拱桥的现状与展望

拱桥的现状与展望目录拱桥的基本特点拱桥的分类以及现状介绍世界大跨径拱桥排名拱桥的展望结语一、拱桥的基本特点拱桥（archbridge）指的是在竖直平面内以拱作为结构主要承重构件的桥梁。1、拱桥的优缺点优点跨越能力较大可节省大量钢材和水泥耐久性好，维护费用少形式多样，外型美观缺点跨径大时，自重较大水平推力的存在增加了下部结构工程量多孔连续拱桥互相影响，需采用复杂措施上承式拱桥建筑高度大，可能增加纵坡拱桥的缺点正在逐步得到克服：200~600m范围内，拱桥仍然是斜拉桥和悬索桥的竞争对手。2、拱桥的受力特点承重结构：主拱将桥面的竖向荷载转化为部分水平推力，使拱的弯距大大减小，拱主要承受压力，充分发挥圬工材料抗压性能；二、拱桥的分类拱桥的分类以及现状介绍2.1拱桥的分类拱桥按材料按拱上建筑按桥面位置按截面形式按拱圈线形按受力图示圬工拱小跨径钢砼拱广泛采用钢拱大跨径组合拱新形式上承式、中承式、下承式圆弧拱、抛物线拱、悬链线拱实腹式、空腹式板拱、肋拱、箱形拱双曲拱、钢管砼拱简单体系拱、组合体系拱2.2拱桥的现状介绍按拱桥材料石拱桥、钢拱桥、钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥目前,石拱桥、钢拱桥、钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥跨径的世界纪录均在中国石拱桥：主跨径146ｍ的山西丹河新桥钢拱桥：主跨径552ｍ的朝天门长江大桥钢筋混凝土拱桥：主跨径420ｍ的万县长江大桥钢管混凝土拱桥：主跨径530ｍ的波司登长江大桥长江大桥百余年来国内外钢拱桥，钢筋混凝土拱桥以及钢管混凝土拱桥的跨度发展概况见下图由图3可知,从建造时间来说,混凝土拱桥自1965年(指跨径突破100m)以来,修建数量不断上升,尤以1985—1998年期间发展最为迅速,此后数量增长趋势放缓。钢管混凝土拱桥从1990年以来,短短20年时间修建了300多座,平均每年建造有10座以上,发展速度在这3类拱桥中速度最快,而且增长率较为均匀。钢拱桥在2000年以前发展缓慢,而在2000年以后,有明显的增加,但总量与其他两种拱桥相比,还较少。（1）.在1990年之前,中国虽然混凝土拱桥修建数量较多,但跨径不大,技术水平不高。20世纪90年代以后,中国混凝土拱桥的技术进入快速发展时期,1997年重庆万县长江大桥建成,跨径达420m,一跃而成为世界第一；1997年之后随着混凝土拱桥建造数量的减小,跨径也没有新的突破。(2)钢管混凝土拱桥发展的时间虽然较短,但其跨径增大的速度一直很快。2005年建成的四川巫山长江大桥,将钢管混凝土拱桥的跨径推到460m。以及2012年建成的530米的波司登长江大桥。其跨径发展还有相当的空间。（3）对于钢拱桥,1966年攀枝花2号桥(渡口大桥)跨径已达180m,到1992年九江长江大桥的建成,经过26年的时间跨径增长36m,跨径增速相对缓慢。2009年建成跨径为552米上海卢浦大桥,增长速度飞快，属于跳跃式发展。根据理论推算,按现有的材料技术水平,钢拱桥的极限跨度可达1200m。因此钢拱桥的跨径还有较大的发展空间。2.2.1石拱桥的现状石拱桥用天然石料作为主要建筑材料工业发达国家在十九世纪下半叶和二十世纪上半时大规模修建的铁路中,大量应用了圬工拱桥。此后,随着钢铁、混凝土材料在桥梁中的应用,机械的应用,劳动生产率的提高,圬工拱桥在欧美较少修建。在我国的当代,石拱桥不仅修建的数量较多,而且跨径也不断增大.从606年赵县安济桥的37.4ｍ,到1956年完成铁路松树坡桥的38ｍ,历经1350年才得以突破.然而,此后石拱桥跨径纪录的改写速度极快,并迅速越过百米大关.1972年建成的四川九溪沟大桥116ｍ的跨径保持了18年后,120ｍ跨径的乌巢河大桥将其打破.时隔不到10年,146ｍ丹河新桥又刷新了记录.