拱橋的設(shè)計(jì)與施工PPT42_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

拱橋橋是是一一種種既既古古老老又又年年輕輕的的橋橋梁梁形形式式,,雖雖然然在在已已經(jīng)經(jīng)達(dá)達(dá)到到的的跨跨度度上上,,拱拱橋橋不不及及懸懸索索橋橋和和斜斜拉拉橋橋,,但但做做為為現(xiàn)現(xiàn)代代五五大大橋橋型型之之一一,,當(dāng)當(dāng)選選擇擇大大跨跨度度橋橋梁梁時(shí)時(shí),,在在目目前前比比較較常常遇遇到到的的200~600m跨度度范范圍圍內(nèi)內(nèi),,拱拱橋橋仍仍然然是是懸懸索索橋橋和和斜斜拉拉橋橋的的競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)對(duì)對(duì)手手。。而而在在中中、、小小跨跨度度領(lǐng)領(lǐng)域域更更具具特特色色。。我我國(guó)國(guó)公公路路橋橋梁梁中中約約有有60%為拱拱橋橋。。根根據(jù)據(jù)理理論論推推算算,,鋼鋼拱拱橋橋的的極極限限跨跨徑徑可可達(dá)達(dá)1200m左右右,,混混凝凝土土拱拱橋橋的的極極限限跨跨度度可可達(dá)達(dá)500m左右右。。一、、拱拱橋橋的的組組成成與與類(lèi)類(lèi)型型在豎豎直直平平面面內(nèi)內(nèi)以以拱拱作作為為上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)主主要要承承重重結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的橋橋梁梁稱(chēng)稱(chēng)為為拱拱橋橋。。拱拱橋橋與與梁梁橋橋不不僅僅外外形形不不同同,,更更重重要要的的是是兩兩者者的的受受力力性性能能有有原原則則差差別別。。在在豎豎向向荷荷載載作作用用下下,,拱拱的的兩兩端端支支承承處處除除豎豎向向反反力力外外,,還還有有水水平平推推力力。。由由于于水水平平推推力力的的作作用用,,使使拱拱橋橋的的彎彎距距將將比比相相同同跨跨徑徑的的梁梁橋橋彎彎矩矩小小得得多多,,拱拱圈圈截截面面上上以以承承受受壓壓力力為為主主。。拱橋橋的的主主要要優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)有有::1)能能充充分分做做到到就就地地取取材材,,可可節(jié)節(jié)省省鋼鋼材材和和水水泥泥;;2)能能耐耐久久,,養(yǎng)養(yǎng)護(hù)護(hù)費(fèi)費(fèi)用用少少;;3)構(gòu)構(gòu)造造較較為為簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單;;4)外外形形美美觀觀;;拱橋橋的的主主要要缺缺點(diǎn)點(diǎn)有有::1)自自重重較較大大,,相相應(yīng)應(yīng)水水平平推推力力較較大大,,對(duì)對(duì)地地基基條條件件要要求求高高;;2)建建橋橋時(shí)時(shí)間間較較長(zhǎng)長(zhǎng);;3)由由于于水水平平推推力力的的存存在在,,在在連連續(xù)續(xù)多多孔孔的的大大、、中中橋橋梁梁中中,,為為防防止止一一孔孔破破壞壞而而影影響響全全橋橋,,需需要要采采用用較較復(fù)復(fù)雜雜的的措措施施或或設(shè)設(shè)置置單單向向推推力力墩墩,,增增加加造造價(jià)價(jià)。。