【摘要】通過收集和分析已建鋼管混凝土拱橋橋道系結構形式資料，對典型橋道系進行結構分類，再對各類橋道系結構進行數值分析，最終得出鋼管混凝土拱橋橋道系合理結構形式與適用范圍。
【關鍵詞】鋼管混凝土;拱橋;橋道系;有限元分析;連續縱梁
【中圖分類號】U448.2 【文獻標識碼】A
在西部交通建設科技項目“鋼管混凝土拱橋設計、施工、養護關鍵技術研究”中，四川省交通廳公路規劃勘察設計研究院承擔專題2:“大跨度鋼管混凝土拱橋結構設計與合理構造形式”的研究工作。專題2又分為7個子課題，其中子課題2為“鋼管混凝土拱橋橋道系合理結構形式與適用范圍研究”。
本子課題的研究按以下三階段進行。第一階段:收集已建鋼管拱橋橋道系結構形式資料，對典型橋道系結構進行現場調研，形成典型橋道系結構分類及總結調研報告。第二階段:數值分析各類橋道系結構。第三階段:結合一、二階段成果，編制鋼管混凝土拱橋橋道系合理結構形式與適用范圍研究報告。
1 典型橋道系結構調研匯總
根據研究大綱，本子課題計劃首先收集已建鋼管混凝土拱橋橋道系結構形式資料。現已收集到19座典型鋼管拱橋資料，分析總結如表1。
2 典型橋道系結構分類
一類 :橋道系縱梁簡支于蓋梁上。
二類 :橋道系縱梁與吊桿橫梁鉸接。
三類 :橋道系縱梁與橫梁先簡支后連續剛接。
四類 :橫梁之間用縱梁連續貫通，車道板簡支于橫梁上。
五類 :橫梁與橋面板剛接。
各類橋道系結構簡圖(見圖1)。
3 各類橋道系結構特點
一類 :橋道系結構類似于普通簡支梁橋，系縱梁簡置于蓋梁的支座上，地震基本烈度7
一般地區橋道度及7度以上
地區設置縱梁錨栓。
二類 : 橋道系縱梁置于吊桿橫梁上，并且橋道系縱梁與吊桿橫梁之間設置錨筋形成鉸接。
三類 : 橋道系縱梁在端部預留現澆段，吊桿橫梁和橋道系縱梁吊裝架設后，將縱梁鋼筋與吊桿橫梁預埋鋼筋焊接后澆筑現澆段形成橋道系連續結構，并使橋道系縱梁與吊桿橫梁形成一定程度剛接。
四類 : 預制橫梁時同時預制在吊桿位置設置的與橫梁固接的縱梁，待橫梁和簡支行車道板架設完成后澆筑縱梁濕接頭，使縱梁形成連續結構。
五類 : 預制箱形橫梁并將其懸挑板加長，箱形橫梁架設完成后，再澆筑各橫梁之間的懸挑板現澆段，使其形成連續橋面板。一般每根預制橫梁每側設雙吊桿。
4 各類橋道系結構的調查情況
4.1 各類橋道系結構所在的鋼管拱橋的結構形式
一類 :出現于上承式拱橋中。
二類 :五類:出現于中、下承式拱橋中。
4.2 各類橋道系結構所在的鋼管拱橋的縱梁跨徑
一類 : 上承式拱橋主孔跨徑較大，相應橋道系縱梁跨徑比中下承式拱橋的大。
二類 : 五類:中、下承式拱橋吊桿間距一般4一8m。二類~三類吊桿間距稍大，四類~五類吊桿間距稍小。
4.3 各類橋道系結構出現的頻率
一類 : 出現于大多數上承式拱橋中。
二類 : 較多出現于各種跨徑的中下承式拱橋中。
三類 : 較多出現于大跨徑的中下承式拱橋中。
四類 : 有時出現于中下承式拱橋中。
五類 : 有時出現于中下承式拱橋中。
4.4 各類橋道系結構出現的年代
一類 :2000年一2001年
二類 :1995年一2002年
三類 :2000年一2004年
四類 :1990年一2005年
五類 :2001年
二類橋道系結構簡單，施工方便，較早被采用。隨著上承式鋼管拱橋的出現，一類橋道系結構被采用。隨著中下承式鋼管拱橋的主跨越來越大，三類橋道系結構被采用。四類橋道系結構最早曾出現過，但其優點未被認識到，后來較少采用，隨著二類橋道系結構的不安全性逐漸暴露，四類橋道系結構又在被完善后重新被采用。五類橋道系結構在臺風地區被采用。
5 各類橋道系結構曾發生的事故
四川宜賓小南門大橋為中承式鋼筋混凝土拱橋，橋道系為二類橋道系，由于吊桿銹蝕和交通量超出設計交通量較多，吊桿突然斷裂，引發橋面系垮塌，造成了重大人員傷亡事故。
四川旺蒼東河大橋為下承式鋼管拱橋，橋道系為四類橋道系，在運營過程中吊桿曾被汽車撞斷一根，但由于設置了橫梁之間的小縱梁，未造成橋道系垮塌，因而也未造成傷亡事故。
6 橋道系結構數值分析
