摘要：钢管混凝土拱桥在我国的应用发展很快，它是一种优势明显、极具发展潜力的桥型，本文重点对助供横向结构的稳定性进行分析研究，系统探讨了钢管混凝土桥桥梁结构存在的问题及研究建议。
关键词：钢管混凝土；拱桥结构设计；助供横向结构
1引言
钢管混凝土拱桥均为助拱桥，由于其材料强度高，随着跨径的增大，横向稳定问题较为突出，所以其横向结构的合理采用至关重要。上承式助供，可采用多助结构（多于二的），横向联系通常布置成等间距的径向根撑（或根系梁），其横向稳定主要取决于整桥的宽跨比。对于中不承式拱，横向联系的布置在桥面附近受到行车空间的限制，同时对横向动力特性和美观也有很大的影响，合理布且尤为重要。有时为加强其横向稳定性，将其两助内倾而成提亚扶。与之相对应，一般助扶则称为平行肋供。当然，对于跨径不是很大的城市桥梁，或出于景观考虑，也有做成无风撑的。
钢管混凝土拱桥布置图
2横撑布置
横撑布置对结构横向稳定的影响要大于其自身刚度。研究表明，拱顶附近揭撑布置成与拱轴线正交、在其他地方与拱轴线相切，对提高横同稳定效果较好[4]。这是因为，拱助横向先稳向面外恻倾时，拱顶处的债撑主要承受洪助的扭转变形，采用竖向布置的横撑增强了对拱肋在拱顶处的扭转变形的约束，能提高拱的面外稳定性。在其他地方，尤其是L／4附近拱助侧倾时根撑要承受供助的相对错动，对核撑是横向湾矩，因此，采用切向布置（如K撑），对约束拱助的相对错动有较大的作用。
横撑在增加横向稳定的同时，由于它使得供的横向整体刚和质量的提高，特别对于中下承式拱桥由于重心的提高，使得拱对横向地震波的响应增大[5]。对于钢管混凝土拱桥来说，在横向受力时，由于结构受力并不以受压为主，因此钢管混凝土抗压强度高的特点并没有得到充分发挥出.相对于宝钢管拱桥来说，钢管混凝土拱桥钢管内混凝土的质量加大了供的横向受力。
因此钢管混凝土抗压强度高的特点并没有得到充分发挥出.相对于宝钢管拱桥来说，钢管混凝土拱桥钢管内混凝土的质量加大了供的横向受力。因此，正确处理钢管混凝土拱桥的横向稳定和抗横向地震作用力这一矛盾显得十分重要。
拱桥的横向基频与结构型式和横向构造有关。中不承式拱的横向基频较上承式的低；在下承式中，拱架组合体系的横向基频较刚架系杆拱的低。不同位置的根撑对助供的横向基频也有着不同的影响。拱顶模搜数量和刚度变化较供脚的根撑数量变化，对面外基频影响要明显得多。因此，对于中承式拱在拱脚采用较强的横向联系（如K撑、X撑）、在拱顶采用较少较弱的横撑，既能满足横向稳定要求，又有利于减小横向地震力作用，同时建筑造型也较佳。
由于目前钢管混凝土拱桥横向稳定计算和抗震设计方法的还不完善，一些设计者由于担心横向先稳而采用过强的横向联系，既造成浪费，也不利于抗震安全社，这在位于强震区的桥梁尤其有害。
提篮拱（又称X型肋拱）显然能提高洪的横向稳定性。但提篮供随着倾角的增加，会使下部结构工程数量也相应增加。对拱应直接坐落于基岩时，由于可采用分离式拱座，工程数量增加有限。拱肋的倾斜也会给施工带来困难，因此，应选择合适的倾角。有关研究认为采用X型肋拱其横向稳定性可比平性助拱提高12-20倍，同时也会降低供肋的面内极限承载力。所以，X型肋拱的内倾角也不是越大越好，一般控制在3度～15度之间，以10度附近为佳。
尽管我国一些学者在研究的基础上，提倡采用提篮拱，但由于过去以钢筋混凝土材料为主的拱桥在施工上的困难而极少采用。1993年竣工的四川成渝高速公路上的内江新龙拗大桥，采用了提篮拱。该桥为单跨钢管混凝土劲性骨架箱助拱。目前在建的徐州一连云港高速公路徐州京杭大运河特大桥采用了提篮拱。该桥为带悬臂的中承武刚果系杆钢管混凝土拱，跨径布置为57.5米＋235m＋57.5米，主拱断面为根哑铃形平行四边形行式，拱肋内倾9.934度，成提篮状。
应该指出，提篮拱在提高横向稳定性的同时，也使得造型较佳，然而对于宽跨比较大的桥梁，纯粹为了造型的原因而采用提篮拱是增加了下部结构和基础的工程量，增加了施工的难度，是不必要、不合理、也是不经济的。
3无风撑供
无风撑拱指中、下承式肋拱，出于美观考虑，或当桥面较宽而跨径又不大时出于经济和美观考虑，将两肋之间的横撑（或称风撑）完全取消的肋拱桥，也有称之为做四拱的。无风撑拱主要解决拱助的横向失稳问题。解决这一问题的途径主要有两个。一是提高拱肋自身的横向抗弯刚度；二是提高结构体系的横向稳定性。
采用横向圆端形截面（加浙江义乌篁园桥、杭州新塘桥）、横向双圆肋（如浙江义乌宾王桥）、横向底箱肋（如广东中山二桥）、三肢桁肋（如黑龙江依兰牡丹江大桥）等等，都是提高拱肋自身横向抗弯能力而采取的截面形式。
对于拱梁组合体系，宜作成刚性系杆刚性拱或刚性系杆柔性拱，系杆（梁）通常采用箱形梁，除自身有较强的抗扭、抗拉和抗弯能力外，与纵梁固结的桥面横梁也能极大地提高桥面系的刚度，这样为拱肋的横向稳定提供了较大的非保向力作用。
对于钢管混凝土中下承式拱桥，其桥面系一般为简单悬挂的结构，其自身的横向刚度不大，吊杆的刚度也很柔，所以桥面系对拱肋横向稳定的贡献与拱梁组合体系有很大的差别，因此，对于刚架系杆拱应慎用无风撑供。
4结论
钢管混凝土拱桥是一种优势明显、极具发展潜力的桥型，及时总结其应用经验是非常必要的，而开展深入系统的研究则更为重要。然而到目前为止，除少数研究单位进行了为数有限的钢管混凝土拱桥受力全过程性能、极限承载力、温度应力、混凝土徐变等实验室模型试验和理论外，大部分的研究是针对具体桥梁进行的实桥测试、验证性试验和以大型通用程序为主的有限元分析，动力性能研究则更少，对钢管混凝土拱桥受力性能的研究还缺乏深入细致和全面系统的了解。这就使得我国钢管混凝土拱桥的大规模应用缺乏必要的技术准备，实际应用带有较大的盲目性。在实际应用方面，目前还未有钢管混凝土拱桥的设计与施工技术规范，使得工程设计与施工无章可循，这可能给工程造成浪费和留下质量问题和安全隐患。因此建议有关方面应重视钢管混凝土拱桥的技术研究，投入较多的经费，组织科技攻关；尽快制定颁发钢管混凝土拱桥的设计与施工规范，以使这一具有中国特色的桥梁结构显示其应有的技术先进性的经济合理性。在当前的情况下，应慎重发展钢管混凝土拱桥，尤其是大跨径、大规模的钢管混凝土拱桥。
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论文作者:陈龙
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/21
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