(1)拱拱橋橋的的組組成成圖7——76(2)按按力力學(xué)學(xué)體體系系分分類(lèi)類(lèi)圖7——77拱橋橋的的力力學(xué)學(xué)體體系系分分類(lèi)類(lèi)組合合體體系系的的拱拱橋橋的的橋橋面面系系行行車(chē)車(chē)道道梁梁與與主主拱拱組組合合,,共共同同受受力力((圖圖7——77d~g),,以以其其整整體體作作為為承承重重結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。組組合合體體系系拱拱橋橋可可分分為為無(wú)無(wú)推推力力((下下承承式式))的的和和有有推推力力(中承承式式圖圖7——77h)或部部分分有有推推力力((恒恒載載下下無(wú)無(wú)推推力力,,活活載載下下有有推推力力圖圖7——77i、j)三三種種。。無(wú)推推力力的的組組合合體體系系系系桿桿拱拱。。承承受受拉拉力力的的系系桿桿可可以以是是單單設(shè)設(shè)的的,,也也可可以以與與行行車(chē)車(chē)道道梁梁相相結(jié)結(jié)合合。。系系桿桿拱拱的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)內(nèi)部部是是多多次次超超解解定定的的。。但但它它的的外外部部約約束束,,一一端端是是固固定定鉸鉸支支座座,,一一端端是是活活動(dòng)動(dòng)鉸鉸支支座座,,是是靜靜定定的的。。作作為為結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的整整體體是是無(wú)無(wú)推推力力的的,,對(duì)對(duì)地地基基的的要要求求與與靜靜定定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)相相同同((圖圖7——77k)。有推推力力的的組組合合體體系系::如如桁桁架架拱拱((圖圖7——77l),,拱拱片片橋橋((圖圖7——77m),,剛剛性性梁梁柔柔性性拱拱((圖圖7——77n是用用拱拱從從下下面面加加強(qiáng)強(qiáng)梁梁))等等。。組合合體體系系充充分分利利用用了了結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)各各組組成成部部分分的的承承載載能能力力,,但但不不如如簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單體體系系受受力力那那么么明明確確,,稍稍有有不不慎慎將將會(huì)會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致致結(jié)結(jié)點(diǎn)點(diǎn)開(kāi)開(kāi)裂裂,,一一部部分分組組合合功功能能可可能能失失效效。。目目前前,,在在有有高高性性能能的的材材料料,,高高性性能能預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力技技術(shù)術(shù),,和和計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)手手段段,,拱拱式式組組合合體體系系已已經(jīng)經(jīng)能能夠夠把把握握。。2)、、組組合合體體系系拱拱橋橋這里里介介紹紹各各種種拱拱橋橋的的拱拱上上建建筑筑的的構(gòu)構(gòu)造造,,各各種種拱拱的的橫橫斷斷面面如如圖圖7——78所示示。。(1)板板拱拱橋橋1、主主拱拱圈圈板拱拱橋橋的的主主拱拱圈圈橫橫截截面面,,是是實(shí)實(shí)體體的的矩矩形形截截面面((圖圖7——78a)。。拱拱橋橋拱拱圈圈多多由由料料石石砌砌筑筑;;拱拱橋橋的的拱拱圈圈有有石石砌砌體體、、混混凝凝土土砌砌塊塊、、素素混混凝凝土土的的;;也也有有鋼鋼筋筋混混凝凝土土板板拱拱。。