輕了42%。5 q/ 7 n; x. b# B9 Q; ?5 5 j6 m+ !

21、 ?* D. w2 U 圖17克羅地亞Skradin橋2 T* a3 h7 I W7 U( S 以420m跨徑的萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋?yàn)楸尘肮こ?，文獻(xiàn)48開(kāi)展了橋道系連續(xù)化、采用組合結(jié)構(gòu)拱上建筑輕型化研究。與原設(shè)計(jì)在靜力性能和地震響應(yīng)分析的比較結(jié)果表明，橋道系連續(xù)化對(duì)減輕拱上建筑自重的效率較低，其靜力性能與抗震性能提高不大；采用組合結(jié)構(gòu)可使得拱上建筑自重減輕35，減小了承載能力狀態(tài)下拱圈內(nèi)力和地震響應(yīng)，具有相當(dāng)?shù)目尚行?。另有研究表明，采用超高性能混凝土的拱上建筑，取得的效果與鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)拱上建筑的效果相似。5.施工技術(shù)發(fā)展& w$ v1 v4 y2 x8 u, W+ T% D 拱橋的發(fā)展是與施工技術(shù)

22、的進(jìn)步分不開(kāi)的。施工技術(shù)的發(fā)展使得工程師可以設(shè)計(jì)越來(lái)越多具有挑戰(zhàn)性并且造型優(yōu)美的拱橋。近十幾年修建的大跨度拱橋，鋼拱橋主要采用懸臂拼裝技術(shù)，如2.1節(jié)中所提到的所有鋼拱橋；混凝土拱橋國(guó)外主要采用懸臂澆筑法，如美國(guó)的科羅拉多河橋、西班牙的Almonte大橋，國(guó)內(nèi)主要采用鋼管混凝土勁性骨架法，如北盤(pán)江大橋和南盤(pán)江大橋；鋼管混凝土拱橋主要采用懸臂拼裝法，如合江長(zhǎng)江一橋。因此，從大的施工方法來(lái)說(shuō)，2000年以來(lái)沒(méi)有新的突破，然而，技術(shù)的精細(xì)化、數(shù)值模擬、設(shè)備能力等方面均有所提高。在我國(guó)，鋼管混凝土拱橋中鋼管與混凝土之間的脫粘一直是困擾工程界的一個(gè)問(wèn)題，合江長(zhǎng)江一橋中提出并采用了管內(nèi)混凝土灌注采用抽真空

23、技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了提高管內(nèi)混凝土質(zhì)量的新途徑51。對(duì)于中小跨徑的拱橋，近年來(lái)出現(xiàn)了一些創(chuàng)新的施工方法。英國(guó)貝爾法斯特女王大學(xué)和Macrete公司聯(lián)合研究的柔性拱就是其中之一。柔性拱由在工廠中根據(jù)給定跨徑和失高制作混凝土砌塊并把砌塊的一面固定在帶狀纖維材料上，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后只需要吊起就可形成拱狀，不需要支架模板（圖18）。 圖18 柔性拱提升成型照片% M+ a& V% * _9 e; e 另一種適用于小跨徑拱橋的施工創(chuàng)新，與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新聯(lián)系在一起。它是由美國(guó)緬因大學(xué)提出，采用外包FRP管、內(nèi)填混凝土組成拱肋截面，稱(chēng)之為外包加勁組合拱(IRCA)，本文則稱(chēng)之為FRP管混凝土拱，以與我國(guó)大量應(yīng)用的鋼管混凝土拱相

24、呼應(yīng)。FRP管很輕，在現(xiàn)場(chǎng)可由二三名工人使用輕型施工設(shè)備快速成型并安裝就位，填筑管內(nèi)混凝土形成上部結(jié)構(gòu)，總耗時(shí)在一小時(shí)內(nèi)。快速的施工方法將會(huì)減少人工費(fèi)。外包加勁組合拱(IRCA)可在軍事緊急施工情況下、向?yàn)?zāi)區(qū)運(yùn)送救援物資時(shí)使用。圖19給出了模型試驗(yàn)結(jié)構(gòu)破壞和現(xiàn)場(chǎng)施工的照片。4 p; Y; M4 H8 e: K( C/ G(a)模型試驗(yàn)破壞照片(b)現(xiàn)場(chǎng)安裝照片3 t+ S, w7 A* J# 5 s1 r# m5 I圖19FRP管混凝土拱 系桿拱橋常用的施工一般需要分為拱和梁進(jìn)行，因此施工方法有先梁后拱或先拱后梁，但施工期較長(zhǎng)。對(duì)于跨河橋，水上運(yùn)輸條件許可時(shí)，采用整體預(yù)制施工，能大大縮短工期。

