浅谈大跨径箱型拱桥的设计要点

赵丽丽

（身份证号：1304291988****5247）

一、拱桥设计组成

主拱圈是拱桥的主要承重结构，它承受桥上的全部荷载，并将荷载传递至桥墩台及基础。由于主拱圈是曲线形，—般情况下车辆都无法直接在弧面上行走，所以在桥面与主拱圈之间需要有传递荷载的构件或填充物，以确保车辆能够在平

顺的桥道上行驶。桥面系与主拱圈之间这些传力构件或填充物统称为拱上结构或拱上建筑。拱桥的下部结构（桥墩台）起着支承桥跨结构的作用并将桥跨结构的荷载传至基础与地基。

二、大跨径箱型拱桥的设计要点

（一）桥长及分孔设计

1.桥长

拱桥设计应根据桥址地形、水文、地质等具体情况，进行技术、经济、美观等方面的比较，确定两岸桥台台口之间的总长度，再考虑桥梁与两端路堤的衔接及桥台的施工等因素，确定桥台的位置和长度，桥梁的全长便确定了。

2.分孔

分孔是拱桥设计中关键的环节，对于通航河流在确定其孔数和跨径时应根据通航孔和非通航孔分别考虑。通航孔的路径和通航净空高度应满足航道等级规定的要求，并与航道部门协商共向确定。通航孔应设计在常水位时河床最深处或航行最方便的河域。对于航道可能变迁的河流，必须设置几个通航孔，以有效地确保在主流位置变化后也能满足通航要求。非通航孔或通航不合理的则根据经济原则分孔，以使桥梁上、下部结构的总造价最低。同时应保证各孔净跨径之和满足设计洪水流量安全通过的要求。

分孔时还应考虑施工的方便以及平战结合的要求。通常全桥适宜采用等跨或分组等跨的分孔方式，并尽可能采用标准跨径以有助于施工方便，又能改善下部结构的受力。分孔时需考虑全桥的造型。

（二）拱轴线形的设计

拱轴线的形状直接影响主拱截面内力分布，合理的选择拱轴线可以尽可能的降低由于荷载产生的弯矩值。最理想的拱轴线是与拱上各种荷载的压力线一致，尽量减小拱轴截面的弯矩和剪力，使拱轴截面应力均匀，这样的拱轴线为合理拱轴线。目前常使用的拱轴线形有圆曲线、抛物线及悬链线三种。

1.圆曲线

圆弧曲线是对应于同一深度的静水压力线，与实际的恒载压力线有偏差，当矢跨比较小时，两者偏离不大。该线形主要用于中小跨径拱桥。其特点是施工方便，便于拱节段的预制安装。

2.抛物线

如果拱上荷载为均布载，拱的合理轴线为二次抛物线。但大跨钢筋混凝土拱桥其拱上构造往往并非均布载，为了使拱轴线与压力轴线尽量吻合常常采用高次抛物线或以抛物线为基础的拟合曲线。

3.悬链线

采用悬链线作为拱轴线的设计线形，使拱轴线与恒载压力线在拱顶、1/4 跨和拱脚五个截面（大跨钢筋混凝土拱桥在拱顶、3/8 跨、1/4跨、1/8 跨和拱脚九个截面）相重合。目前，悬链线是大跨钢筋混凝土拱桥最普遍采用的线形。

（三）设计标高和矢跨比

1.设计标高

拟定起拱线高程时，为了减小墩台基础底面的弯矩，节省墩台的圬工数量，一般宜选择低拱脚的设计方案。但具体设计时，拱脚的位置可能会受到通航净空、排洪、流水等条件限制。对于无铰拱桥，可以将拱脚置于设计水位以下，但通常淹没深度不得超过矢高的2/30 为了保证漂浮物能通过，在任何情况下，拱顶底面应高出设计洪水位 1.0 m。对于有铰拱桥，拱脚需高出设计洪水位以上 0.25 m。为了防止冰害，有铰或无铰拱拱脚均应高出最高流冰面 0.25 m。当洪水带有大量漂浮物时，若拱上建筑采用立柱时，宜将起拱线高程提高，使主拱圈不要掩没过多，以防漂浮物对立柱的撞击或挂留。有时为了美观的要求，应避免就地起拱，而应使墩台露出地面一定的高度。

2.矢跨比

当拱顶、拱脚高程确定后，根据跨径即可确定拱的矢跨比。矢跨比是拱桥设计的一个主要特征数据，它不但影响主拱圈内力，还影响拱桥施工方法的选择，它与整个拱桥的造价密切相关。同时，矢跨比也影响整个桥梁的视觉效果及其与周围景观的协调。

三、上承式拱桥的设计要点

对于当前应用较为广泛的上承式拱桥，其设计所采用的主拱圈截面形式主要包含板拱、箱形肋拱、板肋拱、双曲拱以及肋拱等。

（一）合理地确定出肋拱的数目及其间距

对于肋拱的数目和间距应当结合桥梁宽度、材料性能、承受荷载情况以及施工条件来综合确定。从构造简化上考虑，由于目前大多数采用吊装形式施工，为此肋拱的数目适宜采取少肋形式。设计实践经验表明，桥梁宽度在20m以内者适宜采取单幅双肋拱形式；对于桥宽在20m以上时，则适宜采用分离的双幅双肋拱，以防止由于肋中距增大而造成肋间横系梁、拱上结构横向跨度与尺寸增大太多。同时为了有效地确保肋拱的横向整体稳定性，对于上下游肋拱最外缘的间距一般不宜小于跨径的1／15。

（二）箱形肋拱的尺寸确定

肋拱尺寸应当根据拱圈的受力情况而确定，初步拟定肋高时，可根据跨径的1／70～1／50来确定，肋宽则取肋高的1～2倍。对于采用单箱肋设计的肋拱，其肋拱尺寸不但要满足使用阶段的受力要求，同时还应满足肋拱在施工中出现的吊装、悬挂等的稳定性要求。

（三）箱形板拱钢筋布置

由于大跨径箱形板拱桥的主拱圈在运营阶段通常承受压应力控制，拉应力一般较少，因此对于主拱圈的设计可采用素混凝土，但应当配置构造钢筋，同时配置箱肋吊装过程中的受力钢筋。对于闭口型箱肋，通常可配置顶板和底板受力钢筋；对于开口型箱肋，则可把钢筋布置在箱壁上缘和底板上。钢筋数量应当根据箱肋段在吊装以及悬挂过程中的受力情况计算确定。对于成拱后此部分钢筋，如达到最小配筋率要求，则在拱的验算中可以将其计入。沿箱壁的高度方向应布置分布钢筋，其间距不大于200mm。在顶、底板及腹板上沿拱轴方向一定间距应分别布置横向及径向钢筋，同时应当对横向、径内钢筋采取有效连接。在对钢筋混凝土拱进行设计时，这时主拱圈截面的纵向受力钢筋应当满足使用阶段的受力要求，同时还应当确保拱圈吊装时的受力需要。