中中小小跨跨徑徑的的拱拱橋橋l0<(10~20)m常采采用用等等截截面面圓圓弧弧拱拱((拱拱軸軸線線為為圓圓弧弧線線));;((20~30)<l0<50m的拱拱橋橋常常用用等等截截面面懸懸鏈鏈線線拱拱((拱拱軸軸線線為為懸懸鏈鏈線線));;二、、拱拱橋橋的的構(gòu)構(gòu)造造圖7——78拱的的橫橫截截面面(a)板板拱拱;;((b)肋肋拱拱;;((c)雙雙曲曲拱拱;;((d)箱箱形形拱拱;;((e)鋼鋼管管混混凝凝土土拱拱l(fā)0>50m的拱橋,常采采用變截面懸懸鏈線拱。四四川省九溪溝溝石板拱橋跨跨度達(dá)116m(在世界上是是少見(jiàn)的)。。板拱橋的凈凈矢跨比(fo/l0)一般為1/4~1/8,不宜小于1/8以免推力過(guò)大大。石板拱拱圈的的石料一般采采用粗料石,,標(biāo)號(hào)不低30號(hào)、砂漿不低低于7.5號(hào);小跨徑拱拱橋也有采用用塊石、片石石砌體的。石石拱圈的強(qiáng)度度屬于砌體的的強(qiáng)度機(jī)理。。石料規(guī)格,,縱橫錯(cuò)縫的的間距、縫寬寬、砂漿等都都要滿(mǎn)足規(guī)范范要求,以保保證拱圈的強(qiáng)強(qiáng)度和它的整整體性。在拱拱圈中要特別別強(qiáng)調(diào)的是,,應(yīng)使主要砌砌縫與拱軸線線垂直;在拱拱腳與墩頂相相接處,腹拱拱墩與拱圈相相接處要采用用五角石或混混凝土拱座。?;炷涟骞暗牡墓叭χ?,整整體澆筑的混混凝土拱圈強(qiáng)強(qiáng)度屬于混凝凝土強(qiáng)度機(jī)理理?;炷翂K塊材砌筑的拱拱圈屬于砌體體強(qiáng)度機(jī)理。。它們的構(gòu)造造與施工都有有所不同。2、拱上建筑板拱橋的拱上上建筑有兩類(lèi)類(lèi):實(shí)腹式拱拱上建筑見(jiàn)圖圖7—76;空腹腹式拱拱上建建筑見(jiàn)見(jiàn)圖7—79。實(shí)腹拱拱上建建筑由由側(cè)墻墻、護(hù)護(hù)拱、、防水水層和和泄水水孔,,拱腹腹填料料等組組成。。側(cè)墻墻用以以承受受拱腹腹填料料及車(chē)車(chē)輛荷荷載引引起的的側(cè)壓壓力,,用塊塊石或或片石石砌筑筑、頂頂寬約約0.5~0.7m。墻底底厚度度為墻墻高的的0.4倍。護(hù)護(hù)拱用用以加加強(qiáng)拱拱圈和和敷設(shè)設(shè)防水水層,,設(shè)在在拱背背l0/4處切線線至鄰鄰孔拱拱圈或或臺(tái)身身背面面的范范圍內(nèi)內(nèi),可可澆混混凝土土或用用片石石砌筑筑。拱拱上填填料,,要透透水性性好。??崭构肮吧辖ńㄖ杏泄笆绞胶土毫喊迨绞健9肮笆剑ǎ▓D7—79b)由腹腹拱、、橫墻墻組成成,板板拱橋橋多采采用這這種形形式。。梁板板式((圖6—79a)由板板(梁梁)、、橫梁梁、立立柱組組成。??崭垢构吧仙辖ㄖ母垢箍祝?,一般般布置置在墩墩側(cè)((1/4~1/3)l0范圍內(nèi)內(nèi);腹腹孔跨跨徑一一般2.5~5.5m且不大大于((1/8~1/15)lo;腹孔孔拱圈圈厚度度(梁梁板尺尺寸及及配筋筋)、、橫墻墻厚度度(主主柱尺尺寸及及配筋筋)由由計(jì)算算確定定。為避免免拱上上建筑筑參與與主拱拱圈工工作而而導(dǎo)致致拱上上建筑筑開(kāi)裂裂、損損壞,,應(yīng)將將主拱拱圈拱拱腳附附近第第一個(gè)個(gè)腹拱拱做成成三鉸鉸拱,,并在在拱上上建筑筑內(nèi)設(shè)設(shè)伸縮縮縫和和變形形縫。。