25、對(duì)于跨線(xiàn)橋，整體預(yù)制施工法實(shí)施難度較大。2013年，美國(guó)德克薩斯州運(yùn)輸部，通過(guò)采用系桿拱，減輕了預(yù)制混凝土系桿拱的整體結(jié)構(gòu)自重，然后用大型的自行式移動(dòng)運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)(圖20)，就位后，兩臺(tái)相同的吊裝能力為154t特大起重機(jī)在相距29m處將拱圈在舊橋的兩邊吊裝就位。0 Q1 w# U( E; R3 X) i) Z! # i6 l# 1 ! c; j6 A圖20 預(yù)制混凝土網(wǎng)狀系桿拱整體運(yùn)輸2000年以來(lái)，拱橋繼續(xù)在世界各地修建，高速鐵路中的應(yīng)用尤為明顯；大跨橋拱橋不斷出現(xiàn)，且跨徑有所突破；在材料、結(jié)構(gòu)、施工方法等方面的技術(shù)創(chuàng)新不斷，如高性能的、超高性能混凝土材料的應(yīng)用，懸?guī)Ч?、鋼腹板（桿）混凝土

26、組合拱等新結(jié)構(gòu)的提出，快速施工方法的發(fā)明等。上期，本刊刊登了2000年以來(lái)世界拱橋的發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新一文的上部分，介紹了鋼拱橋、混凝土拱橋和鋼混凝土組合拱橋，自2000年以來(lái)的建設(shè)情況、技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)容，本期繼續(xù)刊登該文對(duì)于今后拱橋的發(fā)展方向內(nèi)容部分。5 h$ u N/ s1 c: m0 p& X發(fā)展方向工程應(yīng)用拱橋在歷史上曾最主要的大跨度橋型，在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，在我國(guó)更是如此。隨著高強(qiáng)、大跨索結(jié)構(gòu)的發(fā)展，拱橋的跨越能力已相對(duì)下降。在跨徑超過(guò)300m的橋梁中，一般情況下斜拉橋具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。而在200m跨徑以下，現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)因其施工優(yōu)勢(shì)而受到歡迎。因此，拱橋的競(jìng)爭(zhēng)能力已較過(guò)去有

27、很大的削弱。應(yīng)該說(shuō)，作為引領(lǐng)橋梁技術(shù)進(jìn)步的拱橋時(shí)代已經(jīng)過(guò)去。然而，拱橋仍然是重要的橋型之一。對(duì)于廣大的山區(qū)、海島等地區(qū)和地質(zhì)條件好的橋位，拱橋仍是具有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的橋型，如前述我國(guó)的合江長(zhǎng)江一橋。對(duì)于活載比重較大、動(dòng)力問(wèn)題較為突出的高速鐵路，拱橋的優(yōu)勢(shì)更顯突出。前述的幾座大跨度拱橋，大部分是高速鐵路上的橋梁，如中國(guó)的大勝關(guān)大橋、北盤(pán)江大橋、南盤(pán)江大橋、宜賓金沙江公鐵兩用橋、鴨池河大橋。印度的Chenab橋，西班牙的Almonte大橋。德國(guó)近年在修建高速鐵路VDE8柏林聯(lián)接紐倫堡和慕尼黑的線(xiàn)路中，也大量采用了混凝土拱橋。在一段跨越森林的線(xiàn)路中，29座跨谷橋梁有10座采用了混凝土拱（跨徑為90m到2

28、70m）。具體到三種橋型，混凝土拱橋因自重大，主要仍將應(yīng)用在地質(zhì)條件較好的地區(qū)，在200m以下，施工技術(shù)較為成熟，材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新將提高其經(jīng)濟(jì)跨徑。鋼拱橋由于強(qiáng)度高，自重輕，跨越能力強(qiáng)，施工難度小，在超大跨度應(yīng)用時(shí)最具優(yōu)勢(shì)，如超大跨度的高速鐵路拱橋，或地質(zhì)條件較差的大跨度拱橋。此外，在造型景觀要求較高的人行橋、景觀橋中，鋼拱橋?qū)μ厥饨Y(jié)構(gòu)的適應(yīng)性強(qiáng)、施工難度小，也仍將有大量的應(yīng)用。對(duì)于鋼管混凝土拱橋，它仍將在我國(guó)得到不斷的應(yīng)用。同時(shí)，國(guó)外的應(yīng)用也在增加，近期美國(guó)內(nèi)布拉斯加州公路局也采用鋼管混凝土系桿拱橋，通過(guò)使用高強(qiáng)鋼材和混凝土使結(jié)構(gòu)的自重更輕，從而可以通過(guò)普通起重機(jī)械安裝更大的拱截段，以取得既能

