l 橫撐布置
橫撐布置對結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定的影響要大于其自身剛度。研究表明,拱頂附近揭撐布置成與拱軸線正交、在其他地方與拱軸線相切,對提高橫同穩(wěn)定效果較好[4]。這是因為,拱助橫向先穩(wěn)向面外惻傾時,拱頂處的債撐主要承受洪助的扭轉(zhuǎn)變形,采用豎向布置的橫撐增強了對拱肋在拱頂處的扭轉(zhuǎn)變形的約束,能提高拱的面外穩(wěn)定性。在其他地方,尤其是L/4附近拱助側(cè)傾時根撐要承受供助的相對錯動,對核撐是橫向灣矩,因此,采用切向布置(如K撐),對約束拱助的相對錯動有較大的作用。
橫撐在增加橫向穩(wěn)定的同時,由于它使得供的橫向整體剛和質(zhì)量的提高,特別對于中下承式拱橋由于重心的提高,使得拱對橫向地震波的響應(yīng)增大[5]。對于鋼管混凝土拱橋來說,在橫向受力時,由于結(jié)構(gòu)受力并不以受壓為主,因此鋼管混凝土抗壓強度高的特點并沒有得到充分發(fā)揮出.相對于寶鋼管拱橋來說,鋼管混凝土拱橋鋼管內(nèi)混凝土的質(zhì)量加大了供的橫向受力。因此,正確處理鋼管混凝土拱橋的橫向穩(wěn)定和抗橫向地震作用力這一矛盾顯得十分重要。
拱橋的橫向基頻與結(jié)構(gòu)型式和橫向構(gòu)造有關(guān)。中不承式拱的橫向基頻較上承式的低;在下承式中,拱架組合體系的橫向基頻較剛架系桿拱的低。不同位置的根撐對助供的橫向基頻也有著不同的影響。拱頂模搜數(shù)量和剛度變化較供腳的根撐數(shù)量變化,對面外基頻影響要明顯得多。因此,對于中承式拱在拱腳采用較強的橫向聯(lián)系(如K撐、X撐)、在拱頂采用較少較弱的橫撐,既能滿足橫向穩(wěn)定要求,又有利于減小橫向地震力作用,同時建筑造型也較佳。
由于目前鋼管混凝土拱橋橫向穩(wěn)定計算和抗震設(shè)計方法的還不完善,一些設(shè)計者由于擔(dān)心橫向先穩(wěn)而采用過強的橫向聯(lián)系,既造成浪費,也不利于抗震安全社,這在位于強震區(qū)的橋梁尤其有害。
2 提籃拱
提籃拱(又稱X型肋拱)顯然能提高洪的橫向穩(wěn)定性。但提籃供隨著傾角的增加,會使下部結(jié)構(gòu)工程數(shù)量也相應(yīng)增加。對拱應(yīng)直接坐落于基巖時,由于可采用分離式拱座,工程數(shù)量增加有限。拱肋的傾斜也會給施工帶來困難,因此,應(yīng)選擇合適的傾角。有關(guān)研究認為采用X型肋拱其橫向穩(wěn)定性可比平性助拱提高12-20倍,同時也會降低供肋的面內(nèi)極限承載力【6】。所以,X型肋拱的內(nèi)傾角也不是越大越好,一般控制在3度 ~15度之間,以10度附近為佳。
盡管我國一些學(xué)者在研究的基礎(chǔ)上,提倡采用提籃拱,但由于過去以鋼筋混凝土材料為主的拱橋在施工上的困難而極少采用。1993年竣工的四川成渝高速公路上的內(nèi)江新龍拗大橋,采用了提籃拱。該橋為單跨鋼管混凝土勁性骨架箱助拱。目前在建的徐州一連云港高速公路徐州京杭大運河特大橋采用了提籃拱。該橋為帶懸臂的中承武剛果系桿鋼管混凝土拱,跨徑布置為57.5米+235m+57.5米 ,主拱斷面為根啞鈴形平行四邊形行式,拱肋內(nèi)傾9.934度,成提籃狀。
應(yīng)該指出,提籃拱在提高橫向穩(wěn)定性的同時,也使得造型較佳,然而對于寬跨比較大的橋梁,純粹為了造型的原因而采用提籃拱是增加了下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的工程量,增加了施工的難度,是不必要、不合理、也是不經(jīng)濟的。
3 無風(fēng)撐供
無風(fēng)撐拱指中、下承式肋拱,出于美觀考慮,或當(dāng)橋面較寬而跨徑又不大時出于經(jīng)濟和美觀考慮,將兩肋之間的橫撐(或稱風(fēng)撐)完全取消的肋拱橋,也有稱之為做四拱的。無風(fēng)撐拱主要解決拱助的橫向失穩(wěn)問題。解決這一問題的途徑主要有兩個。一是提高拱肋自身的橫向抗彎剛度;二是提高結(jié)構(gòu)體系的橫向穩(wěn)定性。
采用橫向圓端形截面(加浙江義烏篁園橋、杭州新塘橋)、橫向雙圓肋(如浙江義烏賓王橋)、橫向底箱肋(如廣東中山二橋)、三肢桁肋(如黑龍江依蘭牡丹江大橋)等等,都是提高拱肋自身橫向抗彎能力而采取的截面形式。
對于拱梁組合體系,宜作成剛性系桿剛性拱或剛性系桿柔性拱,系桿(梁)通常采用箱形梁,除自身有較強的抗扭、抗拉和抗彎能力外,與縱梁固結(jié)的橋面橫梁也能極大地提高橋面系的剛度,這樣為拱肋的橫向穩(wěn)定提供了較大的非保向力作用。
對于鋼管混凝土中下承式拱橋,其橋面系一般為簡單懸掛的結(jié)構(gòu),其自身的橫向剛度不大,吊桿的剛度也很柔,所以橋面系對拱肋橫向穩(wěn)定的貢獻與拱梁組合體系有很大的差別,因此,對于剛架系桿拱應(yīng)慎用無風(fēng)撐供。