伸縮縮縫一一般設(shè)設(shè)在主主拱圈圈拱腳腳上方方,橫橫向貫貫穿全全橋,,斷開(kāi)開(kāi)側(cè)墻墻、欄欄桿和和人行行道,,縫寬寬2~3cm,要能能維持持兩側(cè)側(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)位移移(溫溫度的的和受受力的的)不不被約約束,,又要要防水水。在在其他他相對(duì)對(duì)位移移(受受力的的)較較小處處,可可設(shè)只只斷開(kāi)開(kāi)但不不留間間隙的的變形形縫。。圖7—79空腹式式拱上上建筑筑肋拱橋橋的主主拱圈圈由多多條拱拱肋組組成,,如圖圖7—78b所示。。拱肋肋的數(shù)數(shù)目、、間距距(一一般4~5m)需經(jīng)經(jīng)比較較確定定。外外側(cè)拱拱肋最最外緣緣的距距離不不宜小小于l0/20,以保保證肋肋拱橋橋的整整體穩(wěn)穩(wěn)定性性。肋肋拱橋橋多為為鋼筋筋混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu),,也有有用料料石砌砌筑的的。拱拱肋斷斷面有有矩形形或工工形;;矩形形拱肋肋的高高度為為(1/40~1/60)l0,肋寬寬為肋肋高的的0.5~2倍,常常用于于中小小跨徑徑拱橋橋;工工字形形拱肋肋的高高度為為(1/25~1/35)l0,肋寬寬約為為肋高高0.4~0.5倍,腹腹板厚厚0.3~0.5m。拱肋肋一般般采用用等高高,大大跨徑徑也可可以采采用變變高度度。拱拱曲線線常采采用懸懸鏈線線。拱橋肋肋間設(shè)設(shè)系梁梁。拱拱肋寬寬度小小于橫橫系梁梁間距距的1/20時(shí),應(yīng)應(yīng)驗(yàn)算算拱肋肋局部部穩(wěn)定定性。。拱上上建筑筑常用用空腹腹梁板板式;;由立立柱、、橫梁梁和縱縱向板板(或或縱梁梁和橫橫向行行車(chē)道道板))組成成。(2)肋拱拱橋(3)雙曲曲拱橋橋拱肋有有矩形形,│形和槽槽形的的。拱拱肋高高度為為(0.3~0.5)H,拱肋肋寬為為拱肋肋高的的0.6~1.0倍。拱拱肋面面積不不得小小于拱拱圈面面積的的1/4。拱肋肋可分分成3~7段,采采用干干接頭頭(焊焊接鋼鋼板、、或法法蘭螺螺栓接接頭,,用在在無(wú)支支架施施工))或濕濕接頭頭(用用在有有支架架施工工)在在現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)拼接接。拱拱肋應(yīng)應(yīng)嵌入入拱座座。拱拱肋上上設(shè)槽槽齒和和錨筋筋以保保證拱拱圈各各部分分組合合。拱波跨徑130~200cm,厚6~8cm,矢跨比1/2~1/5,寬30~50cm,內(nèi)設(shè)鋼筋筋Ф6@10cm。拱波上澆澆拱背混凝凝土,厚15~20cm,內(nèi)設(shè)縱向向鋼筋。拱拱肋間設(shè)橫橫隔板。雙曲拱的拱拱上建筑可可采用實(shí)腹腹式或空腹腹式。采用用空腹式拱拱上建筑時(shí)時(shí),多采用用拱式結(jié)構(gòu)構(gòu)。雙曲拱橋的的造型美觀觀,又有““集零為整整”的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn),曾用少少量支架和和輕型吊裝裝設(shè)備修建建了大量的的橋梁,跨跨徑由20~100m的都有。這這種橋型在在六十年代代曾風(fēng)糜全全國(guó)。但它它的拱圈的的整體性和和抗扭剛度度差。箱形拱橋的的主拱圈為為箱形斷面面,如圖7—78d所示。箱形形斷面的挖挖空率高,,抗扭慣矩矩大,截面面效率指標(biāo)標(biāo)ρ=k/h大(k—上下核心矩矩之和,h—截面高度)),箱體剛剛度大,穩(wěn)穩(wěn)定性好。。因此,在在跨度超過(guò)過(guò)100m的拱橋中,,普遍采用用。箱形拱的拱拱圈高度仍仍可用(7—177)式估算,,只是系數(shù)數(shù)a、b的取值不同同。