山西丹河新桥是晋城——焦作高速公路上的一座特大型石拱桥，主跨１４６ｍ，位列世界同类桥型第一位在我国的当代，由于石拱桥劳动生产率低、支架费用大、对地质条件要求高、修建时间长等原因,在许多情况下其经济性较其它桥梁已从过去的优势变为劣势,因而在我国石拱桥修建日少,丹河新桥的修建并不具有普遍意义也不代表着拱桥的发展方向。在建的湖南凤凰堤溪大桥倒塌2007年8月13日,事故调查组分析该桥倒塌的原因是:由于主拱圈砌筑材料未满足规范和设计要求,拱桥上部构造施工工序不合理,主拱圈砌筑质量差,降低了拱圈砌体的整体性和强度,随着拱上施工荷载的不断增加,造成1号孔主拱圈靠近0号桥台一侧约3-4ｍ宽范围内砌体强度达到破坏极限而坍塌,受连拱效应影响,整个大桥迅速坍塌.该桥选择石拱桥本身并不值得质疑.该桥的倒塌是质量事故,并不是桥型本身的问题.在地形地质条件适合的山区,石拱桥仍是一种具有一定经济竞争力的桥型.无论是国内还是国外,对于目前在役的以石拱桥为主的圬工拱桥,全部拆除是不现实也是不必要的.从1995年开始,以欧洲国家为主,每三年举办一次国际拱桥大会主要是关于在役拱桥的检测、维修、加固的内容；而我国2004年西部交通建设科技项目设立了“服役石拱桥可靠性评估与加固改造技术研究”项目，说明在役圬工拱桥的评估、养护、维修、加固与改造已引起高度重视.2.2.2钢拱桥的现状18世纪英国的工业革命后,钢铁开始被应用于桥梁结构之中.第一座铸铁拱桥是由ＴｈｏｍａｓＰｒｉｔｃｈａｒｄ设计的塞文(Ｓｅｖｅｒｎ)桥,建于1779年。钢铁首次大量应用于桥梁的是1874年修建的美国的Ｅａｄｓ桥,它是一座三跨(153ｍ+158ｍ+153ｍ)的钢桁肋拱桥。在我国,长期以来钢桥不是发展的重点.在为数不多的钢桥中,大部分都是跨大江大河的铁路桥,公路桥很少。在桥梁结构形式方面,以钢板梁和钢桁梁为主,钢拱桥修建很少.上个世纪我国建成跨径最大的钢拱桥,公路桥为跨径180ｍ的攀枝花2号桥与3号桥；铁路桥为九江长江大桥，它的主孔是三跨刚性梁柔性拱,跨径组合为180ｍ+216ｍ+180ｍ.随着我国经济和交通的发展、钢产量的提高,我国陆续修建了一些大跨径钢斜拉桥、钢悬索桥.2009年重庆建成了大跨径的钢拱桥———朝天门长江大桥(552ｍ),将我国钢拱桥的纪录从200ｍ左右一下子跃升到世界第一.钢拱桥的技术进步,从其跨径来看从1874年跨径158.6ｍ的Ｅａｄｓ桥到1916年跨径298ｍ的狱门桥,42年中跨径增加88%;到1931年跨径503.6ｍ的培虹桥,15年中又增加了69%;再到1976年跨径518.3ｍ的新河谷桥,45年仅增加3%;2009年中国重庆建成跨径达552ｍ的朝天门长江大桥,27年跨径增加了6%.不同时期修建的钢拱桥跨径,其中给出的桥名是部分具有代表性的桥梁图2为在各分段跨径范围内钢拱桥建造的数量钢拱桥由于钢材强度较高,使得拱圈自重减小、而且其架设方便,因此较之于石拱桥和混凝土拱桥具有更大的跨越能力局限性：（1）桥梁的跨径在不断地增大,而拱以受压为主,稳定(包括整体稳定与局部稳定)问题成为主要矛盾；（2）主拱在合龙以前并不是拱结构,要有其它辅助措施,施工难度比悬索桥与斜拉桥相比困难；2.2.3.混凝土拱桥的现状1759年波特兰水泥出现后,混凝土开始在拱桥中应用,为拱桥的发展注入了新的生机和活力.1875年,Ｍｏｎｉｅｒ建成了第一座混凝土拱桥-ＴｉｌｉüｒｅｄｅＣｈａｚｅｌｅｔＭａｒｑｕｉｓ宫殿花园里面的一座步行桥.我国的混凝土拱桥首先在铁路桥梁上出现.解放前修建的跨径最大的是粤汉线株韶段五大拱桥中的碓凯冲桥、省界桥和燕塘桥,为各有一主孔跨径达40ｍ的钢筋混凝土拱桥.20世纪六七十年代后,钢筋混凝土拱桥长期成为我国的主导桥型。1980年后,我国修建了许多大跨径的钢筋混凝土箱拱桥和肋拱桥.比较典型的桥梁有1979年建成的跨径150ｍ的四川马鸣溪大桥、1982年建成的跨径170ｍ的四川攀枝花市宝鼎大桥、1990年建成的跨径200ｍ的四川涪陵乌江大桥、1990年建成的跨径240ｍ的中承式钢筋混凝土拱桥———四川宜宾小南门金沙江大桥、1996年主跨达312ｍ的以钢管混凝土为劲性骨架的广西邕宁邕江大桥以及1997年建成的世界上跨径最大的钢筋混凝土拱桥———重庆万洲(万县)长江大桥(420ｍ).