29、快速施工、建成后又美觀的效果?？鐝酵黄茝目鐝絹?lái)說(shuō)，2000年以來(lái)，幾種拱橋的跨徑的突破均不大，鋼拱橋從盧埔大橋的550m到重慶朝天門(mén)大橋的552m，突破2m；混凝土拱橋從萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋的420m到北盤(pán)江大橋的445m（在建），將突破25m；鋼管混凝土拱橋從巫山長(zhǎng)江大橋的460m突破到合江長(zhǎng)江一橋的530m，突破70m。預(yù)計(jì)在短期內(nèi)，這些跨徑不會(huì)有大的突破。鋼拱橋是跨徑可達(dá)千米以上的一種可能的橋型。對(duì)于研究超越現(xiàn)有跨徑的鋼拱橋具有重要的意義，尤其是當(dāng)高速鐵路需要超大跨度橋型時(shí)。然而，大跨徑鋼拱橋在道路橋梁中已喪失經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)力，因此在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，對(duì)超越現(xiàn)在的跨徑應(yīng)持慎重的態(tài)度，為記錄而記錄的傾

30、向應(yīng)該制止。對(duì)于混凝土拱橋和鋼管混凝土拱橋來(lái)說(shuō)，它們還具備向更大跨徑發(fā)展的潛力和必要性，關(guān)鍵要在材料、結(jié)構(gòu)和施工方法方面開(kāi)展研究。相比較而言，鋼管混凝土拱橋跨徑突破的潛力要更大些。新材料、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在材料方面，高性能與超高性能混凝土在拱橋中的應(yīng)用是一種必然的趨勢(shì)。超高性能混凝土在世界上已應(yīng)用于三十余座橋梁，我國(guó)僅在一座鐵路橋上應(yīng)用，目前有一座公路橋梁在建。研究表明，梁式結(jié)構(gòu)較難發(fā)揮超高性能混凝土的超高強(qiáng)度，拱才是最理想的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。然而，這三十余座橋梁中，目前拱橋只有二座。究其原因，在于國(guó)外混凝土拱橋因修建數(shù)量少，缺乏大型纜索吊裝設(shè)備，以懸臂澆筑為主，而超高性能混凝土一般需要蒸汽養(yǎng)護(hù)，因此實(shí)現(xiàn)

31、困難。相反，我國(guó)的混凝土拱橋以懸臂拼裝為主，十分有利于超高性能混凝土拱橋的應(yīng)用。我國(guó)已開(kāi)展了超高性能混凝土拱試設(shè)計(jì)、受力性能等系列研究，盡快在工程中應(yīng)用，積累經(jīng)驗(yàn)，為推廣打下基礎(chǔ)，是當(dāng)務(wù)之急。在鋼混凝土組合拱方面，我國(guó)提出了鋼腹板（桿）混凝土組合拱和鋼箱混凝土組合拱等新結(jié)構(gòu)，并開(kāi)展了相應(yīng)的研究。以波形鋼腹板混凝土組合拱為例，目前，波形鋼腹板PC梁在我國(guó)得到了大量的應(yīng)用，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，制訂了相應(yīng)的行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)，完全具備了修建波形鋼腹板混凝土組合拱橋的條件，同樣地找到依托工程的應(yīng)用，是目前的首要任務(wù)。計(jì)算理論研究拱橋作為三大古老橋型之一，拱結(jié)構(gòu)作為橋梁基本結(jié)構(gòu)之一，理論研究已

32、得到大量的開(kāi)展，近十幾年來(lái)沒(méi)有重大的突破。主要是針對(duì)新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝，應(yīng)用現(xiàn)代的分析手段，開(kāi)展研究。相對(duì)而言，鋼拱橋、混凝土拱橋的設(shè)計(jì)計(jì)算理論較為成熟，而鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)理論在過(guò)去一直處于滯后于工程的狀態(tài)。自1990年以來(lái)，伴隨著工程應(yīng)用，我國(guó)開(kāi)展了大量的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算理論的研究。通過(guò)總結(jié)長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與研究成果，近年來(lái)先后頒布了多本有關(guān)鋼管混凝土拱橋的地方性規(guī)程。2013年11月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鋼管混凝土拱橋技術(shù)規(guī)范GB50923-2013頒布，將于2014年6月1日起在全國(guó)實(shí)施。規(guī)范的頒布實(shí)施，說(shuō)明我國(guó)鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)計(jì)算理論基本體系已經(jīng)建立，將促進(jìn)我國(guó)鋼管混凝土拱橋的發(fā)展，