對(duì)于單單室箱形拱拱橋,a=70,b=100;對(duì)于多室室箱形拱橋橋,a=60,b=100;k=1。箱形拱橋的的矢跨比一一般為1/6~1/10。拱圈高度度一般采用用等高的,,也有變高高的。拱軸軸線多用懸懸鏈線。在在箱形拱橋橋上,兩種種空腹拱上上建筑都可可采用。(4)箱形拱橋橋箱形拱橋的的箱形截面面常用預(yù)制制的U形、工形、、閉合箱形形的箱肋組組成,如圖圖7—80。圖中影線線部分系現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)混凝土土,其他是是預(yù)制部分分。預(yù)制部部的中間壁壁厚b=8~10cm,邊壁厚b’稍厚一些;;底板厚t1=10~14cm,頂板厚t2=10~12cm,蓋板厚e=6~8cm。兩相鄰預(yù)預(yù)制箱下緣緣凈距d=4~5cm,箱壁間凈凈距S=10~15cm,箱上現(xiàn)澆澆混凝土厚厚10~15cm。箱肋可縱縱向分段預(yù)預(yù)制,吊裝裝就位后拼拼接成整體體,澆現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)混凝土形形成主拱。。四川萬(wàn)縣縣長(zhǎng)江公路路橋,主拱拱圈由5片鋼管混凝凝土勁性骨骨架組成的的單箱三室室斷面,主主孔跨徑lo=420m,超過(guò)了l0=390m的南斯拉夫夫的KPK橋,成為世世界大跨徑徑最大的混混凝土拱橋橋。圖7—80箱形拱圈的的組合方式式(a)U形肋組合箱箱;(b)工字形肋肋組合箱;;(c)閉合箱肋肋組合箱鋼管混凝土土拱橋的主主拱圈有單單根的或成成束的,內(nèi)內(nèi)填混凝土土的鋼管組組成,如圖圖7—78e所示。主拱拱用鋼和直直徑800~1200mm,壁厚8~12mm;由1個(gè)、2個(gè)或4個(gè)鋼管組成成一個(gè)拱肋肋(管間用用加勁板焊焊在一起));拱肋間間采用鋼管管橫撐。鋼鋼管可分段段制造、吊吊裝就位并并拼焊后,,用泵送混混凝土填筑筑,施工十十分方便。。管內(nèi)填筑筑的混凝土土(標(biāo)號(hào)30~40號(hào))被鋼管管橫向約束束,極限抗抗壓強(qiáng)度有有所提高,,填筑微膨膨脹混凝土土,延遲膨膨脹混凝土土效果更好好。鋼管在在施工中兼兼做模板、、拱架,成成橋后是主主拱圈的一一部分,經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益明明顯。鋼管混凝土土拱實(shí)質(zhì)上上是一種拱拱肋形式。。在上承式式、下承式式和中承式式拱橋中都都有應(yīng)用,,還可用系系桿拱并施施加預(yù)應(yīng)力力。它的適適用跨徑涵涵蓋了30~200m很大的范圍圍。(5)鋼管混凝凝土拱橋鋼筋混凝土土剛架拱橋橋的上部結(jié)結(jié)構(gòu),由剛剛架拱片、、橫系梁和和橋面等幾幾部分組成成,如圖7—81所示。圖7—81剛架拱橋(6)剛架拱橋橋剛架拱片由由主梁(實(shí)實(shí)腹段)、、主拱腿、、次梁(腹腹孔的上弦弦桿)、次次拱腿(斜斜撐)構(gòu)成成。拱片相相距2~3m,拱片間設(shè)設(shè)橫系梁上上、拱片上上設(shè)帶加勁勁肋的微彎彎板并現(xiàn)澆澆混凝土形形成橋面系系。因此,,它是一種種拱橋的組組合體系。。剛架拱橋拱拱片的各部部件可分別別預(yù)制。其其吊裝順序序?yàn)椋旱跹b裝懸掛主拱拱腿;安裝裝合攏實(shí)腹腹段形成裸裸拱;安裝裝橫系梁組組成拱形框框架;安放放次拱腿、、次梁、焊焊接腹孔接接頭鋼筋和和安裝橫系系梁;澆接接頭混凝土土,完成剛剛架拱片組組裝。剛架拱橋的的桿件數(shù)量量少,整體體性好,自自重輕,材材料省,對(duì)對(duì)地基的要要求不太高高。