微弯板坦肋拱桥的设计与施工

宽甸地处山区，山村道路所经河流的河床大部分都很开阔，建桥低矮，现在许多乡道缺桥涉水不能适应国民经济发展的需要，急待建桥。我们于1987年在宽甸县硼海镇三道湾河道建成一座七孔10米适合于宽浅河床，经济(实用)的微弯板坦助拱桥。该桥型由甘肃省公路总段，甘肃省交通科研所和西安公路研究所联合研究，并在西北地区推广应用。现将其设计、应用、发展概况作一介绍。

1.构造与设计

1.1上部构造

从本桥外型可以看出，它是肋供，少筋微弯板桥和双曲拱的混合体。实际上它正是在肋拱的基础上，集“少筋微弯板组合桥体”和“双曲拱桥”的优点，在我们地区所见不到的一种低矮经济桥型结构，主拱圈一般是由拱肋和微弯板通过组合缝结合组成，其断面一般采用等截面。

拱肋断面为矩形，肋底与拱轴线弧度一致，肋顶在跨度不大时可按微弯板的长度做成折线形。当跨径大于15m、矢跨比小于1／15时，由于每块微弯板两端与拱肋上弧座标差<3cm，肋顶可以做成与肋轴线一致的弧形。拱助主筋按计算配置，拱圈上缘受压钢筋≮0.2%bh。(b为肋宽，h为主拱圈有效高度)。

微弯板的结构与交通部科学研究院研究试验的“少筋微弯板”构造相同。只是板的底宽每边大于板跨5厘米，安装时放在拱肋上，板的长度视吊装能力及肋的弧度大小分段成奇数f以保证拱顶部板块平稳。

1.2下部构造

本桥型是一种水平推力较大的结构，对桥台的刚度和稳定性要求较高。但是这种桥型上部构造轻，恒载推力小，虽然因矢跨比较小。使得活载推力增大，但组合推力却不会大于石拱桥和双曲拱桥。因此，本桥型的桥台尺寸无需增大。只要注意台背填土持质量与密实度，仍然可以采用轻型墩台。

1.3设计计算理

结构内力按两绞理论计算。多孔弹性墩的附加影响按坦拱理论计算。结构强度用极限状态方法计算，用允许应力法校核。

2.适应范围

由于本桥型矢跨比和建筑高度小，适用于宽浅河床，中、小跨度低矮桥位建桥。我们于1987年建成的微弯板桥桥址位于三道湾河下游，属山前区宽浅型变迁性河段，河滩冲积堆较多，河槽不稳定，洪水时南北摆动。而且南侧岸线不明，岸槽高差小，最大值仅1．6m。本桥址如按常规选定桥型必定是梁式结构，而梁式桥需耗费大宗钢材，增加投资本桥址如选用拱矢比较大的拱桥，虽因拱式结构由于有推力作用可以充分利用当地矿石建筑材料，达到节省钢的目的。但由于桥与地形不相适应，不但降低使用标准，加大引道工程数量，而且有碍景观。而微弯板坦肋拱桥与圬工板拱相比，能得到更平坦的矢跨比，与双曲拱相比，除矢跨比减小外，微弯板的高度也比拱波的高度小，所以在宽浅河床上修建微弯板坦肋拱桥是符合“因地制宜，就地取材”的建桥原则。

3.经济效益

因为桥梁建设的经济效益虽含内容繁多，各种桥型存在着可比拟的因素，不易做全面综合的比较分析，现仅以我县建成的微弯板坦肋拱桥和空心板梁桥为例，就材料消耗和施工难易程度而论，其具体数据列入下表：

4.效果分析

组成微弯板坦肋拱主拱圈的肋，在重型荷载时肋高约为0.03L0，中型荷载时约为0．025L0。微弯板高度21cm，这样主拱圈的惯性矩比两铰板拱桥、双曲拱桥都要小，可以减少一部分因矢跨比减少而增加的温度变化或拱脚位移引起的附加内力，因此主拱圈的钢度小．附加内力小。

由于微弯板坦肋拱是综合“微弯板组合梁桥”和“双曲拱桥”的优点而产生的。与双曲拱桥拱波相比，微弯板虽然多了一些钢筋．但由于产生的效果是明显的。微弯板沿桥纵向尺寸大。比双曲拱拱波接缝少，且拱肋通过伸出的钢筋与微弯板伸出的钢筋相连接，用现浇混凝土使肋与板紧密结合，其结合处的受力通过下面式子可以看出，这是其它桥型无法比拟的。

拱顶区段径向拉力：P：T／R+gocosφ。

∵式中R-计算截面处拱圈曲率半径，当拱圈线为悬链线时，其值为Hg／gs；

∴P=Tgs／Hg+g0cosφ

在矢跨比较小的坦拱中gs值较小，而Hg值较大，因此径向拉力P值一般都很小，用两根φ6间距d=25cm的箍筋承受，δg只有[δg]的1/6—1/4。

拱脚区的纵向剪力

计算截面处的最大径向剪力Qx

Qx：HSinφx—Vcosφx

坦拱的拱轴系数较小，因此在拱脚区段Sinφx值小，相应cosφx值大。Qx式中第一项虽然H值大，但Sinφx小，第二项cosφx虽然大，但垂直力V小。Qx右端的代数和并不大。比如：L0=10米，矢跨比为1/12的三道湾河桥Qx=1．92t，只有容许应力的12%。所以肋与板的结合是牢固的。

此外肋、板、组合缝混凝土均采用同一标号即25#。而且预制安装体积占有绝对优势。因此主拱圈混凝土收缩小，肋、板结合面由于令期不一，标号不一而产生的收缩差甚微。微弯板本身在组合梁桥的研究和使用过程中本身就安全可靠，在本桥型中，其双向受压的情况更会保证微弯板本身不会开裂。这样主拱圈的抗压强度得到充分保证，承受力的性能格外加强，不会向双曲拱桥那样容易开裂。虽然微弯板坦肋拱桥具有上述优越性，但由于它的拱矢比小。水平推力大，温度变化、混凝土收缩、墩台移位等因素均会使桥梁产生较大的内力，因此必须合理的选择矢跨比，采取各种有效措施降低它们的影响。

虽然在西北地区修建中型荷载桥梁的基础上我们建成一座重型荷载的微弯板坦肋拱桥。但由于对本桥型的设计理论、施工方法理解的不深透，加之条件所限，对该桥的应变、挠度、位移以及动态、静态荷载等观测试验工作没有进行。现通过十几年的正常运行，该桥仍然保持良好的状态，给地方经济带来了发展，提高了城乡之间的物资迅速集散。改善了良好的外部环境。