對于上述5類橋道系結構，經過對施工順序的安排，其恒載大部分已經發生的時候橋面系結構仍為簡支結構，因而每根吊桿承受的恒載均為相鄰兩跨恒載之和的一半。橋面系承受的活載如何通過吊桿傳至拱圈，需分別建立有限元分析模型進行計算分析。下文對一跨徑為150m的中承式鋼管硅拱橋的橋面系的活載傳力方式進行分析。全橋共兩根四肢析式拱肋，每根拱肋橫向分配系數為3.0，半橋寬14.7m，吊桿間距4.84 m。下文分別將橋面系設定為以上各種類型進行數字分析。
一類和二類橋道系結構分析一類和二類橋道系結構為簡支體系，吊桿承受的活載拉力為一集中力加兩吊桿之間的分布力，各吊桿拉力均為1232.8kN。
6.2 三類橋道系結構分析
橋面系為先簡支后連續Ⅱ形梁，梁高45cm，每塊Ⅱ形梁寬l0cm，肋寬24cm。有限元分析模型參見圖2，拱腳為固結，吊桿與拱肋和橋面系之間為鉸接，橋面系與拱肋相交設置伸縮縫處僅將橋面系的豎向力傳給拱肋，橋面系在運營狀態時為連續梁，各吊桿的活載拉力計算結果見表2(由邊至跨中)。
6.3 四類橋道系結構分析
橋面系橫梁之間用縱梁連續貫通，車道板簡支于橫梁上。車道板為厚40cm的空心板;車道板下吊桿處設置矩形縱梁，高150cm，寬50cm。縱梁在兩吊桿之間設置50cm長后澆段，待橋面板架設和橋面系施工完成后再澆筑。有限元分析模型參見圖3，拱腳為固結，吊桿與拱肋和縱梁之間為鉸接，縱梁與拱肋相交設置伸縮縫處僅將橋面系的豎向力傳給拱肋，縱梁在運營狀態時為連續梁，橋面板在吊桿處將恒、活載傳至縱梁和吊桿。各吊桿的活載拉力計算結果見表3(由邊至跨中)。
6.4 五類橋道系結構分析
橫梁與橋面板剛接，橫梁為高1.8m、寬3.2m的預應力箱形橫梁，橫梁架設完成后澆筑橫梁之間的橋面板，橋面板厚20cm，形成連續橋面系結構，最后張拉縱向貫穿橋面系的縱向預應力。有限元分析模型參見圖4，拱腳為固結，吊桿與拱肋和箱形橫梁之間為鉸接，橋面板與拱肋相交設置伸縮縫處僅將橋面系的豎向力傳給拱肋。各吊桿的活載拉力計算結果見表4(由邊至跨中)。
6.5 綜合分析
經以上有限元計算分析，發現橋面系縱向剛度越大，活載沿橋縱向傳遞越多，吊桿力越均勻，因而吊桿力也就越小，最終拱圈受力越好。
一類和二類橋道系為簡支結構，活載不能往遠處傳遞，因而吊桿力最大，吊桿和拱圈受力最不利;三類橋道系為橋面板先簡支后連續結構，部分活載能往遠處傳遞，吊桿力在主跨的跨中附近較均勻且較小，吊桿和拱圈受力較好;四類橋道系設置剛度較大的連續縱梁，活載能往遠處傳遞，吊桿力較均勻且得到有效減小，吊桿和拱圈受力最好;五類橋道系為箱形橫梁和橋面板連續結構，由于橋面板剛度較小，只有部分活載能往遠處傳遞，吊桿力在主跨的跨中附近較均勻且較小，吊桿和拱圈受力較好。
總之，中下承式鋼管拱橋的橋道系的縱向應采用連續結構，并應加強縱向剛度，使活載沿橋縱向傳遞，使吊桿力更均勻、更小，最終使拱圈受力得到改善。
7 小結
經過鋼管混凝土拱橋橋道系結構形式的調研和數值分析，得出以下結論:
一類橋道系:適用于上承式拱橋。
二類橋道系:自身受力明確，對吊桿和主拱的受力影響也明確，計算簡單、施工方便;橋面系整體性差，動力特性較差，在吊桿出現意外時，容易發生重大安全事故;活載不能往遠處傳遞，吊桿和拱圈受力最不利。該類型建議在有精心養護和吊桿系桿安全監控系統的情況下適用于中小跨徑中下承式鋼管拱橋。
三類橋道系:整體性較好，吊桿和拱圈受力較好，適用于大跨徑的中下承式鋼管拱橋。
四類橋道系:連續縱梁主要承受活載內力，能夠加強橋面系整體性，能夠防止因吊桿的意外引起重大安全事故;活載能往遠處傳遞，吊桿和拱圈受力最好;連續縱梁尺寸較小，跨徑不宜太大。該類型適用于吊桿間距不大的中下承式拱橋。
五類橋道系:該類型橋面系整體性較好，能夠防止因吊桿的意外引起重大安全事故，由于橋面板剛度較小，只有部分活載能往遠處傳遞，吊桿和拱圈受力較好;箱形橫梁架設重量大，施工條件要求高;橋面板厚度小，其跨度不宜太大。該類型適用于吊桿間距不大的中下承式拱橋，要求施工單位具有較大架設能力或架設條件較好。