拱腿的的剛度小,,不宜淹沒(méi)沒(méi)在有漂流流物的設(shè)計(jì)計(jì)洪水位以以下。它適適用跨徑30~50m,矢跨比1/8~1/10。三、拱橋的的計(jì)算要點(diǎn)點(diǎn)圖7—82懸鏈線拱軸軸線當(dāng)m=1時(shí)的懸鏈線線就是拋物物線。實(shí)腹腹板拱橋,,m值約在2.8~5.3之間??崭垢棺兘孛婀肮皹虻膍值約在2.2~4.3之間??崭垢闺p曲拱橋橋的m值約在1.7~2.8之間。下承承式的鋼管管混凝土拱拱橋的m值在1.2~1.7之間。對(duì)于大跨徑徑拱橋的拱拱軸線,常常需經(jīng)優(yōu)選選決定。如如按“五點(diǎn)點(diǎn)重合法””初選的拱拱軸線,在在某些截面面,與結(jié)構(gòu)構(gòu)重力壓力力線偏離過(guò)過(guò)大,或與與結(jié)構(gòu)重力力及其彈性性壓縮和溫溫度下降,,混凝土收收縮等組合合下的縱向向壓力線偏偏離較大時(shí)時(shí),則應(yīng)作作適當(dāng)調(diào)整整,使這些些控制截面面的縱向力力偏心距減減小,應(yīng)力力分布趨于于均勻。同時(shí),還應(yīng)應(yīng)考慮拱軸軸線偏離結(jié)結(jié)構(gòu)重力壓壓力線引起起的附加內(nèi)內(nèi)力。(4)拱圈內(nèi)力力計(jì)算(5)、拱圈強(qiáng)強(qiáng)度和穩(wěn)定定性計(jì)算主拱圈是偏偏心受壓構(gòu)構(gòu)件,要按按組合I(計(jì)算組合合),組合合II(附加組合合),組合合III(驗(yàn)算組合合)取其最最大計(jì)算內(nèi)內(nèi)力。組地地要考慮偏偏心受壓構(gòu)構(gòu)件的特點(diǎn)點(diǎn),取最大大彎矩Mmin相應(yīng)的N,或最小彎彎矩Mmin。相應(yīng)的N。磚石、混凝凝土主拱圈圈要驗(yàn)算控控制截面的的抗壓極限限強(qiáng)度,偏偏心距,以以及超過(guò)偏偏心距限值值后核算彎彎曲抗拉強(qiáng)強(qiáng)度。3)活載的橫橫向分布桁架拱橋、、剛架拱橋橋、肋拱橋橋、拱上建建筑為梁柱柱式的雙曲曲拱橋應(yīng)考考慮活載的的橫向分布布;其他拱拱橋,活載載按全橋平平均分布計(jì)計(jì)算。如用用有限元計(jì)計(jì)算,前者者應(yīng)用空間間梁元,后后者可用平平面梁元分分析。4)連拱計(jì)算算多跨拱橋,,當(dāng)橋墩抗抗推剛度大大于主拱拱拱圈抗推剛剛度37倍時(shí)可分別別按單跨拱拱橋計(jì)算,,否則按多多跨連拱計(jì)計(jì)算。按連連拱計(jì)算,,主拱圈增增應(yīng)考慮連連拱影響((類(lèi)擬拱腳腳水平位移移)才安全全;對(duì)橋墩墩而言,拱拱圈推力減減少,可以以適當(dāng)減少少橋墩的橫橫截面。具具體算法可可參考有關(guān)關(guān)教材。四、拱橋的的施工(1)有支架施施工在滿(mǎn)堂式拱拱架或在桁桁式鋼拱架架上砌筑磚磚石拱橋,,澆注混凝凝土、鋼筋筋混凝土拱拱橋,統(tǒng)稱(chēng)稱(chēng)為有支架架施工。支架的選型型、強(qiáng)度、、剛度、穩(wěn)穩(wěn)定性應(yīng)確確保施工安安全。支架架應(yīng)設(shè)置預(yù)預(yù)拱度,以以保證拱圈圈的幾何形形狀。拱架架在落架時(shí)時(shí),必須保保證拱橋的的自重均勻勻的、對(duì)稱(chēng)稱(chēng)的由拱架架轉(zhuǎn)移給拱拱圈。石板拱橋砌砌筑方法,,應(yīng)根據(jù)跨跨徑大小、、

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