双曲拱桥的特点

双曲拱桥是20世纪60年代由我国江苏无锡建桥工人创造出的一种结构新颖的圬工拱桥，它在继承传统石拱桥的基础上，吸收了装配式钢筋混凝土结构的优点，具有用料省、造价低、外形美观等特点，适应了当时的国情需要，是我国20世纪六七十年代建设最多的一种拱桥型式，该桥型根据建筑圬工桥的传统方法，结合采用钢筋混凝土桥梁施工可以分部件预制的工艺，提出一种在预制钢筋混凝土拱肋上面架设拱波，拱肋之间用横系梁进行连接的方法，如图5－1所示。这样在桥的主拱圈的纵横方向都是拱形建筑，因而命名为双曲拱桥。

双曲拱桥的诞生，具有鲜明的时代特点，反映了当时我国桥梁的发展水平，为我国的交通事业发展做出了重要贡献，在我国甚至世界建桥史上，具有重要意义。本节从双曲拱桥的截面构造和双曲拱桥的力学特点两方面对该桥型进行介绍。

图5－1　西昌太和桥

第一，双曲拱桥的截面构造。双曲拱桥截面由主拱圈和拱上建筑构成，与别的拱桥的不同之处在于其主拱圈，主拱圈截面一般由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分组成（如图5－2所示），而主拱圈之上的拱上建筑，则与其他桥型无太大差别，拱上建筑由腹拱、横墙、拱上填料等部分组成。

图5－2　双曲拱桥截面构成

拱肋是施工阶段的拱架，又是主拱圈的主要组成部件，分段预制的拱肋在支架上拼装或无支架悬吊拼装成拱后，再在其上砌置拱波，浇筑拱背混凝土，然后设置拱上建筑并浇筑桥面常用的拱肋截面形式有矩形、倒T形、槽形以及工字形等，如图5－3所示。

图5－3　双曲拱桥常用拱肋截面形式

拱波一般都用混凝土预制，常做成圆弧形，有时为了节约水泥，也可因地制宜地采用砖砌或石砌拱波，第一座双曲拱桥的拱波就是用砖块砌成的。拱波不仅是与主拱圈共同承受荷载的组成部分，而且是浇注拱板混凝土的模板。

拱板多采用现浇混凝土，它把拱肋和拱波结合成整体，使拱圈得以实现集零为整，因此，拱板在加强拱圈整体性方面起着重要的作用。早期建造的双曲拱桥的拱波曾采用填平式拱板，但因其体积大，主拱圈截面厚薄不均，刚度相差较大，波顶最弱，在活载和混凝土收缩、温度变化等附加荷载作用下，常导致波顶纵向开裂。后改用波型或折线型拱板，既可以节省材料，减轻自重，又使主拱圈截面刚度均匀，截面形心接近中部，受力也较合理。

主拱圈设置横向联系的目的在于保证主拱圈的整体性。在无支架施工中，它可提高裸拱肋的横向稳定性，并承受砌筑拱波和拱板时的横向水平推力，在主拱圈形成后，它可以提高截面的横向刚度，使主拱圈在活载作用下受力均匀，避免拱波顶可能出现的纵向裂缝。横向联系常用的结构形式是横系梁和横隔板，通常布置在拱顶、腹拱墩下面以及分段吊装的拱肋接头处等。早期修建的双曲拱桥，横向联系较多采用横向拉杆，它由一根直径为14～16mm的钢筋拉条，穿过拱肋上预留的孔眼和混凝土套管组合而成，由于套管和拱肋不成整体，极易松动，对加强主拱圈的横向刚度作用不大，有时甚至因跨中拱肋产生扭转或过大的横向变形而出现拱板纵向裂缝。

拱桥主拱圈以上的部分称为拱上建筑，用来构成平缓的桥面，有的与主拱圈共同承受活载，拱上建筑分为空腹式和实腹式两种，双曲拱桥多设计成空腹式，空腹式拱上建筑一般由腹拱、横墙或立柱、底梁与盖梁、拱上填料、桥面、侧墙等组成。

腹孔采用较多的是等截面圆弧形混凝土板拱，施工时可按全厚度预制后安装，也可先预制6～8cm厚的板拱，安装后再在其上现浇一层混凝土。腹拱也可以采用等截面圆弧形双曲拱或薄壳的形式，对于无填料的拱上建筑，为了减轻自重，也可以采用梁板式腹孔。

双曲拱桥的腹拱墩常采用横墙和立柱，横墙施工简便，节省钢材，常用于基础较好及河流有漂浮物时，为了节约场工，横墙也可以在横向挖空，当地基较差时，为了减轻自重，腹拱墩可采用立柱。

底梁的作用是传递横墙和立柱的荷载并较均匀地分布到拱圈，同时也便于横墙砌筑和立柱的安装，当腹拱墩采用立柱时，在立柱上需设有盖梁，一般采用整根预制的钢筋混凝土连续梁。

主拱圈拱顶和腹拱拱顶上的填料可以减轻车辆的冲击，起到分散荷载的作用，填料常采用沙砾，也有采用较轻的炉渣。软土地基上采用轻型拱上建筑时，可不设填料，而在拱圈上直接铺筑混凝土桥面，但行车道边缘的厚度不得小于8cm。

第二，双曲拱桥的力学特点。由结构力学知识可以知道，一方面，拱式结构在竖向荷载作用下，支承处不仅产生竖向反力，而且还产生水平推力，由于水平推力的存在，拱的弯矩将比相同跨径梁的弯矩要小很多，拱主要承受压力，同时双曲拱桥的主拱圈在横向也呈曲线形，这就使得其在横断面也以受压为主。另一方面，双曲拱横截面的截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大，也就是说，在荷载相等的情况下，采用双曲拱时，需要的截面面积较板拱要小，因而可以节省材料，当跨径相同时，双曲拱桥的自重也自然比板拱轻，对地基的要求也相应降低，使其适用范围增大。

双曲拱桥的另一大特点就是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。“化整为零”，就是将主拱圈分成拱肋、拱波、拱板和横向联系几部分，分别施工，并使先安装的构件起到安装或浇注下一道工序的支架模板作用。施工中，先把分段预制的钢筋混凝土拱肋合拢，与横向联系构件组成拱形框架，在拱肋上砌筑混凝土或砖石拱波，然后在拱波上现浇混凝土拱板，形成主拱圈。“集零为整”，就是由拱肋、拱波和拱板组成的组合截面。双曲拱桥充分体现了装配式钢筋混凝土结构的优点，一方面各部件可以分开预制，加快了工程建设的进度，进而缩短工期；另一方面，先安装的构件起到了支架模板的作用，可以进行无支架施工，节省大量木材，降低工程造价。此外，把主拱圈分成拱肋、拱波、拱板和横向联系几部分，分别预制施工，也降低了对施工设备的要求，特别是对吊装设备的要求。

正是拥有上述的优点，符合了当时的经济发展需要，所以双曲拱桥犹如雨后春笋，很快就在全国公路上得到推广，并在铁路、渠道等工程结构中也被采用。但同时，人们在实践中也认识了它所存在的缺点：首先，双曲拱桥的主拱圈是个组合截面，施工工序多，整体性较差，容易开裂；其次，双曲拱桥各部件的混凝土龄期相差较大，容易引起由于收缩、徐变及温度等原因形成的裂缝。