33、但仍有一些課題尚需深入研究，如桁拱節(jié)點(diǎn)疲勞、吊索破斷后結(jié)構(gòu)的行為，同時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)踐效果和工程經(jīng)驗(yàn)在今后適時(shí)修訂，不斷完善。我國(guó)公路混凝土（素混凝土和鋼筋混凝土）拱的設(shè)計(jì)主要依據(jù)是公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD61-2005和公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD62-2004。拱的面內(nèi)承載力，通過(guò)將主拱等效為相應(yīng)的梁柱后，按偏壓柱計(jì)算。在工程實(shí)踐中，鋼筋混凝土拱因配筋率較低，常不計(jì)其鋼筋作用而等效成砌體柱或素混凝土柱進(jìn)行承載力的計(jì)算。然而，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50923-2013，鋼管混凝土拱橋技術(shù)規(guī)范三個(gè)鋼筋混凝土拱的算例結(jié)果，其計(jì)算結(jié)果反而是按鋼筋混凝土柱計(jì)算值的1.1781

34、.249倍。引起這種不合理的現(xiàn)象的原因，可能是鋼筋混凝土柱、素混凝土柱、砌體柱承載力計(jì)算方法不合理引起的，也可能是由套用方法不合理引起的，或者二者兼而有之?；炷疗珘褐休d力計(jì)算方法（交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2014年2月）對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，提出了合理的素混凝土柱的計(jì)算方法、更精確的鋼筋混凝土偏壓柱的承載力修正計(jì)算方法，并分析了套用方法不合理性的根本原因。這些研究成果，可供工程應(yīng)用和規(guī)范修訂參考。施工方法大跨徑拱橋的施工方法，預(yù)計(jì)仍將沿續(xù)現(xiàn)有的施工方法。對(duì)于大跨徑混凝土拱橋來(lái)說(shuō)，除現(xiàn)有的懸臂法和勁性骨架法外，另一種潛力較大的施工方法是部分懸臂施工法，即兩邊的拱腳段采用懸臂法施工法，拱頂段采用勁性

35、骨架法。它可以顯著減小大跨徑拱的懸臂長(zhǎng)度，且通過(guò)勁性骨架合龍，縮短了懸臂的時(shí)間，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，這種施工方法需要采用兩套施工系統(tǒng)，使得施工難度可能增加。我國(guó)大跨度拱橋的施工技術(shù)有許多具有特色的技術(shù)，需要認(rèn)真總結(jié)提高。對(duì)新出現(xiàn)的鋼管混凝土拱真空灌注混凝土的技術(shù)要積極推廣。拱的施工技術(shù)創(chuàng)新往往與結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新緊密相連。對(duì)于中小跨徑拱橋，預(yù)制、快速、簡(jiǎn)單的施工方法，無(wú)疑會(huì)提高拱的競(jìng)爭(zhēng)力。從本文“施工技術(shù)發(fā)展”段落內(nèi)容可知，在這方面國(guó)外有不少創(chuàng)新，我們應(yīng)該加強(qiáng)這方面的研究。造型創(chuàng)新拱具有極高的美學(xué)價(jià)值，拱橋常常因其優(yōu)美的造型而被選用。反過(guò)來(lái)，拱橋也易因過(guò)分追求造型新穎、奇異而產(chǎn)生不合理的結(jié)構(gòu)。例如，極坦拱會(huì)產(chǎn)生極大的水平推力，對(duì)下部與基礎(chǔ)受力不利，橋的動(dòng)力性能也下降，這也是威尼斯的憲法橋(也稱(chēng)第四運(yùn)河橋)受人批評(píng)的一個(gè)重要原因。因此，坦拱的設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮外觀和結(jié)構(gòu)受力兩方面的因素。再如，外傾拱因其外形和角度的非常規(guī)會(huì)引人注目產(chǎn)生驚人的效果。但同時(shí)由于材料消耗的增加和復(fù)雜的施工該種拱橋需要額外的預(yù)算。有“度”的橋梁合理成本下具有力的結(jié)構(gòu)（橋梁2012年第1期）提出了有“度”橋梁的概念，意指合理成本下有利的結(jié)構(gòu)。因此，要克服目前存在的一種不良傾向，即在大型、