重庆万洲(万县)长江大桥全桥长814米，宽23米，桥拱净跨420米，桥面距江面高140米。主桥于1994年5月开工建设，1997年5月竣工通车从下图可以发现,我国混凝土拱桥的跨径和数量在2000年以前总体上随时间推移呈增大趋势,但进入21世纪以后数量呈下降趋势,跨径则在1997年重庆万州长江大桥达到峰值点(420m)之后也呈下降趋势。从图2可以看出,在跨径不小于100m的混凝土拱桥中,以跨径100～160m的最多,共计174座,占总数的87.9%;跨径161～199m的为16座,占总数的8%;200m及以上跨径的为8座,占总数的4%,其中200～300m、300～400m的分别为5座和2座,大于400m的则仅有1座。截止到2003年3月,日本土木学会进行的日本国内跨径不小于100m混凝土拱桥的调查表明,已建与在建的共38座,跨径100～160m的为27座,占总数的71.1%;161～199m的为5座,占总数的13.1%;200m及以上跨径的为6座,占总数的15.8%。结论：因此,无论是从中国、还是从日本的现状来看,跨径在160m及以下跨径的混凝土拱桥已有大量的修建,技术已日趋成熟,在山区中有着良好的经济性,是目前混凝土拱桥最具竞争能力的跨径范围。跨径在161～199m时,有一定的技术难度,但也不难克服,是较具竞争能力的跨径范围。跨径在200m以上时,可以说有相当的技术难度,其竞争力要依具体的工程情况而定。从世界范围看,跨径大于300m的混凝土拱桥,目前仅有6座(其中3座在中国),其技术还处于发展之中。无论数量还是跨径,我国大跨径混凝土拱桥建设成就均名列世界第一2.2.4.钢管混凝土拱桥的现状钢管混凝土拱桥属于钢——混凝土组合结构中的一种。钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。1990年,中国第一座钢管混凝土拱桥———旺苍东河大桥在四川建成.，跨径115ｍ。优点：一方面借助内填混凝土提高钢管壁受压时的稳定性,提高钢管的抗腐蚀性和耐久性,另一方面借助管壁对混凝土的套箍作用,提高了混凝土的抗压强度和延性,将钢材和混凝土有机地组合起来;在施工方面,钢管混凝土可利用空心钢管作为劲性骨架甚至模板,施工吊装重量轻,进度快,施工用钢量省。由于在材料和施工方法上的优越性,将这种结构应用于以受力为主的拱桥是十分合理的由于钢管混凝土拱桥具有材料强度高、施工方便、造型美观等优点,又适逢我国大规模的交通基础设施建设时期,钢管混凝土拱桥便在我国得到迅速的发展.随着数量的增多,跨径与规模也不断增大,分布区域也越来越广。截止到2005年3月,跨径大于或等于50ｍ的钢管混凝土拱桥有230座,其中跨径达100ｍ及以上的132座,跨径达200ｍ及以上的有33座.调查结果表明,1995年前较少修建跨径大于100ｍ的钢管混凝土拱桥.此后,钢管混凝土拱桥的跨径和数量随时间的推移在不断地增大.各个时期具有代表性的桥梁有:1990年建成的四川旺苍东河桥,跨径115ｍ;1995年建成的广东南海三山西大桥,跨径200ｍ;2000年建成的广东丫髻沙大桥,跨径360ｍ;2005年建成的重庆巫山长江大桥,跨径460ｍ.2012年建成波司登长江大桥，跨径530ｍ.钢管混凝土拱桥分类将钢管混凝土拱桥的结构型式分为(有推力)上承式、中承式、(下承式)拱梁组合式、飞鸟式(中承式刚架系杆拱)和下承式刚架系杆拱5大类。5种主要结构形式已建成桥梁的跨径纪录分别为上承式拱———主跨为288ｍ的重庆奉节梅溪河桥,有推力中承式拱———主跨为460ｍ四川巫山长江大桥,飞鸟式———主跨为368ｍ的湖南茅草街大桥,下承式拱梁组合拱———主跨为190ｍ的杭州钱江四桥,下承式刚架系杆拱———主跨为280ｍ的湖北武汉汉江三桥.重庆奉节梅溪河桥上承式拱——主跨288m巫山长江大桥是一座钢管中承式拱桥，大桥桥面净宽19米，双向4车道，主跨492米